一种掺杂稀土元素Sm的磷钨酸盐发光材料及其制备方法与流程

本发明涉及一种发光材料和制备方法，具体涉及一种掺杂稀土元素sm的磷钨酸盐发光材料及其制备方法。

背景技术：

钨酸盐和磷酸盐作为重要的光学材料，被应用于众多领域。钨酸根具有特殊的性质，可以有效吸收蓝紫光led发射的光谱，并传递给掺杂在钨酸盐基质中的稀土离子。稀土磷酸盐是发光效率最高的发光材料之一，具有优异的热稳定性，同时，磷酸盐发光材料合成温度低、发光效率高、物理化学性能稳定，是一种性能优异的发光材料基质。

sm³⁺作为稀土离子中的一员，在荧光粉领域扮演着重要的角色，作为发光激活剂，sm³⁺对近紫外光吸收较强，能发射量子效率较高，单色性好的红色荧光。目前，人们对稀土离子eu、tb、dy等掺杂钨酸盐、磷酸盐的合成及反应机理进行了一系列的研究，但对稀土离子sm掺杂到磷钨酸盐体系中的报道还较少。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种掺杂稀土元素sm的磷钨酸盐发光材料及其制备方法，以克服上述现有技术存在的缺陷，本发明方法制备的材料具有较强的发光性能，且工艺简单、合成周期短，易实现工业化。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种掺杂稀土元素sm的磷钨酸盐发光材料，所述的掺杂稀土元素sm的磷钨酸盐发光材料的化学式为k2gd1-x(po4)2-y(wo4)y：xsm³⁺，其中x为sm³⁺的摩尔掺杂百分比，0.01≤x≤0.05，y为w⁶⁺的摩尔掺杂百分比，0<y<2。

一种掺杂稀土元素sm的磷钨酸盐发光材料的制备方法，包括以下步骤：

1)按照化学式k2gd1-x(po4)2-y(wo4)y：xsm³⁺，其中x为sm³⁺的摩尔掺杂百分比，0.01≤x≤0.05，y为w⁶⁺的摩尔掺杂百分比，0<y<2，将原料k2co3，nh4h2po4，wo3，gd2o3和sm2o3按照目标产物的化学计量比准确称量原料，然后研磨使其混合均匀；

2)采用高温固相法，将经步骤1)处理得到的混合粉末进行煅烧，煅烧结束后随炉温自然冷却至室温，然后经进一步研磨得到掺杂稀土元素sm的磷钨酸盐发光材料。

进一步地，步骤1)中y＝1。

进一步地，步骤1)中研磨时间为0.5h。

进一步地，步骤2)中煅烧在空气气氛下进行。

进一步地，步骤2)中煅烧具体为：在700℃温度下预烧2h后，在900℃温度下煅烧5h。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明采用磷钨酸盐体系，以sm2o3作激活剂，采用高温固相法制备掺杂稀土元素sm的磷钨酸盐发光材料，其化学组成为k2gd1-x(po4)2-y(wo4)y:xsm³⁺，其样品晶粒粒径小且均匀，发光效率高、亮度高。本发明的荧光材料的最大激发波长为404nm，最大发射波长为604nm。而且，本发明采用的高温固相法，制备工艺简单、合成周期短，易实现工业化；且制备得到的样品，发光亮度高、效率高，热稳定性强。

附图说明

图1为k2gd1-x(po4)(wo4)：xsm³⁺(x＝2mol％)样品在y＝1下样品在最大发射波长为604nm时的激发光谱图；

图2为k2gd0.98(po4)(wo4)：0.02sm³⁺样品在404nm近紫外光激发下的发射光谱图；

图3为k2gd1-x(po4)(wo4)：xsm³⁺样品在最大激发波长为404nm时，不同sm³⁺掺杂量样品的发射光谱图。

具体实施方式

下面对本发明的实施方式做进一步详细描述：

一种掺杂稀土元素sm的磷钨酸盐发光材料，所述的掺杂稀土元素sm的磷钨酸盐发光材料的化学式为k2gd1-x(po4)2-y(wo4)y：xsm³⁺，其中x为sm³⁺的摩尔掺杂百分比，0.01≤x≤0.05，y为w⁶⁺的摩尔掺杂百分比，0<y<2。

一种掺杂稀土元素sm的磷钨酸盐发光材料的制备方法，包括以下步骤：

1)按照化学式k2gd1-x(po4)2-y(wo4)y：xsm³⁺，其中x为sm³⁺的摩尔掺杂百分比，0.01≤x≤0.05，y为w⁶⁺的摩尔掺杂百分比，0<y<2，将原料k2co3，nh4h2po4，wo3，gd2o3和sm2o3按照目标产物的化学计量比准确称量原料，置于玛瑙研钵中，充分研磨0.5h使其混合均匀；

2)采用高温固相法，将经步骤1)处理得到的混合粉末于空气气氛下，在700℃温度下预烧2h后，在900℃温度下煅烧5h，煅烧结束后随炉温自然冷却至室温，然后经进一步研磨得到掺杂稀土元素sm的磷钨酸盐发光材料。

