共摻y(tǒng)of紅色上轉(zhuǎn)換熒光材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于稀土摻雜發(fā)光材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種Er3+，Yb3+共摻Y(jié)OF紅色上轉(zhuǎn)換熒光材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在上轉(zhuǎn)換光致發(fā)光熒光材料的研制中，基質(zhì)材料是影響上轉(zhuǎn)換發(fā)光效率的關(guān)鍵因素，目前發(fā)光效率較高的上轉(zhuǎn)換熒光材料的基質(zhì)主要有氟化物、氧化物、氟氧化物等。氟化物由于具有較低的聲子能量，大大降低了無(wú)輻射弛豫幾率的發(fā)生，提高了稀土離子亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)的光壽命，因此有效的提高了稀土的發(fā)光效率，但氟化物的機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性差，制備時(shí)需要特殊設(shè)備及條件，實(shí)際應(yīng)用存在很多問(wèn)題；氧化物基質(zhì)機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性好，但聲子能量大，因此發(fā)光性能較差；而氟氧化物兼具氟化物基質(zhì)的高上轉(zhuǎn)換發(fā)光效率和氧化物基質(zhì)的機(jī)械強(qiáng)度、穩(wěn)定性，且易于加工，是一種綜合性能較好的上轉(zhuǎn)換熒光材料基質(zhì)。
[0003]在稀土離子摻雜的上轉(zhuǎn)換光致發(fā)光熒光材料中，綠色上轉(zhuǎn)換熒光材料是發(fā)光效率相對(duì)較高、研宄較廣泛的一種熒光材料，其中，以Yb3+作為敏化劑，Er 3+作為活化劑，通過(guò)Yb3+— Er 3+之間的能量傳遞，可以實(shí)現(xiàn)有效的紅外一可見(jiàn)上轉(zhuǎn)換光致發(fā)光效率，Er 3+，Yb3+共摻的上轉(zhuǎn)換熒光材料大多數(shù)屬于綠色發(fā)光機(jī)制，而對(duì)Er3+，Yb3+共摻的紅色上轉(zhuǎn)換熒光材料的研宄較少，而且效率較低，色純度不高。
[0004]在公開(kāi)號(hào)為CN103450902A的中國(guó)專(zhuān)利中，發(fā)明者將Y、Yb及Er的鹽酸鹽溶液和碳酸氫銨的混合液經(jīng)陳化、過(guò)濾、沉淀、干燥得到白色粉末，然后將該白色粉末1200°C煅燒3h得到白色固體，接著加入氟化鋰和氟化氫銨進(jìn)行混合研磨得到前驅(qū)體，最后將前驅(qū)體800°C煅燒3h，冷卻得到紅色上轉(zhuǎn)換材料Y19Yb1Era14F7,該方法制備得到Er3+，Yb3+共摻的氟氧化釔紅色上轉(zhuǎn)換熒光粉的同時(shí)，還得到了少量的YF3，這會(huì)影響紅色光的色純度，且制備工藝繁瑣，需高溫煅燒，消耗的能量較大。
[0005]中國(guó)專(zhuān)利CNlOl 195747A公布了一種水熱法制備紅色上轉(zhuǎn)換熒光粉NaYm(YbxHoyCez) F4的方法，雖然合成溫度僅為180~220°C，但生產(chǎn)周期長(zhǎng)，生產(chǎn)成本高，且通過(guò)Ce的淬滅效應(yīng)來(lái)增強(qiáng)紅光發(fā)射，會(huì)造成總體發(fā)光強(qiáng)度下降。
