本發(fā)明屬于發(fā)光材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于紅外激發(fā)的高效上轉(zhuǎn)換發(fā)射熒光材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

近幾年大量研究報道了離子摻雜材料的上轉(zhuǎn)換發(fā)光現(xiàn)象。稀土離子在紫外-可見-紅外范圍內(nèi)有著豐富的能級，并且這些能級都具有較長的熒光壽命，因此稀土離子非常適合作為上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的激活離子。稀土離子摻雜材料的上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性有很大的應(yīng)用價值，可以廣泛應(yīng)用于信息處理、光存儲、溫度測量、生物熒光測定、太陽能電池和激光防偽等方面。

目前為止，常用的稀土摻雜上轉(zhuǎn)換發(fā)光的基質(zhì)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轉(zhuǎn)換材料中上轉(zhuǎn)換效率最高的基質(zhì)材料。但是，氟化物本身有毒，對環(huán)境造成污染。

因此尋找一些新方法和新材料來提高發(fā)光效率是上轉(zhuǎn)換發(fā)光研究的一個重點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種高效紅外激發(fā)上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料及其制備方法，其制備方法簡單，制備的材料的上轉(zhuǎn)換效率高，具有廣闊的應(yīng)用前景。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種高效紅外激發(fā)上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料，所述材料的化學(xué)成分摻雜鉺元素的Y₂O₃；所述材料的形貌是以片狀結(jié)構(gòu)組成的微米球，其中，粒徑為1-6μm的微米球的數(shù)量比大于95％，厚度為0.1-0.2μm的片狀結(jié)構(gòu)的數(shù)量比大于99％。

優(yōu)選的，粒徑小于1μm的微米球的數(shù)量比小于5％。

優(yōu)選的，粒徑大于6μm的微米球的數(shù)量比小于5％。

優(yōu)選的，鉺的摻雜量為材料總物質(zhì)量的1-5％。

一種上述上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的制備方法，將鉺源和釔源加入至均相沉淀劑的溶液中，采用水熱法反應(yīng)后經(jīng)后處理即得上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料。

本發(fā)明中采用的水熱法又稱熱液法，屬液相化學(xué)法的范疇。是指在密封的壓力容器中，以水為溶劑，在高溫高壓的條件下進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)。

優(yōu)選的，步驟為：

(1)將釔源加入均相沉淀劑的溶液中，充分?jǐn)嚢韬笮纬赏该魅芤海?/p>

(2)將一定量的鉺源加入步驟(1)的透明溶液中，充分?jǐn)嚢柚敝寥芤和该鳎?/p>

(3)將步驟(2)的透明溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中密閉，進(jìn)行水熱法反應(yīng)；

(4)將步驟(3)所得的產(chǎn)物進(jìn)行后處理即得上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料。

優(yōu)選的，均相沉淀劑的溶液中均相沉淀劑的濃度為0.01～1mol/L。

進(jìn)一步優(yōu)選的，步驟(1)加入釔源時，均相沉淀劑的溶液中的氫氧根離子與釔源中的釔離子的摩爾比為15:1～5。

進(jìn)一步優(yōu)選的，步驟(1)加入釔源時溶液中釔離子的摩爾濃度為0.01～1mol/L。

優(yōu)選的，所述水熱法的條件為在密閉的反應(yīng)釜中于150-200℃下保溫8-24小時。

優(yōu)選的，所述后處理包括煅燒。

優(yōu)選的，所述后處理依次包括洗滌、過濾、干燥、煅燒。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述煅燒溫度為500-800℃。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述煅燒時間為1-6小時。

本發(fā)明中采用的釔源為能夠在其水溶液中提供釔離子的化合物。

本發(fā)明中采用的鉺源為能夠在其水溶液中提供鉺離子的化合物。

優(yōu)選的，所述釔源為碳酸釔、氯化釔、醋酸釔、硫酸釔、硝酸釔中的至少一種。

優(yōu)選的，所述鉺源為氟化鉺、硝酸鉺、碳酸鉺、氯化鉺、硫酸鉺、碳酸鉺中的至少一種。

優(yōu)選的，所述均相沉淀劑為尿素、六次甲基四胺中的至少一種。

一種上述上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料在信息處理、光存儲、溫度測量、生物熒光測定、太陽能電池或激光防偽中的應(yīng)用。

本發(fā)明的有益效果為：

1.本發(fā)明的上轉(zhuǎn)化發(fā)光材料性能穩(wěn)定，粒徑分布均勻，結(jié)晶性好，發(fā)光效率高。

2.本發(fā)明的材料在泵浦功率為10mW，波長1550nm激光激發(fā)下，即可獲得明亮的上轉(zhuǎn)換發(fā)光；泵浦功率是衡量上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的重要指標(biāo)，相同的發(fā)光強(qiáng)度下，所需泵浦功率越低，該發(fā)光體發(fā)光效率越高。本發(fā)明的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的泵浦功率低至10mW，極大地提高了材料的發(fā)光效率，更接近于實(shí)際應(yīng)用。

