一種鉻、銩、鈥摻雜鉭酸鉍發(fā)光材料及其晶體生長(zhǎng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及發(fā)光材料和晶體生長(zhǎng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鉻、銩、鈥摻雜鉭酸鉍發(fā) 光材料及其晶體生長(zhǎng)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在低對(duì)稱性的晶體中，對(duì)于處于低對(duì)稱性的發(fā)光激活離子如稀土離子Ho3+、過渡族 離子Cr3+來(lái)說(shuō)，低對(duì)稱性有利于解除躍迀宇稱禁戒，增強(qiáng)發(fā)光效率，同時(shí)低對(duì)稱性晶體有各 向異性物理性質(zhì)，利用其作為激光工作物質(zhì)時(shí)可直接獲得偏振激光。鉭酸鉍屬于三斜晶系， 其中Bi離子的格位對(duì)稱性為C1，當(dāng)摻雜激活離子替代Bi離子的格位時(shí)，激活離子將占據(jù)G 對(duì)稱格位，且有兩種格位，有利于晶場(chǎng)能級(jí)分裂加寬及發(fā)光躍迀的宇稱禁戒解除，提高發(fā)光 效率，有望用作熒光和激光材料，在顯示、激光技術(shù)等領(lǐng)域獲得應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明提出了一種鉻、銩、鈥摻雜鉭酸鉍發(fā)光材料及其晶體生長(zhǎng)方法，獲得性能優(yōu) 良的發(fā)光材料，有望用于顯示和激光技術(shù)領(lǐng)域。
[0004] 本發(fā)明提出的一種鉻、銩、鈥摻雜鉭酸鉍發(fā)光材料，具有以下化學(xué)式組成： CrxTmyHozBii-x-y- zTa〇4,其中 0<χ<0·2,0·0001 <y <0·1，0·0001 <z <0.1。
[0005] 本發(fā)明還提出的上述鉻、銩、鈥摻雜鉭酸鉍發(fā)光材料的晶體生長(zhǎng)方法，包括如下步 驟：
[0006] S1、將含鉻化合物、含銩化合物、含鈥化合物、含鉍化合物、含鉭化合物混合均勻 后，進(jìn)行合成反應(yīng)得到化學(xué)式為CrxTnvHozBhty-zTaCk的多晶原料；
[0007] S2、將化學(xué)式為CrxTmyHozBhty-zTaCk的多晶原料進(jìn)行壓制得到生長(zhǎng)晶體原料；
[0008] S3、將生長(zhǎng)晶體原料加熱至熔融狀態(tài)得到晶體生長(zhǎng)初始熔體，然后采用熔體法晶 體生長(zhǎng)方法進(jìn)行生長(zhǎng)得到鉻、銩、鈥摻雜鉭酸鉍發(fā)光材料。
[0009] 優(yōu)選地，S1中，合成反應(yīng)為高溫固相反應(yīng)、液相合成或氣相合成。
[00? 0] 優(yōu)選地，S1的具體操作如下：按摩爾份將X份Cr2〇3、y份Tm2〇3、z份H02O3、（ l-x-y-ζ) 份Bi 203和1份Ta205混合均勻后，升溫至800~1100°C進(jìn)行固相反應(yīng)得到化學(xué)式為 CrxTmyHozBi ity-JaCk的多晶原料；
[0011]其反應(yīng)方程式如下:'2. CiVTm,.Ho_TBi 八'-_r'TTaO_4。
[0012]優(yōu)選地，S2的具體操作步驟為:將化學(xué)式為CrxTmyHozBii-X-y- zTa〇4的多晶原料進(jìn)行 壓制，然后燒結(jié)得到生長(zhǎng)晶體原料，燒結(jié)溫度為800~1100°C，燒結(jié)時(shí)間為10~96h。
[0013] 優(yōu)選地，S3中，熔體法晶體生長(zhǎng)方法為提拉法、坩堝下降法、溫梯法、熱交換法、泡 生法、頂部籽晶法、助熔劑晶體生長(zhǎng)方法中的一種。
[0014] 優(yōu)選地，S3中，當(dāng)熔體法晶體生長(zhǎng)方法為提拉法、坩堝下降法或頂部籽晶法時(shí)，采 用籽晶定向生長(zhǎng)，籽晶為CrxTmyHozB ix-y-zTa〇4或Bi Ta〇4單晶。