[0006]除了上述的兩種熒光材料之外，Er3+，Yb3+共摻Y(jié)OF也是一種有效的紅色上轉(zhuǎn)換熒光材料。中國(guó)專(zhuān)利CN101348951B公布了一種激活離子摻雜YOF復(fù)合納米纖維的制備方法，該方法首先將金屬鹽、高分子模板劑、溶劑按某一重量配比混合來(lái)配制紡絲液，然后采用靜電紡絲法通過(guò)控制紡絲電壓、固化距離等來(lái)制備前驅(qū)體纖維，最后采用熱處理方法通過(guò)控制升溫速率、保溫溫度、保溫時(shí)間等參數(shù)來(lái)，制備稀土氟化物/稀土氟氧化物復(fù)合納米纖維。通過(guò)該方法能得到Er3+，Yb3+共摻Y(jié)OF紅光上轉(zhuǎn)換熒光材料，但是該方法對(duì)設(shè)備的要求比較高，對(duì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)條件的控制也比較苛刻，制備工藝繁瑣，不適合大規(guī)模生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種Er3+，Yb3+共摻Y(jié)OF紅色上轉(zhuǎn)換熒光材料的制備方法，該方法熱處理溫度低，且熱處理溫度可調(diào)節(jié)范圍較寬，操作簡(jiǎn)單。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種Er3+，Yb3+共摻Y(jié)OF紅色上轉(zhuǎn)換熒光材料的制備方法，具備包括以下步驟:
1)按化學(xué)式Y(jié)nyYbxEryOF,0.17 ^ x ^ 0.25，0.01 彡 y 彡 0.04 中 Y、Yb 及 Er 的摩爾計(jì)量比，稱(chēng)取硝酸釔、硝酸鐿、硝酸鉺；
2)將所述硝酸釔、硝酸鐿、硝酸鉺以及三氟乙酸加入溶劑中，攪拌3~24小時(shí)后得透明溶膠A ；
3)熒光材料的制備:透明溶膠A通過(guò)熱處理后，按需制得熒光粉體或熒光薄膜；
①熒光粉體的制備:將步驟2)制得的透明溶膠A轉(zhuǎn)移至耐高溫坩禍中，然后置于烘箱中干燥1~24小時(shí)，得到膠態(tài)物質(zhì)B ;將所述膠態(tài)物質(zhì)B置于高溫爐中，將爐溫按1~10°C /min的速率從室溫升至350~600°C后，保溫0.5-5小時(shí)，隨爐冷卻至室溫后取出，研磨即得Er3+，Yb3+共摻Y(jié)OF紅色上轉(zhuǎn)換熒光粉體；
②熒光薄膜的制備:將步驟2)制得的透明溶膠A用預(yù)處理過(guò)的玻璃、硅片或藍(lán)寶石作基底，采取浸漬提拉法或旋轉(zhuǎn)涂覆法制膜；濕膜在室溫下晾15~30分鐘后，置于干燥箱中100°C烘干，自然冷卻至室溫；再將薄膜放入高溫爐中進(jìn)行熱處理，按1~10°C /min的速率將爐溫從室溫升至350~600°C后，保溫0.5-5小時(shí)，隨爐冷卻至室溫即得Er3+，Yb3+共摻Y(jié)OF紅色上轉(zhuǎn)換熒光薄膜。
[0009]步驟I)中 0.17 彡 X 彡 0.19，0.01 彡 y 彡 0.03，且 x+y=0.2。
[0010]步驟2)所用的溶劑為異丙醇、乙醇和水的混合物；其中，按體積比計(jì)，異丙醇:乙醇:水=4:4:3。
[0011]步驟2)中溶劑中紀(jì)、鐿、鉺三種離子的總濃度為0.091mol/L，三氟乙酸的用量與溶劑總量之比按體積比計(jì)為1:11。
[0012]優(yōu)選地，步驟3)中高溫爐的升溫速率為3~6°C /min,保溫時(shí)間為1~2小時(shí)；步驟
3)中高溫爐的爐溫從室溫升至350~450°C。
[0013]其中步驟2)中所用到的稀土硝酸鹽，可以是稀土硝酸鹽粉末成品，也可以是通過(guò)將稀土氧化物溶解于硝酸中然后再將溶液烘干制得的稀土硝酸鹽粉末，或者是直接將稀土氧化物溶解于硝酸中，然后加熱使硝酸完全揮發(fā)之后再用純水定容得到的稀土硝酸鹽水溶液。
[0014]步驟2)中原料的添加順序?yàn)?可以先將三氟乙酸加入到溶劑中然后再向其中加入稀土硝酸鹽，也可以先將稀土硝酸鹽加入到溶劑中然后再向其中加入三氟乙酸。
[0015]本發(fā)明的有益效果在于:
