一种具有白钨矿结构的无机单晶材料及其生长方法和应用

本发明涉及光电功能材料领域，具体涉及一种具有白钨矿结构的无机单晶材料及其生长方法和应用。

背景技术：

1、白钨矿结构的无机单晶是极具潜力的发光材料，因为它具有出色的物理和化学性能，如良好的物理和化学稳定性，高密度和反射系数，以及良好的稀土离子可掺杂性等，因此在光功能材料领域有重要应用价值。

2、提拉法是制备白钨矿结构的单晶材料的主流技术手段，但是提拉法生长白钨矿结构的单晶材料，晶体生长温度需要高达2000℃以上，晶体生长周期较长，生长单晶所需要的坩埚、单晶提拉炉、冷却水塔等配套设施成本高昂，生长工艺复杂。所以急需开发一种低温、低成本制备白钨矿结构的单晶材料的生长方法具有重要价值。

技术实现思路

1、为解决现有制备方法中面临的生长温度高、晶体生长时间长、生长工艺较为复杂等问题，本发明提供了一种具有白钨矿结构的无机单晶材料及其生长方法和应用。

2、本发明采用以下技术方案：

3、一种具有白钨矿结构的无机单晶材料的生长方法，具体包括以下步骤：

4、s1、将溶质与复合助熔剂混合均匀，得到原料混合物；所述溶质为na2co3和/或dco3、bo3和/或re2o3，其中，d为ca、sr或ba；b为w或mo；re为y、la、gd、er或yb；所述复合助熔剂为na2b2o7和naf的混合物；所述溶质、na2b2o7和naf的摩尔添加比为x1：x2：x3，其中，0<x1<0.3，0.3≤x2<1，0<x3<0.8，且x1+x2+x3＝1；

5、s2、将原料混合物在玛瑙研钵中研磨混合均匀后装入铂金坩埚，再转移到高温熔盐炉中，于空气气氛下升温至700-1100℃使原料混合物完全熔融，恒温20-28h使熔体反应完全；

6、s3、以0.5-400℃/天的降温速率降至650-850℃，待晶体生长完成后退火至室温，取出晶体，洗净烘干，得到透明的er和yb掺杂的具有白钨矿结构的无机单晶材料。

7、优选地，步骤s3中在晶体生长前的降温过程中，还添加籽晶辅助晶体生长，以获得大尺寸单晶。

8、一种具有白钨矿结构的无机单晶材料，采用所述的具有白钨矿结构的无机单晶材料的制备方法制备得到；所述具有白钨矿结构的无机单晶材料的化学式为nare(wo4)2或abo4；其中，re为y、la、gd、er或yb；当b为w时，a为ca、sr或ba；当b为mo时，a为ca；所述nare(wo4)2无机单晶材料中，na原子与re原子共同占据同一位点，呈统计分布特性，均为8配位结构，w原子为4配位结构。

9、优选地，所述nare(wo4)2为无机单晶材料，其晶体结构属于四方晶系，空间群为i41/a，晶胞参数为z＝2；所述abo4为无机单晶材料，其晶体结构属于四方晶系，空间群为i41/a，晶胞参数为z＝4。

10、优选地，所述nare(wo4)2无机单晶材料中的re为y、la或gd时，晶体中的re元素部分被er和yb共同取代以赋予晶体上转换光致发光性能；所述nare(wo4)2无机单晶材料中的re为yb时，晶体中的re元素部分被er取代以赋予晶体上转换光致发光性能；所述nare(wo4)2无机单晶材料中的re为er时，晶体中的re元素部分被yb取代以提高晶体的上转换光致发光性能。

11、优选地，所述abo4无机单晶材料中的a元素部分被er和yb共同取代以赋予晶体上转换光致发光性能。

12、一种具有白钨矿结构的无机单晶材料的应用，以er和yb掺杂的具有白钨矿结构的无机单晶材料为温度探测工作基质，将其用粘结剂封装于陶瓷套管中制成荧光温度探头。

13、在上述技术方法中，nare(wo4)2的原料为na2co3、wo3和re2o3，na2w2o7的原料为na2co3和wo3，abo4的原料为aco3、wo3，激活离子来源于其氧化物。在高温下，上述原料按照以下化学方程式进行反应：

