掺杂稀土镱、铥的立方球形氧化钇颗粒的合成方法与流程

本发明涉及一种稀土掺杂的立方球形y2o3:yb³⁺/tm³⁺颗粒的上转换发光材料的合成方法，本发明属于稀土掺杂的纳米荧光材料领域。

背景技术：

在稀土离子之中，tm³⁺已经引起了人们极大的兴趣，因为它在红光，蓝光和紫外光区域表现了较强的荧光性。tm³⁺在可得到的激光二极管发射带中有较弱的吸收，而yb³⁺离子作为一种杰出的敏化剂被广泛使用，因为yb³⁺具有宽的吸收截面可以有效地吸收泵浦光，然后将吸收的能量传递给激活剂。众所周知，镧系氧化物为不同稀土离子的发光提供了极好的晶格结构。其中，氧化钇(y2o3)因为其独特的热稳定性、化学稳定性、低声子能量以及一系列光学性质成为了一种具有前景的用于上（下）转换发光的基质材料。在过去的几十年中，研究人员通过不同的方法合成了各种形貌的y2o3颗粒，如通过燃烧法，微乳液法，化学气相沉积法等合成的纳米颗粒；通过表面活性剂组装机理制备的纳米管；利用aao模板辅助合成纳米线；喷雾热解法，尿素均匀沉淀法和pechini法溶胶凝胶过程得到球形颗粒；溶胶凝胶软刻蚀图案薄膜的制备。然而，据报道，人们对具有高分散性的类立方球形的y2o3:yb³⁺/tm³⁺颗粒的制备和性能研究还很少。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种制备成本低、环境友好的、具有较高分散性形貌均匀的类立方球形的掺杂稀土镱、铥的立方球形氧化钇颗粒的合成方法。这种均匀类立方球形颗粒的形貌更有利于上转换发光性能。

按照本发明提供的技术方案，所述立方球形y2o3:yb³⁺/tm³⁺颗粒的合成方法，其特征是该制备方法包括以下步骤：

（1）碳微球的合成步骤；

a1.称取葡萄糖溶解在蒸馏水中，搅拌至呈透明溶液；

b1.将步骤a1透明溶液置于高压釜中，高压釜放于150~200℃烘箱内恒温反应8~12小时；

c1.反应后冷却至室温，将得到黑棕色沉淀，黑棕色沉淀用蒸馏水和无水乙醇溶液进行洗涤；

d1.黑棕色沉淀放在60~80℃下的真空干燥箱烘干，得到的黑棕色粉体物质为碳微球；

（2）均匀立方体形貌的y2o3:yb³⁺/tm³⁺颗粒的合成步骤；

a2．称取y2o3溶解在硝酸溶液中，搅拌后得到y(no3)3，继续加热搅拌去除过量的硝酸；

b2.称取0.144~0.359g的yb(no3)3·6h2o和0.035g的tm(no3)3·6h2o，与a2步骤预制备的y(no3)3溶液共同加入到含有无水乙醇的蒸馏水中，搅拌下加入0.1~0.3g尿素，继续剧烈搅拌得到悬浮溶液；

c2.将制备的碳微球取100~300mg加入到b2步骤的悬浮溶液中，超声波震荡10~30min，使碳微球充分分散在反应溶液中；

d2.将得到的混合溶液转移到高压釜中，高压釜放入150-200℃烘箱内恒温反应4~8h，得到的灰白色前驱体经过蒸馏水和无水乙醇溶液离心洗涤后在50~70℃真空干燥箱内烘干；

