綠色上轉換發(fā)光材料的制備方法
【專利說明】
[0001]技術領域本發(fā)明涉及一種稀土摻雜氧化物上轉換發(fā)光材料的制備方法。
[0002]【背景技術】上轉換發(fā)光是通過多光子機制將長波輻射轉換為短波輻射，即吸收的光子能量低于發(fā)射的光子能量。上轉換發(fā)光材料能夠在紅外輻射激發(fā)下發(fā)射出可見光，在顯示顯像、光電子學器件、新光源、X射線增感屏、核物理、輻射場的探測和記錄、醫(yī)學放射學圖像的各種攝像技術，印刷標識防偽、光學傳感、全固化短波長激光器以及生物標識等領域具有廣泛的應用前景。稀土元素因其獨特的電子層結構，具有一般元素所無法比擬的光譜性質，使得稀土成為一個巨大的發(fā)光寶庫，為高新技術提供了諸多性能優(yōu)越的發(fā)光和激光材料。目前，對稀土摻雜上轉換發(fā)光材料的研宄還主要集中在稀土摻雜氟化物材料，而氧化物基質具有力學性能優(yōu)良、結構穩(wěn)定、損傷閾值且制備工藝簡單、產率高更適合生產和應用等優(yōu)點。它的不足之處:氧化物較高的聲子能量使得以氧化物為基質的稀土摻雜發(fā)光材料發(fā)光效率低下，且其微觀形貌較難控制。
[0003]
【發(fā)明內容】
本發(fā)明的目的是提供一種微觀形貌較易控制，制備工藝簡單，成本低廉，適合批量生產的水母狀稀土摻雜MoO3綠色上轉換發(fā)光材料的制備方法。
[0004]本發(fā)明是一種以含鉬的化合物與稀土鹽以一定的質量比混合在高溫下通過氣相蒸發(fā)法獲得的水母形狀的稀土摻雜MoO3高效綠色上轉換發(fā)光材料。
[0005]上述水母狀稀土摻雜]?003綠色上轉換發(fā)光材料的制備方法如下:
[0006](I)稱取MoO3的原材料與稀土鹽，其中，MoO 3的原材料是七鉬酸銨(NH4)6Mo7O24.4H20、正鉬酸銨(NH4)2MoO4, 二鉬酸銨(NH4)2Mo2O7或四鉬酸銨(NH4) 2Μο4013.2H20，稀土鹽是硝酸鉺 Er (NO3) 3.5H20 和硝酸鐿 Yb (NO3) 3.5H20、氯化鉺ErCl3.6H20和氯化鐿YbCl3.6H20或者氧化鉺Er2O3和氧化鐿Yb 203等，所有原料均為固體晶體粉末；
[0007](2)將上述稱取的物料經研磨混均后，裝入氧化鋁坩禍，坩禍上覆蓋有單晶硅片作為襯底，然后一起放入馬弗爐中，在空氣氣氛下以5°C /min?20°C /min的速率升至1000°C?1250°C，并在該溫度保持I?2個小時；
[0008](3)保溫結束后隨爐冷卻，待冷卻至室溫后取出單晶硅片，硅片上沉積的即是水母狀的稀土摻雜氧化鉬綠色上轉換發(fā)光材料。
[0009]本發(fā)明的稀土 Er離子摻雜MoO3高效綠色上轉換發(fā)光材料是在非平衡條件下自發(fā)生長的一種具有水母形態(tài)的圓盤形自組織結構，圓盤中心有結晶良好的八面體MoO3顆粒團簇，團簇外由圓心到圓周沿半徑方向MoO3顆粒尺寸逐漸減小。高溫條件下鉬酸銨分解，在蒸發(fā)過程中將部分稀土離子帶出并沉積在單晶硅片表面形成稀土摻雜的MoO3材料。由于稀土離子Yb是Er離子有效的敏化劑，從而在980nm波長激光激發(fā)下能夠獲得高效上轉換發(fā)光。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點:
