一种铒镱共掺杂锑酸盐上转换发光材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种铒镱共掺杂锑酸盐上转换发光材料及其制备方法和应用，该上转换发光材料的化学组成为La3-3(x+y)Er3xYb3yLi5Sb2O12，Yb3+为敏化剂，Er3+为激活离子，x为铒离子Er3+掺杂的摩尔百分数，y为镱离子Yb3+掺杂的摩尔百分数，且0.001≤x+y<0.5；该上转换发光材料在980纳米红外激光激发下，能发射出525纳米波长附近的绿色发光峰，可以作为绿色上转换发光材料应用；并能通过高温固相法、化学溶液法或共沉淀法制备。上转换效率高，可广泛应用于光纤通讯技术、纤维放大器、三维立体显示、生物分子荧光标识、红外辐射探测等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种铒镱共掺杂锑酸盐上转换发光材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种荧光粉的制备方法及其应用，尤其涉及一种铒镱共掺杂锑酸盐上转换发光材料及其制备方法和应用，属于发光物理学中的发光材料

技术介绍
近年来，上转换发光材料引起了人们的广泛关注。光致发光材料中，吸收两个或多个较低能量的光子后产生一个高能光子发射的发光材料被定义为上转换发光材料(简称UCPs)。这种材料的上转换现象本质是反斯托克斯效应，即辐射的能量大于所吸收的能量。上转换发光材料可以有效降低光致电离作用引起基质材料衰退，不需要严格的相位配对，而且输出波长具有一定的可调谐性，被认为是生产固态激光、发光二极管和荧光标记等最理想的材料。迄今为止，上转换发光材料都发生在掺杂稀土离子的化合物中，正是由于可以利用稀土元素的亚稳态能级特性，吸收多个低能量的长波辐射，经多光子加和后发出高能的短波辐射，从而可使人肉眼看不到的红外光变为可见光，此类上转换材料主要有氟化物、氧化物、含硫化合物、氟氧化物、卤化物等。稀土元素中，Er3+离子以其丰富的能级和多个亚稳态而倍受关注。Er3+离子具有多条蓝绿和紫外波段的上转换荧光谱线，以及红外波段的4I13/2-4I15/2和4I11/2-4I13/2跃迁等光谱特性。研究发现，由于Er3+离子对泵浦光的弱吸收会导致很高的激光振荡阈值，为了提高光致荧光效率，人们提出了Er3+、Yb3+共掺的解决方案，即在掺杂激活离子Er3+离子的同时掺入一种稀土敏化离子Yb3+离子，敏化离子可以吸收更多的光泵能量并转移给激活离子，扩大和强化激活离子的吸收光谱，使原来不能被激活的离子吸收光泵能量通过敏化离子的作用得到应用。在980纳米激光的抽运下，Yb3+离子具有比较大的吸收截面，而且可以实现能量传递，从而大大地提高了材料的吸收效率和光致荧光效率。因此，Er3+、Yb3+共掺的上转换荧光材料成为研究上转换材料的热点。目前，有关Er3+、Yb3+掺杂的绿色上转换荧光材料已有诸多相关的报道。例如公开号为CN102660278A的中国专利公开了一种绿色上转换纳米荧光粉及制备方法，组成为Y2-x-y-zGdxYbyHozO3，粒径尺寸小且分布均匀，单色性好，可应用于生物医学领域；公开号为CN103525418A的专利公开了一种共沉淀法制备得到的绿色上转换荧光粉(Y1-x-y-z-aErxCeyTizYba)2O3，在还原气氛中热处理，所制备出的荧光粉发光效率高，但存在一定的危险性。对于Er3+、Yb3+共掺的上转换荧光材料，公开号为CN103397302A的专利研究了通过控制Er3+、Yb3+的含量来控制掺杂量，从而得到致密性好，均匀程度高，机械和光学性能优良的上转换发光TiO2薄膜。而本专利技术选择La3-3(x+y)Er3xYb3yLi5Sb2O12为基质，通过Er、Yb共掺杂得到性能优越的绿色上转换荧光材料，安全无毒，而且该材料还未见诸报道。
技术实现思路