e2.将灰白色前驱体置于600~1000℃的马弗炉中恒温焙烧1~3h，最终得到立方体形貌的y2o3:yb³⁺/tm³⁺颗粒。

作为优选：c2步骤中，超声波的频率为40-50khz，超声波的功率为320-380w。

本发明制备方法简单，步骤易于操作，立方体形貌的y2o3:yb³⁺/tm³⁺颗粒的合成采用水和乙醇作为溶剂，具有绿色环保、制备成本低等优点。

附图说明

图1是本发明实施例1的sem测试结果图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

（1）碳微球的合成步骤；

a1.称取10.5g的葡萄糖溶解在75ml蒸馏水中，搅拌至呈透明溶液；

b1.将步骤a1透明溶液置于80ml聚四氟乙烯不锈钢高压釜中，放于150℃烘箱内恒温反应10小时；

c1.反应后冷却至室温，将得到黑棕色沉淀用蒸馏水和无水乙醇溶液洗涤三次；

d1.放在70℃下的真空干燥箱烘干，得到的黑棕色粉体物质为碳微球；

（2）均匀立方体形貌的y2o3:yb³⁺/tm³⁺颗粒的合成步骤；

a2．称取1.13g的y2o3溶解在1.88ml浓度为16mol/l的硝酸溶液中，搅拌一定时间后得到y(no3)3，继续加热搅拌去除过量的硝酸；

b2.按摩尔比为4：1分别称取0.144g的yb(no3)3·6h2o和0.035g的tm(no3)3·6h2o，与a2步骤预制备的y(no3)3溶液共同加入到含有10ml无水乙醇的60ml蒸馏水中，搅拌下加入0.2g尿素，继续剧烈搅拌得到悬浮溶液；

c2.将制备的碳微球取200mg加入到上述b2步骤的悬浮溶液中，超声波震荡15min，使碳微球充分分散在反应溶液中，超声波的频率为40-50khz，超声波的功率为320-380w；

d2.最后将得到的混合溶液转移到80ml聚四氟乙烯不锈钢高压釜中，150℃恒温反应6h，最终得到的灰白色前驱体经过蒸馏水和无水乙醇溶液离心洗涤三次，随后在60℃真空干燥箱内烘干；

e2.将样品置于800℃的马弗炉中恒温焙烧2h，最终得到立方体形貌的y2o3:yb³⁺/tm³⁺颗粒；

实施例2

（1）碳微球的合成步骤；

a1.称取10.5g的葡萄糖溶解在75ml蒸馏水中，搅拌至呈透明溶液；

b1.将步骤a1透明溶液置于80ml聚四氟乙烯不锈钢高压釜中，放于160℃烘箱内恒温反应10小时；

c1.反应后冷却至室温，将得到黑棕色沉淀用蒸馏水和无水乙醇溶液洗涤三次；

d1.放在70℃下的真空干燥箱烘干，得到的黑棕色粉体物质为碳微球；

（2）均匀立方体形貌的y2o3:yb³⁺/tm³⁺颗粒的合成步骤；

a2．称取1.13g的y2o3溶解在1.88ml浓度为16mol/l的硝酸溶液中，搅拌一定时间后得到y(no3)3，继续加热搅拌去除过量的硝酸；

b2.按摩尔比为6：1分别称取0.215g的yb(no3)3·6h2o和0.035g的tm(no3)3·6h2o，与a2步骤预制备的y(no3)3溶液共同加入到含有10ml无水乙醇的60ml蒸馏水中，搅拌下加入0.2g尿素，继续剧烈搅拌得到悬浮溶液；

c2.将制备的碳微球取200mg加入到上述b2步骤的悬浮溶液中，超声波震荡15min，使碳微球充分分散在反应溶液中，超声波的频率为40-50khz，超声波的功率为320-380w；

d2.最后将得到的混合溶液转移到80ml聚四氟乙烯不锈钢高压釜中，160℃恒温反应6h，最终得到的灰白色前驱体经过蒸馏水和无水乙醇溶液离心洗涤三次，随后在60℃真空干燥箱内烘干；

e2.将样品置于800℃的马弗炉中恒温焙烧2h，最终得到立方体形貌的y2o3:yb³⁺/tm³⁺颗粒。

实施例3

（1）碳微球的合成步骤；

a1.称取10.5g的葡萄糖溶解在75ml蒸馏水中，搅拌至呈透明溶液；

b1.将步骤a1透明溶液置于80ml聚四氟乙烯不锈钢高压釜中，放于180℃烘箱内恒温反应10小时；

c1.反应后冷却至室温，将得到黑棕色沉淀用蒸馏水和无水乙醇溶液洗涤三次；

d1.放在70℃下的真空干燥箱烘干，得到的黑棕色粉体物质为碳微球；

（2）均匀立方体形貌的y2o3:yb³⁺/tm³⁺颗粒的合成步骤；

a2．称取1.13g的y2o3溶解在1.88ml浓度为16mol/l的硝酸溶液中，搅拌一定时间后得到y(no3)3，继续加热搅拌去除过量的硝酸；

b2.按摩尔比为7：1分别称取0.251g的yb(no3)3·6h2o和0.035g的tm(no3)3·6h2o，与a2步骤预制备的y(no3)3溶液共同加入到含有10ml无水乙醇的60ml蒸馏水中，搅拌下加入0.2g尿素，继续剧烈搅拌得到悬浮溶液；