[0015] 優(yōu)選地，籽晶方向?yàn)椤?00>、〈010>或〈001>方向。
[0016]優(yōu)選地，當(dāng)鉻、銩、鈥摻雜鉭酸鉍發(fā)光材料中某種元素的分凝系數(shù)為k，k = 0.01~ τι X iVf 1，則Μ 其中m為S1中含該元素化合物的質(zhì)量，η為該元素在CrxTmyHozBhty-zTaOl中 k 所含物質(zhì)的量，Μ為含該元素化合物的摩爾質(zhì)量。
[0017] 本發(fā)明所得CrxTmyHozBii-X- y-zTa〇4可用作發(fā)光顯示材料、2μηι激光工作物質(zhì)等。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面，通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0019] 實(shí)施例1
[0020] 本發(fā)明還提出的上述鉻、銩、鈥摻雜鉭酸鉍發(fā)光材料的晶體生長(zhǎng)方法，包括如下步 驟：
[0021] S1、按摩爾份將 0 · 02 份 Cr2〇3、0 · 03 份 Tm2〇3、0 · 005份 Η〇2〇3、0 · 945份 Bi2〇3 和1 份 Ta2〇5 混合均勾后，升溫至1000 °C進(jìn)行固相反應(yīng)得到化學(xué)式為CmTmo.raHoo. 〇〇5Bi().945Ta〇4的多晶 原料；
[0022]其反應(yīng)方程式如下：0.02(^0:,+0.037^2(? + 0.005Ho203+0.945Bi20什Ta20 5 -高皿 >.2 Cr〇.〇2Tiri().Q3Ho〇.〇〇5Bi〇.94sTa〇4；
[0023] S2、將化學(xué)式為CmTmo.osHoo.t^Bio.i^TaCk的多晶原料進(jìn)行壓制，然后燒結(jié)得到 生長(zhǎng)晶體原料，燒結(jié)溫度為900°C，燒結(jié)時(shí)間為56h;
[0024] S3、將生長(zhǎng)晶體原料加熱至熔融狀態(tài)得到晶體生長(zhǎng)初始熔體，然后采用提拉法進(jìn) 行軒晶定向生長(zhǎng)得到絡(luò)、鎊、欽慘雜組酸祕(mì)發(fā)光材料，軒晶為Cr〇.Q2Tm().()3H〇().()()5Bi().945Ta〇4單 晶，籽晶方向?yàn)椤?〇〇>方向。
[0025] 實(shí)施例2
[0026] 本發(fā)明還提出的上述鉻、銩、鈥摻雜鉭酸鉍發(fā)光材料的晶體生長(zhǎng)方法，包括如下步 驟：
[0027] S1、按摩爾份將0.2份Cr2〇3、1 份Tm2〇3、〇. 1份H〇2〇3、〇. 6份Bi2〇3 和1 份Ta2〇5 混合均勻 后，升溫至1050°C進(jìn)行固相反應(yīng)得到化學(xué)式為CruTmo.iHoo.iBio.sTaCk的多晶原料，其中Tm 元素的分凝系數(shù)為0.1;
[0028] 其反應(yīng)方程式如下：0.2C'r;O,+0.】Tm20:i + 0.1 Ho^h+O.fiT^Oi+Ta/)〗Γ ' > 2 〇Γ〇,2Τηι〇.ιΗβ〇.iBi〇.gTa〇4；
[0029] S2、將化學(xué)式為CruTmuHoo.iBio.sTaCk的多晶原料進(jìn)行壓制，然后燒結(jié)得到生長(zhǎng) 晶體原料，燒結(jié)溫度為850 °C，燒結(jié)時(shí)間為90h;
[0030] S3、將生長(zhǎng)晶體原料加熱至熔融狀態(tài)得到晶體生長(zhǎng)初始熔體，然后采用坩堝下降 法進(jìn)行軒晶定向生長(zhǎng)得到絡(luò)、鎊、欽慘雜組酸祕(mì)發(fā)光材料，軒晶為CrQ.2Tm〇.iH〇().iBi().6Ta〇4單 晶，籽晶方向?yàn)椤穿?〇>方向。
[0031] 實(shí)施例3
[0032]本發(fā)明還提出的上述鉻、銩、鈥摻雜鉭酸鉍發(fā)光材料的晶體生長(zhǎng)方法，包括如下步 驟：