针对上述现存的技术问题，本专利技术提供一种铒镱共掺杂锑酸盐上转换发光材料及其制备方法和应用，以La3-3(x+y)Er3xYb3yLi5Sb2O12为基质，通过Er、Yb共掺杂而得到发光纯度好、发光效率高的上转换发光材料。为实现上述目的，本专利技术提供一种铒镱共掺杂锑酸盐上转换发光材料，化学组成为La3-3(x+y)Er3xYb3yLi5Sb2O12，其中：Yb3+为敏化剂，Er3+为激活离子，x为铒离子Er3+掺杂的摩尔百分数，y为镱离子Yb3+掺杂的摩尔百分数，且0.001≤x+y<0.5。本专利技术提供一种上述铒镱共掺杂锑酸盐上转换发光材料的制备方法，具体是采用高温固相法，包括如下步骤：（1）按化学组成La3-3(x+y)Er3xYb3yLi5Sb2O12中各元素的化学计量比，且0.001≤x+y<0.5，分别称取含有镧离子La3+的化合物，含有锂离子Li+的化合物，含有锑离子Sb5+、Sb3+的化合物，含有铒离子Er3+的化合物，含有镱离子Yb3+的化合物，然后混合并研磨均匀；（2）将步骤（1）的所得物在空气气氛中第一次煅烧，煅烧温度为200～700℃，时间为1～15小时；（3）将步骤（2）的所得物自然冷却，研磨并混合均匀后，在空气气氛中第二次煅烧，煅烧温度为750～900℃，时间为1～15小时；（4）将步骤（3）的所得物自然冷却，研磨并混合均匀后，在空气气氛中第三次煅烧，煅烧温度为950～1400℃，时间为1～15小时；（5）将步骤（4）的所得物冷却至室温，研磨均匀，即得到粉末状锑酸盐上转换发光材料。进一步，所述的含有镧离子La3+的化合物为氧化镧、硝酸镧、氢氧化镧、碳酸镧中的一种；所述的含有锂离子Li+的化合物为氧化锂、硝酸锂、氢氧化锂、碳酸锂中的一种；所述的含有锑离子Sb5+、Sb3+的化合物为五氧化二锑、三氧化二锑中的一种；所述的含有镱离子Yb3+的化合物为氧化镱；所述的含有铒离子Er3+的化合物为氧化铒。进一步，步骤（2）的煅烧温度优选250～700℃，煅烧时间优选2～14小时；步骤（3）的煅烧温度优选800～900℃，煅烧时间优选2～14小时；步骤（4）的煅烧温度优选1000～1400℃，煅烧时间优选2～14小时。本专利技术又提供一种上述铒镱共掺杂锑酸盐上转换发光材料的制备方法，具体是采用化学溶液法，包括如下具体步骤：（A）按化学组成La3-3(x+y)Er3xYb3yLi5Sb2O12中各元素的化学计量比，且0.001≤x+y<0.5，分别称取含有镧离子La3+的化合物，含有锂离子Li+的化合物，含有锑离子Sb5+、Sb3+的化合物，含有镱离子Yb3+的化合物，含有铒离子Er3+的化合物，将它们分别溶解于稀硝酸中，并分别加入摩尔量2-3倍的络合剂，所述络合剂为柠檬酸或草酸中的一种，分别搅拌直至完全溶解；（B）将步骤（A）所得的各个溶液缓慢混合，继续搅拌1-2小时，放置烘箱中，静置、陈化，得到蓬松的前驱体；（C）将步骤（B）所得的前驱体置于马弗炉中，在空气气氛中进行预煅烧，煅烧温度为300～900℃，煅烧时间为1～15小时；（D）将步骤（B）的所得物自然冷却后，研磨并混合均匀，在空气气氛中煅烧，煅烧温度为950～1250℃，煅烧时间为1～15小时；（E）将步骤（D）的所得物冷却至室温，研磨均匀，即得到粉末状锑酸盐上转换发光材料。进一步，所述的含有镧离子La3+的化合物为氧化镧、硝酸镧、氢氧化镧、碳酸镧中的一种；所述的含有锂离子Li+的化合物为氧化锂、硝酸锂、氢氧化锂、碳酸锂中的一种；所述的含有锑离子Sb5+、Sb3+的化合物为五氧化二锑、三氧化二锑、三氯化锑中的一种；所述的含有镱离子Yb3+的化合物为氧化镱、硝酸镱中的一种；所述的含有铒离子Er3+的化合物为氧化铒、硝酸铒中的一种。进一步，步骤（C）的预煅烧温度优选350～900℃，预煅烧时间优选2～14小时；步骤（D）的煅烧温度优选1000～1250℃，煅烧时间优选2～14小时。