c2.将制备的碳微球取200mg加入到上述b2步骤的悬浮溶液中，超声波震荡15min，使碳微球充分分散在反应溶液中，超声波的频率为40-50khz，超声波的功率为320-380w；

d2.最后将得到的混合溶液转移到80ml聚四氟乙烯不锈钢高压釜中，180℃恒温反应6h，最终得到的灰白色前驱体经过蒸馏水和无水乙醇溶液离心洗涤三次，随后在60℃真空干燥箱内烘干；

e2.将样品置于800℃的马弗炉中恒温焙烧2h，最终得到立方体形貌的y2o3:yb³⁺/tm³⁺颗粒；

实施例4

（1）碳微球的合成步骤；

a1.称取10.5g的葡萄糖溶解在75ml蒸馏水中，搅拌至呈透明溶液；

b1.将步骤a1透明溶液置于80ml聚四氟乙烯不锈钢高压釜中，放于200℃烘箱内恒温反应10小时；

c1.反应后冷却至室温，将得到黑棕色沉淀用蒸馏水和无水乙醇溶液洗涤三次；

d1.放在70℃下的真空干燥箱烘干，得到的黑棕色粉体物质为碳微球；

（2）均匀立方体形貌的y2o3:yb³⁺/tm³⁺颗粒的合成步骤；

a2．称取1.13g的y2o3溶解在1.88ml浓度为16mol/l的硝酸溶液中，搅拌一定时间后得到y(no3)3，继续加热搅拌去除过量的硝酸；

b2.按摩尔比为10：1分别称取0.359g的yb(no3)3·6h2o和0.035g的tm(no3)3·6h2o，与a2步骤预制备的y(no3)3溶液共同加入到含有10ml无水乙醇的60ml蒸馏水中，搅拌下加入0.2g尿素，继续剧烈搅拌得到悬浮溶液；

c2.将制备的碳微球取200mg加入到上述b2步骤的悬浮溶液中，超声波震荡15min，使碳微球充分分散在反应溶液中，超声波的频率为40-50khz，超声波的功率为320-380w；

d2.最后将得到的混合溶液转移到80ml聚四氟乙烯不锈钢高压釜中，200℃恒温反应6h，最终得到的灰白色前驱体经过蒸馏水和无水乙醇溶液离心洗涤三次，随后在60℃真空干燥箱内烘干；

e2.将样品置于800℃的马弗炉中恒温焙烧2h，最终得到立方体形貌的y2o3:yb³⁺/tm³⁺颗粒。

对实施例1制备的y2o3:yb³⁺/tm³⁺颗粒进行了sem测试，测试结果为高分散且直径在1-2μm左右的均匀立方体球形形貌，如图1所示。

对实施例2、3、4制备的y2o3:yb³⁺/tm³⁺颗粒进行了sem测试，测试结果与实施例的测试结果基本一致，均为高分散且直径在1-2μm左右的均匀立方体球形形貌。

对实施例1、2、3、4制备的立方体形貌的y2o3:yb³⁺/tm³⁺颗粒与非模板法y2o3:yb³⁺/tm³⁺颗粒进行上转换发光性能测试。测试结果表明，在975nm激发光照射下，掺杂等量的稀土离子，均匀类立方球形的y2o3:yb³⁺/tm³⁺颗粒明显强于不规则块状的y2o3:yb³⁺/tm³⁺颗粒的上转换发光强度，通过强度拟合可知强度增强四倍以上。均匀的和分散性好的球形颗粒能提供优于其他形貌的双重优势：

（1）通过紧密的球形包装形成紧密的荧光层。

（2）它使荧光颗粒表面的光散射减低到最小值。

结合这两个优点，发光效率和荧光显示的亮度可能会有明显的提高。

本发明利用溶剂热法，以碳微球为模板制备出高分散性形貌均匀的立方球形的y2o3:yb³⁺/tm³⁺颗粒。在975nm光激发下，均匀的分散性良好的颗粒形貌可有效的增强发光强度。通过调节上转换发光，这可应用于具有主要发光带、低杂质带的的单色上转换发射的设计。而且，整个实验反应过程采用无毒溶液无腐蚀性材料，方法简单绿色，在生物领域和其他光学领域都有潜在的应用。