一种有机染料-红外上转换发光透明陶瓷复合材料及其制备方法与流程

本发明属于发光材料技术领域，具体涉及一种有机染料-红外上转换发光透明陶瓷复合材料及其制备方法。

背景技术：

红外辐射是一种在自然界广泛存在的电磁波能量，广泛应用于军事、医疗、科研等领域。频率红外上转换材料利用稀土元素的亚稳态能级特性，使人眼看不见的红外光变为可见光。上转换机理是稀土离子首先吸收低光子能量，能量升高，由基态到达激发态，在这个过程中，一般没有能量辐射，然后处于激发态的离子跃迁至基态，同时释放高光子能量，这个光子能量比吸收的光子能量高，从而实现上转换。基于以上上转换发光的非线性本质，上转换发光效率低、发光强度不高是限制该种材料在很多场合实际应用的最主要原因。

技术实现要素：

基于上转换发光的非线性本质，上转换发光效率低、发光强度不高是限制该种材料在很多场合实际应用的最主要原因。本发明提供了一种有机染料-红外上转换发光透明陶瓷复合材料及其制备方法。

本发明的一个方面，提供了一种有机染料-红外上转换发光透明陶瓷复合材料，所述复合材料由有机染料和红外上转换发光透明陶瓷组成；

所述复合材料为对780nm-1100nm波长的近红外光具有强吸收作用的有机物；

所述红外上转换发光透明陶瓷化学式为：(hoxybyy1-x-yzr0.03)2o3，其中，0.0005≤x≤0.02，0.005≤y≤0.2；

所述复合材料均匀涂敷在所述红外上转换发光透明陶瓷表面。

进一步，x＝0.0005，y＝0.1。

进一步，所述有机染料为但不限于以下任一一种：ir-806、sq-880或者pehtpppd-bt。

本发明另一个方面，提供了一种有机染料-红外上转换发光透明陶瓷复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，使用高纯度的氧化钬ho2o3、氧化镱yb2o3、氧化钇y2o3、氧化锆zro2为原料，按照(hoxybyy1-x-yzr0.03)2o3化学计量比计算各原料粉体所需的质量，称量原料粉体导入球磨罐中，其中，0.0005≤x≤0.02，0.005≤y≤0.2；

步骤二，放入氧化锆小球作为球磨介质，无水乙醇作为溶剂，将装有已配置好粉料的球磨罐放到球磨机中球磨；

步骤三，将球磨后的浆料置于烘箱内干燥；

步骤四，烘干后的粉体用80～100目的筛子过筛，再将得到的粉体在马弗炉中煅烧6小时，煅烧温度为800℃；

步骤五，将粉体装入石墨模具并放入放电等离子体烧结设备，准备开始烧结；

步骤六，进行退火处理，消除真空环境下烧结带来的氧空位提高样品的光学性能，形成红外上转换发光透明陶瓷；

步骤七，将有机染料均匀涂敷在透明陶瓷上

进一步，所述步骤一中还包括加入适量烧结助剂lif。

进一步，所述步骤六的热处理温度为1100℃～1500℃。

进一步，所述涂敷方法包括：溶液浸渍法、界面原位聚合、等离子体聚合、表面电聚合处理方法。

本发明与现有技术相比，其技术进步是显著的。本发明涉及一种有机染料/红外上转换发光透明陶瓷复合材料及其制备方法，该复合材料相对于稀土离子掺杂无机上转发光单一材料具有更大的红外吸收截面以及上转换发光强度。该通过在红外区域具有强吸收及长激发态寿命的有机染料分子作为敏化层首先吸收红外光，然后共振能量传递将激发态电子传递至yb³⁺离子的²f5/2激发态能级，进而实现红外上转换发光增强。本发明的上转换发光透明陶瓷ho³⁺/yb³⁺：y2o3及其制备方法在生物医药及红外传感具有重要应用。

附图说明

图1为发明实施例制备的(ho0.001yb0.01y0.959zr0.03)2o3红外上转换发光透明陶瓷陶瓷表面的sem照片；

图2为本发明实施例制备的有机染料-红外上转换发光透明陶瓷复合材料在980nm红外光激发下的发射光谱

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

根据需要制备的红外上转换发光透明陶瓷的分子式[(hoxybyy1-x-yzr0.03)2o3，0.0005≤x≤0.02，0.005≤y≤0.2]，确定x取值0.0005，y取值0.1，选用纯度不低于99.99％的ho2o3、yb2o3、y2o3和zro2粉末为原料，按照上述组成配置好粉体原料共20g，加入0.05wt％的lif作为烧结助剂；

