一种高效红外激发上转换发光材料及其制备方法与流程

本发明属于发光材料技术领域，具体涉及一种用于红外激发的高效上转换发射荧光材料及其制备方法。

背景技术：

近几年大量研究报道了离子掺杂材料的上转换发光现象。稀土离子在紫外-可见-红外范围内有着丰富的能级，并且这些能级都具有较长的荧光寿命，因此稀土离子非常适合作为上转换发光材料的激活离子。稀土离子掺杂材料的上转换发光特性有很大的应用价值，可以广泛应用于信息处理、光存储、温度测量、生物荧光测定、太阳能电池和激光防伪等方面。

目前为止，常用的稀土掺杂上转换发光的基质材料有：氟化物、氧氟化物、硫化物等。其中，六方相的NaYF₄是目前研究已知的上转换材料中上转换效率最高的基质材料。但是，氟化物本身有毒，对环境造成污染。

因此寻找一些新方法和新材料来提高发光效率是上转换发光研究的一个重点。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种高效红外激发上转换发光材料及其制备方法，其制备方法简单，制备的材料的上转换效率高，具有广阔的应用前景。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种高效红外激发上转换发光材料，所述材料的化学成分掺杂铒元素的Y₂O₃；所述材料的形貌是以片状结构组成的微米球，其中，粒径为1-6μm的微米球的数量比大于95％，厚度为0.1-0.2μm的片状结构的数量比大于99％。

优选的，粒径小于1μm的微米球的数量比小于5％。

优选的，粒径大于6μm的微米球的数量比小于5％。

优选的，铒的掺杂量为材料总物质量的1-5％。

一种上述上转换发光材料的制备方法，将铒源和钇源加入至均相沉淀剂的溶液中，采用水热法反应后经后处理即得上转换发光材料。

本发明中采用的水热法又称热液法，属液相化学法的范畴。是指在密封的压力容器中，以水为溶剂，在高温高压的条件下进行的化学反应。

优选的，步骤为：

(1)将钇源加入均相沉淀剂的溶液中，充分搅拌后形成透明溶液；

(2)将一定量的铒源加入步骤(1)的透明溶液中，充分搅拌直至溶液透明；

(3)将步骤(2)的透明溶液转移至反应釜中密闭，进行水热法反应；

(4)将步骤(3)所得的产物进行后处理即得上转换发光材料。

优选的，均相沉淀剂的溶液中均相沉淀剂的浓度为0.01～1mol/L。

进一步优选的，步骤(1)加入钇源时，均相沉淀剂的溶液中的氢氧根离子与钇源中的钇离子的摩尔比为15:1～5。

进一步优选的，步骤(1)加入钇源时溶液中钇离子的摩尔浓度为0.01～1mol/L。

优选的，所述水热法的条件为在密闭的反应釜中于150-200℃下保温8-24小时。

优选的，所述后处理包括煅烧。

优选的，所述后处理依次包括洗涤、过滤、干燥、煅烧。

进一步优选的，所述煅烧温度为500-800℃。

进一步优选的，所述煅烧时间为1-6小时。

本发明中采用的钇源为能够在其水溶液中提供钇离子的化合物。

本发明中采用的铒源为能够在其水溶液中提供铒离子的化合物。

优选的，所述钇源为碳酸钇、氯化钇、醋酸钇、硫酸钇、硝酸钇中的至少一种。

优选的，所述铒源为氟化铒、硝酸铒、碳酸铒、氯化铒、硫酸铒、碳酸铒中的至少一种。

优选的，所述均相沉淀剂为尿素、六次甲基四胺中的至少一种。

一种上述上转换发光材料在信息处理、光存储、温度测量、生物荧光测定、太阳能电池或激光防伪中的应用。

本发明的有益效果为：

1.本发明的上转化发光材料性能稳定，粒径分布均匀，结晶性好，发光效率高。

2.本发明的材料在泵浦功率为10mW，波长1550nm激光激发下，即可获得明亮的上转换发光；泵浦功率是衡量上转换发光材料的重要指标，相同的发光强度下，所需泵浦功率越低，该发光体发光效率越高。本发明的上转换发光材料的泵浦功率低至10mW，极大地提高了材料的发光效率，更接近于实际应用。

