本發(fā)明屬于上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料，具體涉及一種錳離子摻雜增強(qiáng)上轉(zhuǎn)換紅光發(fā)光鈧鋁酸鹽及其合成方法。

背景技術(shù)：

1、隨著激光技術(shù)和納米技術(shù)的發(fā)展，稀土摻雜的上轉(zhuǎn)換材料在三維立體顯示，太陽(yáng)能電池，生物成像和生物治療等方面有著不可估計(jì)的潛在價(jià)值。在上轉(zhuǎn)換納米材料的研究中，稀土摻雜納米晶體材料的應(yīng)用最為廣泛。相對(duì)于有機(jī)染料的不穩(wěn)定性﹑高光漂白率，量子點(diǎn)材料的微毒性﹑非特異性結(jié)合干擾等缺點(diǎn)，稀土摻雜的上轉(zhuǎn)換熒光材料具有高的光學(xué)穩(wěn)定性﹑低生物毒性和低光漂白率等優(yōu)勢(shì)，使得稀土摻雜上轉(zhuǎn)換材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究漸入熱潮。

2、稀土摻雜上轉(zhuǎn)換納米材料的發(fā)光光譜極其豐富，但是存在一些高能的上轉(zhuǎn)換光子，這些光子對(duì)生物細(xì)胞或多或少地會(huì)造成一定的影響。為了能夠獲得最佳的生物熒光標(biāo)記及生物成像,需要將稀土離子摻雜的上轉(zhuǎn)換材料的光譜限制在“生物窗口”(600~1100nm)內(nèi)，并且期望得到強(qiáng)發(fā)射的熒光。本課題組的大量實(shí)驗(yàn)證明，可以利用980?nm激光照射稀土摻雜的鈧鋁酸鋇(ba2sc0.67yb0.3er0.03alo5)能夠獲得664?nm的較強(qiáng)紅光，因此我們認(rèn)為該種上轉(zhuǎn)換熒光材料能夠在生物探針、生物治療和生物成像等方面取得應(yīng)用。

3、常見(jiàn)的鈧鋁酸鹽制備手段主要有高溫固相法，共沉淀法、溶膠凝膠法等。上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的制備方法與其大致相同，其中高溫固相法是將碳酸鋇﹑氧化抗、氧化鋁等原料進(jìn)行機(jī)械攪拌，烘干，粉末壓制成片狀，再經(jīng)高溫煅燒得到所需要的產(chǎn)物。這種方法因其工藝簡(jiǎn)單、可控性高、合成周期短等優(yōu)勢(shì)在各領(lǐng)域得到廣泛使用。

4、為進(jìn)一步調(diào)控和增強(qiáng)(ba2sc0.67yb0.3er0.03alo5)上轉(zhuǎn)換材料的紅光發(fā)射，本發(fā)明同樣利用高溫固相法，提出摻入一定比例的錳離子的(ba2- xmn xsc0.67yb0.3er0.03alo5)鈧鋁酸鋇化合物，在980nm近紅外激光照射下,該材料發(fā)射出比ba2sc0.67yb0.3er0.03alo5更強(qiáng)的紅光(664?nm)，為上轉(zhuǎn)換熒光材料在生物醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用提供一種新的材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的紅光發(fā)射效率低等技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種錳離子摻雜上轉(zhuǎn)換強(qiáng)紅光發(fā)射材料及其制備方法，通過(guò)調(diào)控錳離子的摻雜濃度，形成缺陷來(lái)提高基質(zhì)材料中稀土離子的敏化和發(fā)射能力，使其發(fā)射出更強(qiáng)紅光。

2、本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

3、具有一種錳離子摻雜增強(qiáng)上轉(zhuǎn)換紅光發(fā)光鈧鋁酸鹽及其合成方法，其特征在于，所述上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的結(jié)構(gòu)式為：ba2- xmn xsc0.67yb0.3er0.03alo5?( x?=?0?-?0.5)。

4、具有一種錳離子摻雜增強(qiáng)上轉(zhuǎn)換紅光發(fā)光鈧鋁酸鹽及其合成方法，其特征在于，包括以下步驟：

5、步驟1：?考慮燒結(jié)過(guò)程中鋇離子容易發(fā)生蒸散，應(yīng)多稱取10?wt.%的碳酸鋇，所以按照元素ba、mn、sc、yb、er、al的摩爾比(2.2-1.1 x)： x：0.67：0.3：0.03：1的比例稱取碳酸鋇、氧化錳、氧化鈧、氧化鐿、氧化鉺以及氫氧化鋁作為原料；

6、步驟2：在步驟1稱取的原料一起倒入干凈的50?ml的燒杯中，加入無(wú)水乙醇，通過(guò)磁力攪拌器充分?jǐn)嚢璜@得均勻懸濁液；

7、步驟3：將懸濁液靜置直到清液與沉淀物分層，進(jìn)行干燥使燒杯中無(wú)水乙醇完全蒸發(fā)，得到粉末原料；

8、步驟4：將步驟3干燥后的均勻原料壓制成圓片狀；

9、步驟5：將步驟3中壓制的圓片狀樣品放入高溫型馬弗爐中，先在1200?℃條件下預(yù)煅燒25分鐘，再將溫度升至1500℃~1700℃燒結(jié)1.5個(gè)小時(shí)，自然冷卻至室溫后取出樣品，研磨成粉末，得到目標(biāo)產(chǎn)物。

