绿色上转换发光材料的制备方法
【专利说明】
[0001]技术领域本发明涉及一种稀土掺杂氧化物上转换发光材料的制备方法。
[0002]【背景技术】上转换发光是通过多光子机制将长波辐射转换为短波辐射，即吸收的光子能量低于发射的光子能量。上转换发光材料能够在红外辐射激发下发射出可见光，在显示显像、光电子学器件、新光源、X射线增感屏、核物理、辐射场的探测和记录、医学放射学图像的各种摄像技术，印刷标识防伪、光学传感、全固化短波长激光器以及生物标识等领域具有广泛的应用前景。稀土元素因其独特的电子层结构，具有一般元素所无法比拟的光谱性质，使得稀土成为一个巨大的发光宝库，为高新技术提供了诸多性能优越的发光和激光材料。目前，对稀土掺杂上转换发光材料的研宄还主要集中在稀土掺杂氟化物材料，而氧化物基质具有力学性能优良、结构稳定、损伤阈值且制备工艺简单、产率高更适合生产和应用等优点。它的不足之处:氧化物较高的声子能量使得以氧化物为基质的稀土掺杂发光材料发光效率低下，且其微观形貌较难控制。
[0003]
【发明内容】
本发明的目的是提供一种微观形貌较易控制，制备工艺简单，成本低廉，适合批量生产的水母状稀土掺杂MoO3绿色上转换发光材料的制备方法。
[0004]本发明是一种以含钼的化合物与稀土盐以一定的质量比混合在高温下通过气相蒸发法获得的水母形状的稀土掺杂MoO3高效绿色上转换发光材料。
[0005]上述水母状稀土掺杂]?003绿色上转换发光材料的制备方法如下:
[0006](I)称取MoO3的原材料与稀土盐，其中，MoO 3的原材料是七钼酸铵(NH4)6Mo7O24.4H20、正钼酸铵(NH4)2MoO4, 二钼酸铵(NH4)2Mo2O7或四钼酸铵(NH4) 2Μο4013.2H20，稀土盐是硝酸铒 Er (NO3) 3.5H20 和硝酸镱 Yb (NO3) 3.5H20、氯化铒ErCl3.6H20和氯化镱YbCl3.6H20或者氧化铒Er2O3和氧化镱Yb 203等，所有原料均为固体晶体粉末；
[0007](2)将上述称取的物料经研磨混均后，装入氧化铝坩祸，坩祸上覆盖有单晶硅片作为衬底，然后一起放入马弗炉中，在空气气氛下以5°C /min?20°C /min的速率升至1000°C?1250°C，并在该温度保持I?2个小时；
[0008](3)保温结束后随炉冷却，待冷却至室温后取出单晶硅片，硅片上沉积的即是水母状的稀土掺杂氧化钼绿色上转换发光材料。
[0009]本发明的稀土 Er离子掺杂MoO3高效绿色上转换发光材料是在非平衡条件下自发生长的一种具有水母形态的圆盘形自组织结构，圆盘中心有结晶良好的八面体MoO3颗粒团簇，团簇外由圆心到圆周沿半径方向MoO3颗粒尺寸逐渐减小。高温条件下钼酸铵分解，在蒸发过程中将部分稀土离子带出并沉积在单晶硅片表面形成稀土掺杂的MoO3材料。由于稀土离子Yb是Er离子有效的敏化剂，从而在980nm波长激光激发下能够获得高效上转换发光。
[0010]本发明与现有技术相比具有如下优点:
[0011](I)本发明的产品是一种具有特殊形貌的具有高效上转换发光特性的稀土掺杂皿003发光材料，它在980nm波长激光激发下能够获得高效绿色上转换发光；
[0012](2)本发明的制备工艺简单，成本低廉，适合批量生产。
【附图说明】
[0013]图1为本发明实施例1所制备的发光材料的扫描电子显微镜照片图；
[0014]图2为本发明实施例1所制备的发光材料局部微观组织的扫描电子显微镜照片图；
[0015]图3为本发明实施例1所制备的发光材料的X射线衍射谱图；
[0016]图4为本发明实施例1所制备的发光材料的电子探针图；
[0017]图5为本发明实施例1所制备的发光材料在自然光和976nm激光照射下的光学显微照片图；
[0018]图6为本发明实施例1所制备的发光材料在976nm激光激发下的发光光谱图。
【具体实施方式】
[0019]下面以具体实施例的方式对本发明作进一步说明:
[0020]实施例1
[0021](I)称取 1g 七钼酸铵(NH4)6Mo7O24.4H20、0.2g 硝酸铒 Er (NO3) 3.5H20 和 1.8g 硝酸镱Yb (NO3)3.5H20，所有原料均为固体晶体粉末；
[0022](2)将上述称取的物料经充分研磨混均后，装入氧化铝坩祸，然后在坩祸口覆盖单晶硅片并一起放入马弗炉中，在空气气氛下以5°C /min的速率升至1250°C，并在该温度保持I个小时；
[0023](3)待保温结束随炉冷却后取出单晶硅片，在单晶硅片表面即得到水母形状的稀土 Er和Yb离子共掺杂1003绿色上转换发光材料。