[0011](I)本發(fā)明的產品是一種具有特殊形貌的具有高效上轉換發(fā)光特性的稀土摻雜皿003發(fā)光材料，它在980nm波長激光激發(fā)下能夠獲得高效綠色上轉換發(fā)光；
[0012](2)本發(fā)明的制備工藝簡單，成本低廉，適合批量生產。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明實施例1所制備的發(fā)光材料的掃描電子顯微鏡照片圖；
[0014]圖2為本發(fā)明實施例1所制備的發(fā)光材料局部微觀組織的掃描電子顯微鏡照片圖；
[0015]圖3為本發(fā)明實施例1所制備的發(fā)光材料的X射線衍射譜圖；
[0016]圖4為本發(fā)明實施例1所制備的發(fā)光材料的電子探針圖；
[0017]圖5為本發(fā)明實施例1所制備的發(fā)光材料在自然光和976nm激光照射下的光學顯微照片圖；
[0018]圖6為本發(fā)明實施例1所制備的發(fā)光材料在976nm激光激發(fā)下的發(fā)光光譜圖。
【具體實施方式】
[0019]下面以具體實施例的方式對本發(fā)明作進一步說明:
[0020]實施例1
[0021](I)稱取 1g 七鉬酸銨(NH4)6Mo7O24.4H20、0.2g 硝酸鉺 Er (NO3) 3.5H20 和 1.8g 硝酸鐿Yb (NO3)3.5H20，所有原料均為固體晶體粉末；
[0022](2)將上述稱取的物料經充分研磨混均后，裝入氧化鋁坩禍，然后在坩禍口覆蓋單晶硅片并一起放入馬弗爐中，在空氣氣氛下以5°C /min的速率升至1250°C，并在該溫度保持I個小時；
[0023](3)待保溫結束隨爐冷卻后取出單晶硅片，在單晶硅片表面即得到水母形狀的稀土 Er和Yb離子共摻雜1003綠色上轉換發(fā)光材料。
[0024]從圖1所示的本實施例所制備的發(fā)光材料掃描電子顯微鏡照片圖可以看出，所制得的發(fā)光材料是直徑在150nm左右、呈現(xiàn)平面水母形狀的圓盤，圓盤中心有大顆粒存在。有些圓盤獨立分布，有些圓盤重疊在一起，在重疊的地方有明顯的分界線。從圖2所示的本實施例所制備的發(fā)光材料的局部微觀組織的掃描電子顯微鏡照片圖可以看出，從圓盤中心沿半徑方向往外，晶粒尺寸逐漸減小。從圖3所示的本實施例所制備的發(fā)光材料的X射線衍射譜圖可以看出，除了單晶硅的衍射峰，其余衍射峰都對應于正方相MoO3，由于摻雜的Er和Yb離子較少，未出現(xiàn)含Er和Yb化合物的衍射峰。從圖4所示的本實施例所制備的發(fā)光材料的電子探針圖可以看出，圓盤由Mo和O元素組成，由于Er和Yb的含量太少未能檢測出Er和Yb的分布。從圖5所不的本實施例所制備的發(fā)光材料在自然光和976nm激光照射下的光學顯微照片圖可以看出，在976nm激光激發(fā)下圓盤發(fā)射出明顯的可見光，且發(fā)光區(qū)域與圓盤一一對應。從圖6所示的本實施例所制備的發(fā)光材料在976nm激光激發(fā)下的發(fā)光光譜圖可以看出，在976nm激光激發(fā)下，圓盤在300nm?900nm波段范圍內分別發(fā)射出紫夕卜、藍色、綠色、紅色和紅外上轉換發(fā)光，分別對應于Er3+離子的2H9/2— 4I1572, 4F572- 4I1572,2Hn/2— 4Il5/2，4S3/2— 4!15/2，4F9/2— ^15/2^ ^3/2^ 413/2躍迀，其中在 500.?580.的綠色上轉換發(fā)光最強。