3.與目前上轉(zhuǎn)換效率最高的基質(zhì)材料六方相的NaYF₄材料相比，本發(fā)明的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的發(fā)光效率優(yōu)于相同條件下合成的NaYF₄上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料，且本發(fā)明的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料不含氟元素，無毒無害。

4.本發(fā)明專利通過水熱法得到鉺摻雜的氧化釔材料，采用均相沉淀劑，在高溫高壓下能夠緩慢釋放氫氧根離子，以控制材料結(jié)晶形貌及材料的結(jié)晶度，從而大大降低了泵浦功率，極大地提高了發(fā)光效率。該方法在較低的溫度下即可完成，無毒無害，環(huán)境友好，得到的產(chǎn)品結(jié)晶度高，形貌特定單一，具有高效的上轉(zhuǎn)換發(fā)光性能。

5.本發(fā)明上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的制備方法簡單，具有節(jié)能、省時、無毒及環(huán)境友好等特點(diǎn)，能夠適用于工業(yè)化生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的鉺摻雜氧化釔材料的XRD衍射分析和對照圖譜；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的鉺摻雜氧化釔材料的掃描電鏡圖像，其中，a為標(biāo)尺為10μm(十格為10μm，一格為1μm)的SEM圖，a為標(biāo)尺為2μm(十格為2μm，一格為0.2μm)的SEM圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1的鉺摻雜氧化釔材料的上轉(zhuǎn)換發(fā)光圖譜。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1

將0.357g六次甲基四胺溶于去離子水中，配制成堿溶液，隨后加入0.6316g硝酸釔，充分?jǐn)嚢韬蟮玫酵该魅芤?。稱取一定量硝酸釔加入以上溶液，充分?jǐn)嚢瑁玫酵该魅芤?，摩爾比Y:Er＝97:3。隨后置于反應(yīng)釜中密閉，180℃保溫24h，得到白色產(chǎn)物。將冷卻后的產(chǎn)物洗滌、過濾、干燥得到白色粉末，再經(jīng)過700℃下煅燒4小時得到摻雜鉺離子的氧化釔晶體。

將得到的摻雜鉺離子的氧化釔晶體分別進(jìn)行XRD衍射分析、掃描電鏡圖像及上轉(zhuǎn)換發(fā)光圖譜的表征，其表征結(jié)果如圖1-3所示。

掃描電鏡圖像，如圖2所示，其制備的摻雜鉺離子的氧化釔晶體中的形貌為片狀結(jié)構(gòu)成的微米球，其中，粒徑為1-6μm的微米球的數(shù)量比大于95％，厚度為0.1-0.2μm的片狀結(jié)構(gòu)的數(shù)量比大于99％。

將制備的摻雜鉺離子的氧化釔晶體在泵浦功率為10mW，波長1550nm激光激發(fā)下，即可獲得肉眼可見的明亮的上轉(zhuǎn)換發(fā)光。

實(shí)施例2

將0.7g尿素溶于去離子水中，配制成堿溶液，隨后加入0.6316g硝酸釔，充分?jǐn)嚢韬蟮玫酵该魅芤?。稱取一定量碳酸鉺加入以上溶液，充分?jǐn)嚢瑁玫酵该魅芤?，摩爾比Y:Er＝95:5。隨后置于反應(yīng)釜中密閉，120℃保溫10h，得到白色產(chǎn)物。將冷卻后的產(chǎn)物洗滌、過濾、干燥得到白色粉末，再經(jīng)過500℃下煅燒3小時得到摻雜鉺離子的氧化釔物晶體。

實(shí)施例3

將0.7g尿素溶于去離子水中，配制成堿溶液，隨后加入0.4316g氯化釔，充分?jǐn)嚢韬蟮玫酵该魅芤?。稱取一定量硝酸鉺加入以上溶液，充分?jǐn)嚢?，得到透明溶液，摩爾比Y:Er＝97:3。隨后置于反應(yīng)釜中密閉，120℃保溫10h，得到白色產(chǎn)物。將冷卻后的產(chǎn)物洗滌、過濾、干燥得到白色粉末，再經(jīng)過500℃下煅燒2小時得到摻雜鉺離子的氧化釔晶體。

實(shí)施例4

將0.6g尿素溶于去離子水中，配制成堿溶液，隨后加入0.6316g硝酸釔，充分?jǐn)嚢韬蟮玫酵该魅芤?。稱取一定量硝酸釔加入以上溶液，充分?jǐn)嚢?，得到透明溶液，摩爾比Y:Er＝98:2。隨后置于反應(yīng)釜中密閉，160℃保溫10h，得到白色產(chǎn)物。將冷卻后的產(chǎn)物洗滌、過濾、干燥得到白色粉末，在經(jīng)過800℃下煅燒3小時得到摻雜鉺離子的氧化釔晶體。

經(jīng)過對實(shí)施例2-4制備的摻雜鉺離子的氧化釔晶體進(jìn)行XRD衍射分析、掃描電鏡圖像及上轉(zhuǎn)換發(fā)光圖譜的表征，其表征結(jié)果與實(shí)施例1的結(jié)果相同。

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。