[0033] 51、按摩爾份將0.1份〇2〇3、0.0001份1'1112〇3、0.01份11〇2〇3、0.8998份則2〇3和1份 Ta2〇5混合均勾后，升溫至900°C進(jìn)行固相反應(yīng)得到化學(xué)式為CrQ.iTm〇.()()()iH〇().()()()iBi().8998Ta〇4 的多晶原料，其中Η 〇元素的分凝系數(shù)為0 . 0 1 ;其反應(yīng)方程式如下： 0.1 Cr203+0.0001 Tm2〇3 + 0.000! Ho2〇3+0.8998Bi2O3+Ta2O 5 -> 2 Cr〇jTm0.00〇iH〇：〇.:〇〇〇iBi〇.89yXTa〇4 ；
[0034] S2、將化學(xué)式為Cro. lTmo. qqqiHoq. οοοιΒ?ο.8998Ta〇4的多晶原料進(jìn)彳丁壓制，然后燒結(jié)得 到生長(zhǎng)晶體原料，燒結(jié)溫度為1050 °C，燒結(jié)時(shí)間為15h;
[0035] S3、將生長(zhǎng)晶體原料加熱至熔融狀態(tài)得到晶體生長(zhǎng)初始熔體，然后采用頂部籽晶 法進(jìn)行籽晶定向生長(zhǎng)得到鉻、銩、鈥摻雜鉭酸鉍發(fā)光材料，籽晶為BiTa0 4單晶，籽晶方向?yàn)椤?〇〇1>方向。
[0036] 實(shí)施例4
[0037] 本發(fā)明還提出的上述鉻、銩、鈥摻雜鉭酸鉍發(fā)光材料的晶體生長(zhǎng)方法，包括如下步 驟：
[0038] S1、按摩爾份將0.1 份Cr2〇3、0.01 份Tm2〇3、0.01 份 Η〇2〇3、0·93份Bi2〇3 和 1 份Ta2〇5 混 合均勻后，升溫至950 °C進(jìn)行固相反應(yīng)得到化學(xué)式為Cro. Q5TmQ. tnHoo. tnBio. 93Ta〇4的多晶原料， 其中Cr元素的分凝系數(shù)為0.5;
[0039] 其反應(yīng)方程式如下：0.05Cr?03+0.01 Tm203 + ()·01 Ho203+().93Bi20.3+Ta 205 -"> 2: Cr〇.〇5Tm〇.〇 i Hoq^ iBiQ.93：Ta〇4 ；
[0040] S2、將化學(xué)式為CmTmo.tnHoo.tnBio^TaCk的多晶原料進(jìn)行壓制得到生長(zhǎng)晶體原 料；
[0041] S3、將生長(zhǎng)晶體原料加熱至熔融狀態(tài)得到晶體生長(zhǎng)初始熔體，然后采用熱交換法 進(jìn)行生長(zhǎng)得到鉻、銩、鈥摻雜鉭酸鉍發(fā)光材料。
[0042] 以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其 發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種銘、鎊、鐵滲雜粗酸祕(mì)發(fā)光材料，其特征在于，具有W下化學(xué)式組成： CrxTmyH〇zBii-x-y-zTa〇4,其中0<x<0.2,0.OOOl <y<0.1,0.OOOl <z <0.1。2. -種如權(quán)利要求1所述銘、鎊、鐵滲雜粗酸祕(mì)發(fā)光材料的晶體生長(zhǎng)方法，其特征在于， 包括如下步驟： 51、 將含銘化合物、含鎊化合物、含鐵化合物、含祕(mì)化合物、含粗化合物混合均勻后，進(jìn) 行合成反應(yīng)得到化學(xué)式為CrxTmyHozBii-X-Y-ZhCk的多晶原料； 52、 將化學(xué)式為妃JmyHozBii-x-y-z化化的多晶原料進(jìn)行壓制得到生長(zhǎng)晶體原料； 53、 將生長(zhǎng)晶體原料加熱至烙融狀態(tài)得到晶體生長(zhǎng)初始烙體，然后采用烙體法晶體生 長(zhǎng)方法進(jìn)行生長(zhǎng)得到銘、鎊、鐵滲雜粗酸祕(mì)發(fā)光材料。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述銘、鎊、鐵滲雜粗酸祕(mì)發(fā)光材料的晶體生長(zhǎng)方法，其特征在于，Sl 中，合成反應(yīng)為高溫固相反應(yīng)、液相合成或氣相合成。