一种发光晶体材料磷酸钽铽钾及其制备方法与应用与流程

本发明隶属稀土发光材料领域，具体为一种含有tb³⁺的发光晶体材料磷酸钽铽钾k2tb1.5ta0.5p3o12及其制备方法与应用。

背景技术：

近年来，随着发光材料制备技术的发展，发光材料起着越来越重要的作用。它不仅应用在人们的日常生活中，还被广泛应用于通讯卫星、雷达、光学计算机、生物分子探针、航天飞机等高科技领域。目前，发光材料尤其是光致发光材料己经成为企业和科研单位研究开发的热点。稀土发光材料因为它具有非常特殊的电子层结构，使其有发光谱带窄、色纯度髙、色彩鲜艳、光吸收能力强、光转换率高、发射波长的分布区域宽、荧光寿命从纳秒跨越到毫秒数个数量级等优点，使其在发光材料领域占据了极为重要的地位。以磷酸盐为基质的稀土发光材料是发光材料中的一个分支。磷酸盐由于原料价格低廉，种类繁多，合成工艺简单，被认为是很有实用价值的发光基质。磷酸盐基质结构组成的多样性，使其适用于不同光源激发的基质材料，并且磷酸盐化合物物理化学性能稳定，可以承受大功率电子束、高能福射和强紫外光的激发作用。因此如何开发新型磷酸盐发光材料，是研究者需要思考的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种含有tb³⁺的发光晶体材料磷酸钽铽钾k2tb1.5ta0.5p3o12及其制备方法与应用。该晶体材料本身就含有稀土离子tb³⁺，不需要复杂的制备工艺和稀土离子的掺杂，就可以在377nm激发下发射出强烈的tb³⁺特征发射光绿光。因此，制得含有tb³⁺的磷酸盐发光晶体材料k2tb1.5ta0.5p3o12可以直接应用于荧光发光材料和器件，满足电子工业、照明、公共场所显示和家用电器显示等需求。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种以高温熔盐法合成的含有tb³⁺的发光晶体材料磷酸钽铽钾k2tb1.5ta0.5p3o12及其制备方法，其特征在于：其分子式为k2tb1.5ta0.5p3o12；其结构特点是(ta/tb)o6八面体和po4四面体以氧原子为顶点连接；属于立方晶系，单胞参数为a=b=c=1.033nm，α=β=γ=90°，z=4，v=1.101nm³。

本发明所述的含有tb³⁺的发光晶体材料磷酸钽铽钾k2tb1.5ta0.5p3o12及其制备方法，其特征在于具体步骤为：采用高温熔盐法将原料按比例混合并在玛瑙研钵内充分研磨，装入铂金坩埚后放入马弗炉中，先将反应物在1000℃充分熔融至澄清状态恒温保持20h，然后以3℃/h的降温速度降至600℃。最后冷却至室温后得无色透明的k2tb1.5ta0.5p3o12单晶。

本发明所述的含有tb³⁺的发光晶体材料磷酸钽铽钾k2tb1.5ta0.5p3o12在荧光发光材料或电子器件中的应用。

荧光光谱测试表明，本发明提供的化合物磷酸钽铽钾k2tb1.5ta0.5p3o12在377nm激发下可发射强烈的绿色光，可用于发光材料领域，并且材料的合成方法简便、原料廉价易得，产物无毒无污染，发光效率高。

附图说明

图1是本发明制得的k2tb1.5ta0.5p3o12晶体空间结构图。

图2是本发明制得的k2tb1.5ta0.5p3o12晶体粉末衍射和单晶数据模拟的对比图。

图3是本发明制得的k2tb1.5ta0.5p3o12晶体的激发荧光谱图。

图4是本发明制得的k2tb1.5ta0.5p3o12晶体的发射荧光谱图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：一种含有tb³⁺的发光晶体材料磷酸钽铽钾k2tb1.5ta0.5p3o12的制备：具体操作步骤如下：将原料kh2po4，tb4o7，ta2o5按照50：1：2的摩尔比在电子天平上准确称取，先将原料放入玛瑙研钵中研磨使其混合均匀，然后装入铂金坩锅中，置于1000℃的马弗炉内使其完全熔化，待气体全部逸出后加盖后置于马弗炉内恒温20h然后以3℃/h的降温速度降至600℃。当降温完成后立即停止运行，自然冷却至室温后取出，避免其它新相生成或发生相变。待坩锅冷却至室温后，将其在水中浸泡，洗去助熔剂，烘干后即得到无色透明的晶体，其物理化学性质稳定。

实施例2：单晶结构分析：在光学显微镜下挑选一颗透明完好的小晶体粘在玻璃丝上，于室温下在布鲁克smartapex2ccd面探测器衍射仪（钼靶λ=0.71073å）上寻峰、指标化，以确定晶胞参数和取向矩阵。原始数据以ω扫描方式收集完成后，经过数据还原、吸收校正之后，就可以获得衍射指标、衍射强度以及背景强度等数据。在得到晶胞参数和衍射强度数据后，选择正确的空间群，用直接法得到重原子的位置，其余原子位置通过差值傅立叶合成来确定，然后对全部原子坐标及原子位移参数等进行基于f²的全矩阵最小二乘法精修至收敛。以上结构解析和精修均使用shelx-2014程序完成。晶体结构如图1所示。最后，通过platon程序对其空间群进行检查并在网站上对其结构进行检查，无晶体学错误。单晶结构拟合出的粉末衍射图与试验得到的粉末衍射图进行对比（见附图2），验证结构解析的正确性。

实施例3：将所得产物用fls920荧光光谱仪进行分析，在551nm发射光监控下测试其激发荧光，观察到在377nm左右位置出现最大激发荧光峰（见附图3），所得激发光谱由一系列tb³⁺的4f→4f电子跃迁吸收构成，其中377nm处的激发峰最强。晶体k2tb1.5ta0.5p3o12的发射荧光谱如附图4所示，在377nm近紫外光激发下，处于可见光区域的489、551、584和618nm附近的发射峰分别对应的是tb³⁺的⁵d4→⁷f6，⁵d4→⁷f5，⁵d4→⁷f4，⁵d4→⁷f3的跃迁，为f→f跃迁发射，551nm处发射最强，材料呈绿光发射。由于tb³⁺内层4f电子受5s²5p⁶外层电子的屏蔽作用，4f电子跃迁发射实质上是稀土离子tb³⁺自身的独特行为。

以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。