一种红色长余辉单晶体材料及其制备方法与流程

本发明属于长余辉发光材料领域，具体地说，涉及一种红色长余辉材料及其制备方法。

背景技术：

长余辉材料是指材料在接受高能激发（可见光、紫外光、x射线、射线和电子束等）后，在可见光波段或者近红外波段持续长时间发光的光学现象。这样的发光，能够从激发停止后持续几分钟、几小时甚至若干天。基于这种特殊的功能，长余辉材料被广泛应用于安全标识、光能存储、力和温度传感器、生物活体影像、癌症治疗、太阳能光电转换和光催化等诸多领域。近年来，有关长余辉材料的研究主要集中在拓展激发和发射范围和更长的发光时间等方面，而随着光电器件集成化和多功能化的快速发展，集成化多功能长余辉材料将是该领域的一个重要发展方向。通过采用同时具备铁电、压电、铁磁、电光和压光等一种或多种特性的基体材料，实现对长余辉特性的多维度调控，将是未来多功能长余辉材料的重要特征。

铌酸锂晶体作为一种著名的多功能光学材料，具备优异的铁电性、压电性、电光转化和压光转化等性能，还是一种重要的集成光学材料。有关铌酸锂材料的光学性质，发光特性的研究是当前基础研究和应用研究的热门。然而，以铌酸锂晶体为基体材料的长余辉现象至今仍未有报道。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种具有长余辉性能的铌酸锂晶体材料，可以通过紫外光和x射线进行激发，发射红光并具有较长的余辉时间。

本发明所采用的技术方案如下：

一种红色长余辉晶体材料，其化学式为linbo3:pr³⁺:mg²⁺，其中掺杂组份pr³⁺的浓度为1~3mol%,掺杂组份mg²⁺的浓度为1~5mol%。该单晶材料具有红色长余辉发光特性。其激发光为近紫外及蓝光，近紫外区域波长为300-410nm，蓝光区域波长为460–470n。其激发光也可以为x射线。

上述红色长余辉晶体材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）配料：将高纯碳酸锂和五氧化二铌按照摩尔比li/nb=0.946:1配制，加入氧化镁和氧化镨粉末混合，并置于球磨机中研磨混合；

（2）烧结：将步骤（1）所得的均匀混合粉末加入到铂金坩埚中，置于马弗炉中并升温至700℃，保持3小时，然后以250℃/小时速率，升温至1150℃保持10小时，然后缓慢降至室温，到多晶材料；

（3）单晶生长：将步骤（2）所述多晶材料至于铂金坩埚中，并将坩埚置于提拉法生长装置中，加热至1230℃以上，采用c向切割的籽晶引晶，使晶体沿着c轴生长。

在上述的红色长余辉单晶材料的制备方法中：步骤（3）所述晶体沿着c轴生长的固液界面温度梯度维持在28℃/mm。

在上述的红色长余辉单晶材料的制备方法中：步骤（3）所述晶体的晶转速度为15转/分钟。

在上述的红色长余辉单晶材料的制备方法中：步骤（3）所述提拉法生长装置的提拉速度为1.5mm/h。

与现有材料和技术相比，本发明的优点和有用效果在于：

（1）本发明所述材料除了可以用紫外光激发和用可见的蓝光激发外，还可以采用x射线激发，具备作为x射线探测和能量存储的潜力。

（2）除具备长余辉性质外，本发明所述材料还具备铁电性、压电性和丰富的光学性能，为通过铁电、压电和机械力等手段调控长余辉性能提供了基础。

（3）本发明所述材料作为一种著名的、性能优异的集成光学材料，为长余辉材料的集成化提供了可能性。

（4）本发明所述材料具备优异的热稳定性和机械性能，可以作为性能优良的高温传感器和力传感器。

（5）本发明所述材料的制备工艺适合于工业化大规模生产，成本低廉，具有很高的应用潜力。

附图说明

图1是红色长余辉晶体材料的激发光谱图；

图2是红色长余辉晶体材料分别由紫外光激发和x射线激发的发射光谱图；

图3是红色长余辉晶体材料的紫外激发和x射线激发余辉曲线图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图，对本发明做进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

（1）将高纯碳酸锂和五氧化二铌按照摩尔比li/nb=0.946:1配制，加入氧化镁和氧化镨粉末混合，并置于球磨机中研磨混合48小时。

（2）将步骤（1）所得的均匀混合粉末加入到铂金坩埚中，置于马弗炉中并升温至700℃，保持3小时，然后以250℃/小时速率，升温至1150℃保持10小时，然后缓慢降至室温，到多晶材料。

（3）将步骤（2）所述多晶材料至于铂金坩埚中，并将坩埚置于提拉法生长装置中，加热至1230℃以上，采用c向切割的籽晶引晶，使晶体沿着c轴生长。通过自动控温技术，将晶体生长固液界面温度梯度维持在28℃/mm，晶转速度为15转/分钟，提拉速度为1.5mm/h。

（4）按步骤（3）维持生长60小时，按50℃/小时降温速率将至室温，得到优质的铌酸锂单晶体。

（5）将生长的晶体垂直生长方向切片，并进行抛光，得到晶片样品。

本实施例制备的红色长余辉晶体材料的激发光谱如图1所示，在300纳米-420纳米存在一个宽的激发带，462纳米、487纳米和501纳米处存在三个激发峰。

本实施例制备的红色长余辉晶体材料的发射光谱如图2所示，其中红色实线为365纳米紫外光激发的发射光谱，发射峰为619纳米；蓝色虚线为x射线激发的发射光谱，发射峰也为619纳米。

本实施例制备的红色长余辉晶体材料的长余辉曲线如图3所示，其中蓝色虚线为x射线激发的余辉曲线；红色实线为紫外光激发的余辉曲线。余辉时间为10分钟。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种红色长余辉晶体材料及其制备方法。该长余辉材料为单晶体，结构属于三方晶系，ABO3型，化学式为LiNbO3:Mg2+,Pr3+。式中，LiNbO3为基体，Mg2+和Pr3+为掺杂组分。掺杂组分Mg2+的含量为基体的1~6mol%，掺杂组分Pr3+的含量为基体的1~3mol%。制备方法包括配料、预烧结和提拉法生长。本发明制备的红色稀土长余辉发光晶体，能够由紫外光照射激发，也可以通过X射线照射激发，发射红色光（中心波长619纳米），并具有长时间余辉。本发明可于紫外光和X射线检测、光存储、安全标识、高温传感和力传感等应用场合，具有低成本、高热稳定性和机械稳定性等优点。

技术研发人员：林少鹏;龙思卫;马德才;熊宸玮;王彪
受保护的技术使用者：中山大学
技术研发日：2018.08.27
技术公布日：2019.01.08