放入氧化锆小球作为球磨介质，无水乙醇作为溶剂，将装有已配置好粉料的球磨罐放到球磨机中球磨；

将球磨后的浆料置于烘箱内干燥；

烘干后的粉体用80～100目的筛子过筛，再将得到的粉体在马弗炉中煅烧6小时，煅烧温度为800℃；

将粉体装入石墨模具并放入放电等离子体烧结设备，准备开始烧结；

设置烧结过程中的加温、加压方式，最后在1100℃～1500℃温度下进行退火处理，消除真空环境下烧结带来的氧空位并脱碳，提高样品的光学性能。

将有机保护涂层涂敷在透明陶瓷上以增强红外吸收。其中，所述涂敷方法包括：溶液浸渍法、界面原位聚合、等离子体聚合、表面电聚合等处理方法。

以上方法制备的(ho0.001yb0.01y0.959zr0.03)2o3红外上转换发光透明陶瓷陶瓷表面的sem照片如图1所示。

采用荧光光谱仪，测试制备得到的有机染料-红外上转换发光透明陶瓷复合材料在980nm红外光激发下的发射光谱，测试结果如图2所示。

由图2可知，制备得到的红外上转换发光透明陶瓷在红外光激发下可产生绿光和红光发射，发光峰位分别在550nm和668nm处。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。

技术特征：

1.一种有机染料-红外上转换发光透明陶瓷复合材料，其特征在于：

所述复合材料由有机染料和红外上转换发光透明陶瓷组成；

所述复合材料为对780nm-1100nm波长的近红外光具有强吸收作用的有机物；

所述红外上转换发光透明陶瓷化学式为：(hoxybyy1-x-yzr0.03)2o3，其中，0.0005≤x≤0.02，0.005≤y≤0.2；

所述复合材料均匀涂敷在所述红外上转换发光透明陶瓷表面。

2.如权利要求1所述有机染料-红外上转换发光透明陶瓷复合材料，其特征在于：x＝0.0005，y＝0.1。

3.如权利要求1或2所述有机染料-红外上转换发光透明陶瓷复合材料，其特征在于：

所述有机染料为但不限于以下任一一种：ir-806、sq-880或者pehtpppd-bt。

4.如权利要求1所述有机染料-红外上转换发光透明陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，使用高纯度的氧化钬ho2o3、氧化镱yb2o3、氧化钇y2o3、氧化锆zro2为原料，按照(hoxybyy1-x-yzr0.03)2o3化学计量比计算各原料粉体所需的质量，称量原料粉体导入球磨罐中，其中，0.0005≤x≤0.02，0.005≤y≤0.2；

步骤二，放入氧化锆小球作为球磨介质，无水乙醇作为溶剂，将装有已配置好粉料的球磨罐放到球磨机中球磨；

步骤三，将球磨后的浆料置于烘箱内干燥；

步骤四，烘干后的粉体用80～100目的筛子过筛，再将得到的粉体在马弗炉中煅烧6小时，煅烧温度为800℃；

步骤五，将粉体装入石墨模具并放入放电等离子体烧结设备，准备开始烧结；

步骤六，进行退火处理，消除真空环境下烧结带来的氧空位提高样品的光学性能，形成红外上转换发光透明陶瓷；

步骤七，将有机染料均匀涂敷在透明陶瓷上。

5.如权利要求4所述有机染料-红外上转换发光透明陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于：

所述步骤一中还包括加入适量烧结助剂lif。

6.如权利要求5所述有机染料-红外上转换发光透明陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于：

所述步骤六的热处理温度为1100℃～1500℃。

7.如权利要求6所述有机染料-红外上转换发光透明陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于：

所述涂敷方法包括：溶液浸渍法、界面原位聚合、等离子体聚合、表面电聚合处理方法。

技术总结
本发明的一个方面，提供了一种有机染料‑红外上转换发光透明陶瓷复合材料，所述复合材料由有机染料和红外上转换发光透明陶瓷组成；所述复合材料为对780nm‑1100nm波长的近红外光具有强吸收作用的有机物；所述红外上转换发光透明陶瓷化学式为：(HoxYbyY1‑x‑yZr0.03)2O3，其中，0.0005≤x≤0.02，0.005≤y≤0.2；所述复合材料均匀涂敷在所述红外上转换发光透明陶瓷表面。该材料通过在红外区域具有强吸收及长激发态寿命的有机染料分子作为敏化层首先吸收红外光，然后共振能量传递将激发态电子传递至Yb3+离子的2F5/2激发态能级，进而实现红外上转换发光增强。本发明的上转换发光透明陶瓷Ho3+/Yb3+：Y2O3及其制备方法在生物医药及红外传感具有重要应用。

技术研发人员：不公告发明人
受保护的技术使用者：北京科易达知识产权服务有限公司
技术研发日：2020.03.17
技术公布日：2020.06.02