本专利技术再提供一种上述铒镱共掺杂锑酸盐上转换发光材料的制备方法，具体是采用共沉淀法，包括如下具体步骤：（Ⅰ）按化学组成La3-3(x+y)Er3xYb3yLi5Sb2O12中各元素的化学计量比，且0.001≤x+y<0.5，分别本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铒镱共掺杂锑酸盐上转换发光材料，其特征在于，化学组成为La3‑3(x+y)Er3xYb3yLi5Sb2O12，其中：Yb3+为敏化剂，Er3+为激活离子，x为铒离子Er3+掺杂的摩尔百分数，y为镱离子Yb3+掺杂的摩尔百分数，且0.001≤x+y<0.5。

【技术特征摘要】
1.一种铒镱共掺杂锑酸盐上转换发光材料，其特征在于，化学组成为La3-3(x+y)Er3xYb3yLi5Sb2O12，其中：Yb3+为敏化剂，Er3+为激活离子，x为铒离子Er3+掺杂的摩尔百分数，y为镱离子Yb3+掺杂的摩尔百分数，且0.001≤x+y<0.5。2.一种如权利要求1所述的一种铒镱共掺杂锑酸盐上转换发光材料的制备方法，其特征在于，采用高温固相法，包括如下具体步骤：（1）按化学组成La3-3(x+y)Er3xYb3yLi5Sb2O12中各元素的化学计量比，且0.001≤x+y<0.5，分别称取含有镧离子La3+的化合物，含有锂离子Li+的化合物，含有锑离子Sb5+、Sb3+的化合物，含有铒离子Er3+的化合物，含有镱离子Yb3+的化合物，然后混合并研磨均匀；（2）将步骤（1）的所得物在空气气氛中第一次煅烧，煅烧温度为200～700℃，时间为1～15小时；（3）将步骤（2）的所得物自然冷却，研磨并混合均匀后，在空气气氛中第二次煅烧，煅烧温度为750～900℃，时间为1～15小时；（4）将步骤（3）的所得物自然冷却，研磨并混合均匀后，在空气气氛中第三次煅烧，煅烧温度为950～1400℃，时间为1～15小时；（5）将步骤（4）的所得物冷却至室温，研磨均匀，即得到粉末状锑酸盐上转换发光材料。3.根据权利要求2所述的一种铒镱共掺杂锑酸盐上转换发光材料的制备方法，其特征在于，所述的含有镧离子La3+的化合物为氧化镧、硝酸镧、氢氧化镧、碳酸镧中的一种；所述的含有锂离子Li+的化合物为氧化锂、硝酸锂、氢氧化锂、碳酸锂中的一种；所述的含有锑离子Sb5+、Sb3+的化合物为五氧化二锑、三氧化二锑中的一种；所述的含有镱离子Yb3+的化合物为氧化镱；所述的含有铒离子Er3+的化合物为氧化铒。4.根据权利要求2或3所述的一种铒镱共掺杂锑酸盐上转换发光材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）的煅烧温度250～700℃，煅烧时间2～14小时；步骤（3）的煅烧温度800～900℃，煅烧时间2～14小时；步骤（4）的煅烧温度1000～1400℃，煅烧时间2～14小时。5.一种如权利要求1所述的一种铒镱共掺杂锑酸盐上转换发光材料的制备方法，其特征在于，采用化学溶液法，包括如下具体步骤：（A）按化学组成La3-3(x+y)Er3xYb3yLi5Sb2O12中各元素的化学计量比，且0.001≤x+y<0.5，分别称取含有镧离子La3+的化合物，含有锂离子Li+的化合物，含有锑离子Sb5+、Sb3+的化合物，含有镱离子Yb3+的化合物，含有铒离子Er3+的化合物，将它们分别溶解于稀硝酸中，并分别加入摩尔量2-3倍的络合剂，所述络合剂为柠檬酸或草酸中的一种，分别搅拌直至完全溶解；（B）将步骤（A）所得的各个溶液缓慢混合，继续搅拌1-2小时，放置烘箱中，静置、陈化，得到蓬松的前驱体；（C）将步骤（B）所得的前驱体...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔学斌，
申请(专利权)人：江苏师范大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32