4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述銘、鎊、鐵滲雜粗酸祕(mì)發(fā)光材料的晶體生長(zhǎng)方法，其特征在 于，Sl的具體操作如下：按摩爾份將X份化2〇3、y份Tm2〇3、Z份H〇2〇3、（ 1-x-y-z)份Bi2〇3和1份 化2〇5混合均勻后，升溫至800~1100°C進(jìn)行固相反應(yīng)得到化學(xué)式為化xTmyH〇zBii-x-y-zTa〇4的 多晶原料。5. 根據(jù)權(quán)利要求2-4任一項(xiàng)所述銘、鎊、鐵滲雜粗酸祕(mì)發(fā)光材料的晶體生長(zhǎng)方法，其特 征在于，S2的具體操作步驟為:將化學(xué)式為妃JmyHozBii-X-Y-ZhCk的多晶原料進(jìn)行壓制，然后 燒結(jié)得到生長(zhǎng)晶體原料，燒結(jié)溫度為800~1100°C，燒結(jié)時(shí)間為10~96h。6. 根據(jù)權(quán)利要求2-5任一項(xiàng)所述銘、鎊、鐵滲雜粗酸祕(mì)發(fā)光材料的晶體生長(zhǎng)方法，其特 征在于，S3中，烙體法晶體生長(zhǎng)方法為提拉法、相蝸下降法、溫梯法、熱交換法、泡生法、頂部 巧晶法、助烙劑晶體生長(zhǎng)方法中的一種。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述銘、鎊、鐵滲雜粗酸祕(mì)發(fā)光材料的晶體生長(zhǎng)方法，其特征在于，S3 中，當(dāng)烙體法晶體生長(zhǎng)方法為提拉法、相蝸下降法或頂部巧晶法時(shí)，采用巧晶定向生長(zhǎng)，巧 晶為CrxTmyHozB i I-X-Y-ZhCk或 B i 化化單晶。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述銘、鎊、鐵滲雜粗酸祕(mì)發(fā)光材料的晶體生長(zhǎng)方法，其特征在于，巧 晶方向?yàn)?lt;1〇〇〉、<〇1〇〉或<001〉方向。9. 根據(jù)權(quán)利要求2-8任一項(xiàng)所述銘、鎊、鐵滲雜粗酸祕(mì)發(fā)光材料的晶體生長(zhǎng)方法，其特 征在于，當(dāng)銘、鎊、鐵滲雜粗酸祕(mì)發(fā)光材料中某種元素的分凝系數(shù)為k，k = 0.0 l~1，則,其中m為Sl中含該元素化合物的質(zhì)量，n為該元素在虹TmyHozBii-x-y-z化化中所含 物質(zhì)的量，M為含該元素化合物的摩爾質(zhì)量。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種鉻、銩、鈥摻雜鉭酸鉍發(fā)光材料，由以下化學(xué)式組成：CrxTmyHozBi1-x-y-zTaO4，0＜x≤0.2，0.0001≤y≤0.1，0.0001≤z≤0.1。本發(fā)明還公開上述鉻、銩、鈥摻雜鉭酸鉍發(fā)光材料的晶體生長(zhǎng)方法，包括：將含鉻化合物、含銩化合物、含鈥化合物、含鉍化合物、含鉭化合物混合均勻，進(jìn)行合成反應(yīng)得到化學(xué)式為CrxTmyHozBi1-x-y-zTaO4的多晶原料；將化學(xué)式為CrxTmyHozBi1-x-y-zTaO4的多晶原料進(jìn)行壓制得到生長(zhǎng)晶體原料；將生長(zhǎng)晶體原料加熱至熔融狀態(tài)得到晶體生長(zhǎng)初始熔體，然后采用熔體法晶體生長(zhǎng)方法進(jìn)行生長(zhǎng)得到鉻、銩、鈥摻雜鉭酸鉍發(fā)光材料。
【IPC分類】C09K11/78, C30B28/04, C30B15/00, C30B28/02, C30B11/00, C30B28/14, C30B29/30
【公開號(hào)】CN105648532
【申請(qǐng)?zhí)枴?br>【發(fā)明人】張慶禮, 林東暉, 劉文鵬, 孫貴花, 羅建喬, 彭方, 殷紹唐, 竇仁勤
【申請(qǐng)人】中科九曜科技有限公司
【公開日】2016年6月8日
【申請(qǐng)日】2016年1月28日