10、本發(fā)明的有益效果為：

11、1、本發(fā)明通過(guò)在ba2sc0.67yb0.3er0.03alo5上轉(zhuǎn)換材料中摻雜錳離子，制得了一種錳離子摻雜增強(qiáng)上轉(zhuǎn)換紅光發(fā)射材料ba2- xmn xsc0.67yb0.3er0.03alo5?( x?=?0?-?0.5)，由于錳離子的半徑比鋇離子小很多，因此錳離子很容易進(jìn)入主基質(zhì)ba2scalo5并影響晶體場(chǎng)，使材料中產(chǎn)生氧空位，這些氧空位所形成的缺陷能夠增加材料的能量傳遞效率，進(jìn)而提高稀土離子的敏化和發(fā)射能力，提升材料的發(fā)光特性；

12、2、對(duì)比于未摻雜錳離子的ba2sc0.67yb0.3er0.03alo5上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料，本發(fā)明所得ba1.6mn0.4sc0.67yb0.3er0.03alo5上轉(zhuǎn)換材料所激發(fā)的664?nm紅光的發(fā)光相對(duì)強(qiáng)度高出約27.4倍；

13、3、本發(fā)明所得ba2sc0.67yb0.3er0.03alo5上轉(zhuǎn)換材料可通過(guò)調(diào)整所摻雜的錳離子濃度實(shí)現(xiàn)對(duì)紅光發(fā)光強(qiáng)度的調(diào)控，在生物醫(yī)學(xué)、新能源產(chǎn)氫和太陽(yáng)能電池等方面有著巨大的應(yīng)用。

14、4、本發(fā)明所述ba1.6mn0.4sc0.67yb0.3er0.03alo5上轉(zhuǎn)換材料的合成方法簡(jiǎn)單、產(chǎn)率高、節(jié)能環(huán)保，適合工業(yè)生產(chǎn)。

技術(shù)特征：

1.?一種錳離子摻雜增強(qiáng)上轉(zhuǎn)換紅光發(fā)光鈧鋁酸鹽及其合成方法，其特征在于，所述上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的結(jié)構(gòu)式為：ba2-xmnxsc0.67yb0.3er0.03alo5?(x?=?0?-?0.5)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種錳離子摻雜增強(qiáng)上轉(zhuǎn)換紅光發(fā)光鈧鋁酸鹽及其合成方法，其特征在于，所述上轉(zhuǎn)換熒光粉ba1.6mn0.4sc0.67yb0.3er0.03alo5在錳離子的摻雜下，氧空位所形成的缺陷具有增強(qiáng)紅光發(fā)光行為。

3.一種錳離子摻雜增強(qiáng)上轉(zhuǎn)換紅光發(fā)光鈧鋁酸鹽及其合成方法，其特征在于，包括以下步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述具有缺陷增強(qiáng)紅光發(fā)光行為的上轉(zhuǎn)換熒光粉的制備方法，其特征在于，步驟2所得懸濁液的濃度為每毫升無(wú)水乙醇中有0.1～0.2g原料。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述具有缺陷增強(qiáng)紅光發(fā)光行為的上轉(zhuǎn)換熒光粉的制備方法，其特征在于，步驟3中干燥的溫度設(shè)置在40～80℃之間，干燥的時(shí)間設(shè)為5～12h。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種錳離子摻雜增強(qiáng)上轉(zhuǎn)換紅光發(fā)光鈧鋁酸鹽及其合成方法，屬于上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明涉及的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的分子式為Ba<subgt;2?x</subgt;Mn<subgt;x</subgt;Sc<subgt;0.67</subgt;Yb<subgt;0.3</subgt;Er<subgt;0.03</subgt;AlO<subgt;5</subgt;(x=0?0.5)，制備方法為高溫固相法。由于錳離子的半徑比鋇離子小很多，因此錳離子很容易進(jìn)入主基質(zhì)Ba<subgt;2</subgt;ScAlO<subgt;5</subgt;并影響晶體場(chǎng)，使材料中產(chǎn)生氧空位。這些氧空位所形成的缺陷能夠增加材料的能量傳遞效率，進(jìn)而提高稀土離子的敏化和發(fā)射能力，提升材料的發(fā)光特性。在980nm近紅外激光激發(fā)下，所得Ba<subgt;1.6</subgt;Mn<subgt;0.4</subgt;Sc<subgt;0.67</subgt;Yb<subgt;0.3</subgt;Er<subgt;0.03</subgt;AlO<subgt;5</subgt;在紅光波長(zhǎng)664nm處具有最大的紅光發(fā)射強(qiáng)度，相比于對(duì)比例所得Ba<subgt;2</subgt;Sc<subgt;0.67</subgt;Yb<subgt;0.3</subgt;Er<subgt;0.03</subgt;AlO<subgt;5</subgt;的紅光發(fā)射強(qiáng)度，其紅光發(fā)射強(qiáng)度提高了近27.4倍。本發(fā)明制備的錳離子摻雜鈧鋁酸鋇上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料具有優(yōu)異的單紅色上轉(zhuǎn)換發(fā)光，同時(shí)本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單、可控性好、產(chǎn)率高和制備過(guò)程更加節(jié)能環(huán)保，適合工業(yè)推廣。

技術(shù)研發(fā)人員：杜輝,王兆崗,徐起龍,王闖,鄭米玲,李燕
受保護(hù)的技術(shù)使用者：河南宏昌科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6