3.与目前上转换效率最高的基质材料六方相的NaYF₄材料相比，本发明的上转换发光材料的发光效率优于相同条件下合成的NaYF₄上转换发光材料，且本发明的上转换发光材料不含氟元素，无毒无害。

4.本发明专利通过水热法得到铒掺杂的氧化钇材料，采用均相沉淀剂，在高温高压下能够缓慢释放氢氧根离子，以控制材料结晶形貌及材料的结晶度，从而大大降低了泵浦功率，极大地提高了发光效率。该方法在较低的温度下即可完成，无毒无害，环境友好，得到的产品结晶度高，形貌特定单一，具有高效的上转换发光性能。

5.本发明上转换发光材料的制备方法简单，具有节能、省时、无毒及环境友好等特点，能够适用于工业化生产。

附图说明

图1为本发明实施例1的铒掺杂氧化钇材料的XRD衍射分析和对照图谱；

图2为本发明实施例1的铒掺杂氧化钇材料的扫描电镜图像，其中，a为标尺为10μm(十格为10μm，一格为1μm)的SEM图，a为标尺为2μm(十格为2μm，一格为0.2μm)的SEM图；

图3为本发明实施例1的铒掺杂氧化钇材料的上转换发光图谱。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

将0.357g六次甲基四胺溶于去离子水中，配制成碱溶液，随后加入0.6316g硝酸钇，充分搅拌后得到透明溶液。称取一定量硝酸钇加入以上溶液，充分搅拌，得到透明溶液，摩尔比Y:Er＝97:3。随后置于反应釜中密闭，180℃保温24h，得到白色产物。将冷却后的产物洗涤、过滤、干燥得到白色粉末，再经过700℃下煅烧4小时得到掺杂铒离子的氧化钇晶体。

将得到的掺杂铒离子的氧化钇晶体分别进行XRD衍射分析、扫描电镜图像及上转换发光图谱的表征，其表征结果如图1-3所示。

扫描电镜图像，如图2所示，其制备的掺杂铒离子的氧化钇晶体中的形貌为片状结构成的微米球，其中，粒径为1-6μm的微米球的数量比大于95％，厚度为0.1-0.2μm的片状结构的数量比大于99％。

将制备的掺杂铒离子的氧化钇晶体在泵浦功率为10mW，波长1550nm激光激发下，即可获得肉眼可见的明亮的上转换发光。

实施例2

将0.7g尿素溶于去离子水中，配制成碱溶液，随后加入0.6316g硝酸钇，充分搅拌后得到透明溶液。称取一定量碳酸铒加入以上溶液，充分搅拌，得到透明溶液，摩尔比Y:Er＝95:5。随后置于反应釜中密闭，120℃保温10h，得到白色产物。将冷却后的产物洗涤、过滤、干燥得到白色粉末，再经过500℃下煅烧3小时得到掺杂铒离子的氧化钇物晶体。

实施例3

将0.7g尿素溶于去离子水中，配制成碱溶液，随后加入0.4316g氯化钇，充分搅拌后得到透明溶液。称取一定量硝酸铒加入以上溶液，充分搅拌，得到透明溶液，摩尔比Y:Er＝97:3。随后置于反应釜中密闭，120℃保温10h，得到白色产物。将冷却后的产物洗涤、过滤、干燥得到白色粉末，再经过500℃下煅烧2小时得到掺杂铒离子的氧化钇晶体。

实施例4

将0.6g尿素溶于去离子水中，配制成碱溶液，随后加入0.6316g硝酸钇，充分搅拌后得到透明溶液。称取一定量硝酸钇加入以上溶液，充分搅拌，得到透明溶液，摩尔比Y:Er＝98:2。随后置于反应釜中密闭，160℃保温10h，得到白色产物。将冷却后的产物洗涤、过滤、干燥得到白色粉末，在经过800℃下煅烧3小时得到掺杂铒离子的氧化钇晶体。

经过对实施例2-4制备的掺杂铒离子的氧化钇晶体进行XRD衍射分析、扫描电镜图像及上转换发光图谱的表征，其表征结果与实施例1的结果相同。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。