14、na2co3+2wo3＝na2w2o7+co2↑

15、na2co3+4wo3+re2o3＝2nare(wo4)2+co2↑

16、aco3+bo3＝abo4+co2↑

17、将激活离子er3+和yb3+掺杂的nare(wo4)2晶体和abo4晶体用于制备固体光学器件系统，该固体光学器件系统可用于光学测温器件、光谱学器件、工业生产领域。

18、采用上述技术方案后，本发明与背景技术相比，具有如下优点：本发明采用助熔剂法生长具有白钨矿结构的无机单晶材料，具有晶体生长温度相对较低、晶体生长周期短、生长所需要的配套设备简单、成本较低、生长工艺容易掌握等优点，能够应用于实际生产。

技术特征：

1.一种具有白钨矿结构的无机单晶材料的生长方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种具有白钨矿结构的无机单晶材料的制备方法，其特征在于：步骤s3中在晶体生长前的降温过程中，还添加籽晶辅助晶体生长，以获得大尺寸单晶。

3.一种具有白钨矿结构的无机单晶材料，其特征在于：采用如权利要求1-2任一项所述的具有白钨矿结构的无机单晶材料的制备方法制备得到；所述具有白钨矿结构的无机单晶材料的化学式为nare(wo4)2或abo4；其中，re为y、la、gd、er或yb；当b为w时，a为ca、sr或ba；当b为mo时，a为ca；所述nare(wo4)2无机单晶材料中，na原子与re原子共同占据同一位点，呈统计分布特性，均为8配位结构，w原子为4配位结构。

4.如权利要求3所述的一种具有白钨矿结构的无机单晶材料，其特征在于：所述nare(wo4)2为无机单晶材料，其晶体结构属于四方晶系，空间群为i41/a，晶胞参数为z＝2；所述abo4为无机单晶材料，其晶体结构属于四方晶系，空间群为i41/a，晶胞参数为z＝4。

5.如权利要求3所述的一种具有白钨矿结构的无机单晶材料，其特征在于：所述nare(wo4)2无机单晶材料中的re为y、la或gd时，晶体中的re元素部分被er和yb共同取代以赋予晶体上转换光致发光性能；所述nare(wo4)2无机单晶材料中的re为yb时，晶体中的re元素部分被er取代以赋予晶体上转换光致发光性能；所述nare(wo4)2无机单晶材料中的re为er时，晶体中的re元素部分被yb取代以提高晶体的上转换光致发光性能。

6.如权利要求3所述的一种具有白钨矿结构的无机单晶材料，其特征在于：所述abo4无机单晶材料中的a元素部分被er和yb共同取代以赋予晶体上转换光致发光性能。

7.一种如权利要求3-6任一项所述的具有白钨矿结构的无机单晶材料的应用，其特征在于：以er和yb掺杂的具有白钨矿结构的无机单晶材料为温度探测工作基质，将其用粘结剂封装于陶瓷套管中制成荧光温度探头。

技术总结
本发明公开了一种具有白钨矿结构的无机单晶材料及其生长方法和应用，该方法包括以下步骤：S1、将溶质与复合助熔剂混合均匀，得到原料混合物；所述溶质为Na<subgt;2</subgt;CO<subgt;3</subgt;和/或DCO<subgt;3</subgt;、BO<subgt;3</subgt;和/或Re<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;，其中，D为Ca、Sr或Ba；B为W或Mo；Re为Y、La、Gd、Er或Yb；所述复合助熔剂为Na<subgt;2</subgt;B<subgt;2</subgt;O<subgt;7</subgt;和NaF的混合物；所述溶质、Na<subgt;2</subgt;B<subgt;2</subgt;O<subgt;7</subgt;和NaF的摩尔添加比为x<subgt;1</subgt;：x<subgt;2</subgt;：x<subgt;3</subgt;，其中，0<x<subgt;1</subgt;<0.3，0.3≤x<subgt;2</subgt;<1，0<x<subgt;3</subgt;<0.8，且x<subgt;1</subgt;+x<subgt;2</subgt;+x<subgt;3</subgt;＝1；S2、将原料混合物在研钵中研磨混合均匀后装入铂金坩埚，再转移到高温熔盐炉中，于空气气氛下升温使原料混合物完全熔融，恒温20‑28h使熔体反应完全；S3、以0.5‑400℃/天的降温速率降至650‑850℃，待晶体生长完成后退火至室温，取出晶体，得到具有白钨矿结构的无机单晶材料。

技术研发人员：李凌云,林鑫毅,吴为卿,于岩
受保护的技术使用者：福州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17