[0024]从图1所示的本实施例所制备的发光材料扫描电子显微镜照片图可以看出，所制得的发光材料是直径在150nm左右、呈现平面水母形状的圆盘，圆盘中心有大颗粒存在。有些圆盘独立分布，有些圆盘重叠在一起，在重叠的地方有明显的分界线。从图2所示的本实施例所制备的发光材料的局部微观组织的扫描电子显微镜照片图可以看出，从圆盘中心沿半径方向往外，晶粒尺寸逐渐减小。从图3所示的本实施例所制备的发光材料的X射线衍射谱图可以看出，除了单晶硅的衍射峰，其余衍射峰都对应于正方相MoO3，由于掺杂的Er和Yb离子较少，未出现含Er和Yb化合物的衍射峰。从图4所示的本实施例所制备的发光材料的电子探针图可以看出，圆盘由Mo和O元素组成，由于Er和Yb的含量太少未能检测出Er和Yb的分布。从图5所不的本实施例所制备的发光材料在自然光和976nm激光照射下的光学显微照片图可以看出，在976nm激光激发下圆盘发射出明显的可见光，且发光区域与圆盘一一对应。从图6所示的本实施例所制备的发光材料在976nm激光激发下的发光光谱图可以看出，在976nm激光激发下，圆盘在300nm?900nm波段范围内分别发射出紫夕卜、蓝色、绿色、红色和红外上转换发光，分别对应于Er3+离子的2H9/2— 4I1572, 4F572- 4I1572,2Hn/2— 4Il5/2，4S3/2— 4!15/2，4F9/2— ^15/2^ ^3/2^ 413/2跃迀，其中在 500.?580.的绿色上转换发光最强。
[0025]实施例2
[0026](I)称取 1g 正钼酸铵(NH4) 2Mo04、0.2g 氯化铒 ErCl3.6H20 和 1.8g 氯化镱YbCl3.6H20，所有原料均为固体晶体粉末；
[0027](2)将上述称取的物料经充分研磨混均后，装入氧化铝坩祸，然后在坩祸口覆盖单晶硅片并一起放入马弗炉中，在空气气氛下以15°C /min的速率升至1100°C，并在该温度保持1.5个小时；
[0028](3)待保温结束随炉冷却后取出单晶硅片，在单晶硅片表面即得到水母形状的稀土 Er和Yb离子共掺杂1003绿色上转换发光材料。
[0029]实施例3
[0030](I)称取 1g 四钼酸铵(NH4)2Mo4O13.2Η20、0.2g 氧化铒 Er2O3和 1.8g 氧化镱 Yb2O3,所有原料均为固体晶体粉末；
[0031](2)将上述称取的物料经充分研磨混均后，装入氧化铝坩祸，然后在坩祸口覆盖单晶硅片并一起放入马弗炉中，在空气气氛下以20°C /min的速率升至1000°C，并在该温度保持2个小时；
[0032](3)待保温结束随炉冷却后取出单晶硅片，在单晶硅片表面即得到水母形状的稀土 Er和Yb离子共掺杂1003绿色上转换发光材料。
【主权项】
1.一种水母状稀土掺杂MoO 3绿色上转换发光材料的制备方法，其特征在于: (1)称取MoO3的原材料与稀土盐，其中，MoO3的原材料是七钼酸铵(NH4)6Mo7O24.4H20、正钼酸铵(ΝΗ4)2Μο04、二钼酸铵(NH4)2Mo2O7或四钼酸铵(NH 4) 2Μο4013.2H20，稀土盐是硝酸铒Er (NO3) 3.5H20 和硝酸镱 Yb (NO3) 3.5H20、氯化铒 ErCl3.6H20 和氯化镱 YbCl3.6H20 或者氧化铒Er2O3和氧化镱Yb 203等，所有原料均为固体晶体粉末； (2)将上述称取的物料经研磨混均后，装入氧化铝坩祸，坩祸上覆盖有单晶硅片作为衬底，然后一起放入马弗炉中，在空气气氛下以5°C /min?20°C /min的速率升至1000°C?1250°C，并在该温度保持I?2个小时； (3)保温结束后随炉冷却，待冷却至室温后取出单晶硅片，硅片上沉积的即是水母状的稀土掺杂氧化钼绿色上转换发光材料。
【专利摘要】一种水母状稀土掺杂MoO3绿色上转换发光材料的制备方法：称取MoO3的原材料与稀土盐，所有原料均为固体晶体粉末；将上述称取的物料经研磨混均后，装入氧化铝坩埚，坩埚上覆盖有单晶硅片作为衬底，然后一起放入马弗炉中，在空气气氛下以5℃/min～20℃/min的速率升至1000℃～1250℃，并在该温度保持1～2个小时；保温结束后随炉冷却，待冷却至室温后取出单晶硅片，硅片上沉积的即是水母状的稀土掺杂氧化钼绿色上转换发光材料。本发明的产品是一种具有特殊形貌的具有高效上转换发光特性的稀土掺杂MoO3发光材料，它在980nm波长激光激发下能够获得高效绿色上转换发光，制备工艺简单，成本低廉，适合批量生产。
【IPC分类】C09K11-68
【公开号】CN104762084
【申请号】CN201510167161
【发明人】曹保胜, 董斌, 吴金磊, 何洋洋, 冯志庆, 王雪寒
【申请人】大连民族学院
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年4月10日