下面结合实施例对本发明做进一步详细描述：

实施例1

1)准确称量k2co31.1057g，nh4h2po40.9202g，wo31.8548g，gd2o31.4355g和sm2o30.0139g，并置于玛瑙研钵中，充分研磨0.5h使其均匀；

2)采用高温固相法，将上述预处理的混合固体粉末置于刚玉坩埚中，在空气气氛下，于700℃预烧2h后于900℃煅烧5h。体系随炉温自然冷却至室温，经进一步研磨得到最终发光材料。

实施例2

1)准确称量k2co31.1057g，nh4h2po40.9202g，wo31.8548g，gd2o31.4210g和sm2o30.0279g，并置于玛瑙研钵中，充分研磨0.5h使其均匀；

2)采用高温固相法，将上述预处理的混合固体粉末置于刚玉坩埚中，在空气气氛下，于700℃预烧2h后于900℃煅烧5h。体系随炉温自然冷却至室温，经进一步研磨得到最终发光材料。

实施例3

1)准确称量k2co31.1057g，nh4h2po40.9202g，wo31.8548g，gd2o31.4065g和sm2o30.0418g，并置于玛瑙研钵中，充分研磨0.5h使其均匀；

2)采用高温固相法，将上述预处理的混合固体粉末置于刚玉坩埚中，在空气气氛下，于700℃预烧2h后于900℃煅烧5h。体系随炉温自然冷却至室温，经进一步研磨得到最终发光材料。

实施例4

1)准确称量k2co31.1057g，nh4h2po40.9202g，wo31.8548g，gd2o31.3920g和sm2o30.0558g，并置于玛瑙研钵中，充分研磨0.5h使其均匀；

2)采用高温固相法，将上述预处理的混合固体粉末置于刚玉坩埚中，在空气气氛下，于700℃预烧2h后于900℃煅烧5h。体系随炉温自然冷却至室温，经进一步研磨得到最终发光材料。

实施例5

1)准确称量k2co31.1057g，nh4h2po40.9202g，wo31.8548g，gd2o31.3775g和sm2o30.0697g，并置于玛瑙研钵中，充分研磨0.5h使其均匀；

2)采用高温固相法，将上述预处理的混合固体粉末置于刚玉坩埚中，在空气气氛下，于700℃预烧2h后于900℃煅烧5h。体系随炉温自然冷却至室温，经进一步研磨得到最终发光材料。

图1为k2gd0.98(po4)(wo4):0.02sm³⁺样品在604nm监测下的激发光谱图谱，在330nm到520nm范围内呈现多峰线状谱，从图1中可以看出，多个尖锐激发峰归属于sm³⁺离子的4f内层电子间的f-f跃迁吸收，峰值位于348nm、364nm、378nm、393nm、404nm、420nm、440nm、464nm、474nm、479nm、492nm，分别对应于sm³⁺的⁶h5/2→⁴k17/2+⁴l17/2、⁶h5/2→⁴l15/2、⁶h5/2→⁴p7/2、⁶h5/2→⁴k11/2、⁶h5/2→⁴f7/2、⁶h5/2→⁴p5/2、⁶h5/2→⁴g9/2、⁶h5/2→⁴i13/2、⁶h5/2→⁴i11/2、⁶h5/2→⁴i9/2、⁶h5/2→⁴g7/2跃迁吸收。最强峰值位于404nm处，可见sm³⁺的发射可以同时被近紫外和蓝光有效激发。图2为在404nm近紫外光激发下k2gd0.98(po4)(wo4)：0.02sm³⁺荧光的发射光谱，由图可以看出，发射光谱中出现了sm³⁺的特征发射峰，该峰由4个主峰组成，其峰值位置分别为565、604，607，649nm，且604nm处发射峰的发光强度最强，其中565nm处的发射峰为sm³⁺的⁴g5/2→⁶h5/2跃迁，604和607nm处的发射峰为sm³⁺的⁴g5/2→⁶h7/2跃迁，649nm处的发射峰为sm³⁺的⁴g5/2→⁶h9/2跃迁，这4个发射峰均起源于sm³⁺离子4f电子壳层内的f-f跃迁。样品在紫外光或近紫外激发时可以发射红色光。

图3为k2gd1-x(po4)(wo4):xsm³⁺(x＝0.01，0.02，0.03，0.04，0.05)样品在404nm的近紫外光激发下的发射谱线。由图3可知，随着掺杂浓度的改变，样品的荧光强度有明显的变化，但发射谱线主峰的位置没有改变，这说明sm³⁺的掺杂浓度的变化对基质的结构影响不大。然而在不同掺杂浓度下样品的发光强度有所改变，其强度随着sm³⁺掺杂浓度的提高而增强，当sm³⁺掺杂浓度为0.02时，样品的发光强度达到最大，之后发光强度随着掺杂浓度的提高而降低，出现浓度猝灭现象。