[0025]實施例2
[0026](I)稱取 1g 正鉬酸銨(NH4) 2Mo04、0.2g 氯化鉺 ErCl3.6H20 和 1.8g 氯化鐿YbCl3.6H20，所有原料均為固體晶體粉末；
[0027](2)將上述稱取的物料經充分研磨混均后，裝入氧化鋁坩禍，然后在坩禍口覆蓋單晶硅片并一起放入馬弗爐中，在空氣氣氛下以15°C /min的速率升至1100°C，并在該溫度保持1.5個小時；
[0028](3)待保溫結束隨爐冷卻后取出單晶硅片，在單晶硅片表面即得到水母形狀的稀土 Er和Yb離子共摻雜1003綠色上轉換發(fā)光材料。
[0029]實施例3
[0030](I)稱取 1g 四鉬酸銨(NH4)2Mo4O13.2Η20、0.2g 氧化鉺 Er2O3和 1.8g 氧化鐿 Yb2O3,所有原料均為固體晶體粉末；
[0031](2)將上述稱取的物料經充分研磨混均后，裝入氧化鋁坩禍，然后在坩禍口覆蓋單晶硅片并一起放入馬弗爐中，在空氣氣氛下以20°C /min的速率升至1000°C，并在該溫度保持2個小時；
[0032](3)待保溫結束隨爐冷卻后取出單晶硅片，在單晶硅片表面即得到水母形狀的稀土 Er和Yb離子共摻雜1003綠色上轉換發(fā)光材料。
【主權項】
1.一種水母狀稀土摻雜MoO 3綠色上轉換發(fā)光材料的制備方法，其特征在于: (1)稱取MoO3的原材料與稀土鹽，其中，MoO3的原材料是七鉬酸銨(NH4)6Mo7O24.4H20、正鉬酸銨(ΝΗ4)2Μο04、二鉬酸銨(NH4)2Mo2O7或四鉬酸銨(NH 4) 2Μο4013.2H20，稀土鹽是硝酸鉺Er (NO3) 3.5H20 和硝酸鐿 Yb (NO3) 3.5H20、氯化鉺 ErCl3.6H20 和氯化鐿 YbCl3.6H20 或者氧化鉺Er2O3和氧化鐿Yb 203等，所有原料均為固體晶體粉末； (2)將上述稱取的物料經研磨混均后，裝入氧化鋁坩禍，坩禍上覆蓋有單晶硅片作為襯底，然后一起放入馬弗爐中，在空氣氣氛下以5°C /min?20°C /min的速率升至1000°C?1250°C，并在該溫度保持I?2個小時； (3)保溫結束后隨爐冷卻，待冷卻至室溫后取出單晶硅片，硅片上沉積的即是水母狀的稀土摻雜氧化鉬綠色上轉換發(fā)光材料。
【專利摘要】一種水母狀稀土摻雜MoO3綠色上轉換發(fā)光材料的制備方法：稱取MoO3的原材料與稀土鹽，所有原料均為固體晶體粉末；將上述稱取的物料經研磨混均后，裝入氧化鋁坩堝，坩堝上覆蓋有單晶硅片作為襯底，然后一起放入馬弗爐中，在空氣氣氛下以5℃/min～20℃/min的速率升至1000℃～1250℃，并在該溫度保持1～2個小時；保溫結束后隨爐冷卻，待冷卻至室溫后取出單晶硅片，硅片上沉積的即是水母狀的稀土摻雜氧化鉬綠色上轉換發(fā)光材料。本發(fā)明的產品是一種具有特殊形貌的具有高效上轉換發(fā)光特性的稀土摻雜MoO3發(fā)光材料，它在980nm波長激光激發(fā)下能夠獲得高效綠色上轉換發(fā)光，制備工藝簡單，成本低廉，適合批量生產。
【IPC分類】C09K11-68
【公開號】CN104762084
【申請?zhí)枴緾N201510167161
【發(fā)明人】曹保勝, 董斌, 吳金磊, 何洋洋, 馮志慶, 王雪寒
【申請人】大連民族學院
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年4月10日