1)本發(fā)明的Er3+，Yb3+共摻Y(jié)OF的紅色上轉(zhuǎn)換熒光材料的合成工藝簡(jiǎn)單，在空氣氣氛中常壓狀態(tài)下即可完成，不需要保護(hù)氣氛，制備條件不苛刻且產(chǎn)物質(zhì)量穩(wěn)定，重復(fù)性強(qiáng)，適合于大規(guī)模生產(chǎn)；
2)本發(fā)明的制備方法熱處理溫度低，在不借助于高壓環(huán)境情況下，350°C即能合成出Er3+，Yb3+共摻Y(jié)OF熒光材料，且制備過(guò)程中熱處理溫度具有很寬的可調(diào)節(jié)范圍寬，在350~600°C之間的任意溫度均能夠制備出Er3+，Yb3+共摻Y(jié)OF熒光材料；
3)本發(fā)明的Er3+，Yb3+共摻Y(jié)OF的高效紅色上轉(zhuǎn)換熒光材料兼具氟化物和氧化物的優(yōu)點(diǎn)，化學(xué)性能穩(wěn)定，材料的上轉(zhuǎn)換性能良好，具有發(fā)光強(qiáng)度較高，在三維立體顯示、防偽標(biāo)識(shí)、生物探針以及信息存儲(chǔ)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1~4制備的Er3+，Yb3+共摻Y(jié)OF粉末的X射線(xiàn)粉末衍射圖譜與YOF標(biāo)準(zhǔn)卡片H)F#71-2100和H)F#06-0347的比較圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的Er3+，Yb3+共摻Y(jié)OF粉末的SEM圖像；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例2制備的Er3+，Yb3+共摻Y(jié)OF粉末的SEM圖像；
圖4為本發(fā)明實(shí)施例3制備的Er3+，Yb3+共摻Y(jié)OF粉末的SEM圖像；
圖5為本發(fā)明實(shí)施例4制備的Er3+，Yb3+共摻Y(jié)OF粉末的SEM圖像；
圖6為本發(fā)明實(shí)施例5制備的Er3+，Yb3+共摻Y(jié)OF紅色上轉(zhuǎn)換熒光薄膜的SEM圖像；
圖7為本發(fā)明實(shí)施例4制備的Er3+，Yb3+共摻Y(jié)OF熒光材料在980nm激光激發(fā)下得到的上轉(zhuǎn)換熒光發(fā)光譜圖。
具體實(shí)施例
[0017]本發(fā)明用下列實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于下列實(shí)施例。
[0018]實(shí)施例1
1)稱(chēng)取0.306g固體粉末六水合硝酸釔、0.076g固體粉末五水合硝酸鐿、0.013g固體粉末五水合硝酸鉺；
2)量取4ml異丙醇、4ml乙醇、Iml三氟乙酸、3ml水，將固體粉末加入其中，攪拌3h，制得透明溶膠A ;
3)將透明溶膠A轉(zhuǎn)移耐高溫坩禍中，并置于烘箱中干燥3h，得膠態(tài)物質(zhì)B;
4)將膠態(tài)物質(zhì)B置于高溫爐中，將爐溫按4°C/min的升溫速率從室溫升至350°C，保溫lh，隨爐冷卻至室溫后取出；
5)研磨得到Er3+，Yb3+共摻Y(jié)OF粉末。
[0019]實(shí)施例2
1)稱(chēng)取0.306g固體粉末六水合硝酸釔、0.076g固體粉末五水合硝酸鐿、0.013g固體粉末五水合硝酸鉺；
2)量取4ml異丙醇、4ml乙醇、Iml三氟乙酸、3ml水，將固體粉末加入其中，攪拌3h，制得透明溶膠A ;
3)將透明溶膠A轉(zhuǎn)移耐高溫坩禍中，并置于烘箱中干燥3h，得膠態(tài)物質(zhì)B;
4)將膠態(tài)物質(zhì)B置于高溫爐中，將爐溫按4°C/min的升溫速率從室溫升至400°C，保溫lh，隨爐冷卻至室溫后取出；
5)研磨得到Er3+，Yb3+共摻Y(jié)OF粉末。