无铅铁电上转换荧光材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种无铅铁电上转换荧光材料，包括结构为ABO3的钙钛矿无铅铁电陶瓷材料，其特征在于：该无铅铁电陶瓷材料的化学式为Na0.5Bi0.5‑x‑yYbxTmyTiO3，其中，0.005≤x≤0.02；0.00005≤y≤0.001，通过在A位添加稀土元素敏化剂Yb

【技术实现步骤摘要】
无铅铁电上转换荧光材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种铁电材料，还公开了这种铁电材料的制备方法和在上转换发光材料中的应用。
技术介绍
上转换荧光材料以其荧光效率高、稳定性好、分辨率高等优良性能，受到科研人员的广泛关注，其能够在长波(如红外)辐射激发下发射出可见光，甚至紫外光，在光纤通讯技术、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具有广泛的应用前景。近来用稀土元素进行掺杂的无铅铁电材料来制备上转换发光材料的应用和研究也越来越多，相关文献见专利号为ZL200910071967.8的中国专利技术专利《镨掺杂的钛酸钙发光粉及其制备方法》(授权公告号为CN101544886B)，还可以参考专利号为ZL201110102113.9的中国专利技术专利《铋层状类钙钛矿结构的氧化物上转换发光压电材料及其制备方法》(授权公告号为CN102276248B)；采用钙钛矿结构的上转换发光材料，其化学性能和物理稳定性都有提高，且具有铁电材料独有的电学性，同时制备工艺也相对简单。如材料为ABO3型结构的钙钛矿无铅铁电陶瓷，存在着许多固有的点缺陷，大部分是氧空位。这些缺陷对材料的电学和光学性能会产生很重要的影响。很多ABO3型结构的物质在可见光区域有特征的光致下转换荧光，这方面的工作也得到了一些关注和研究，如钛酸铋钠(Bi0.5Na0.5)TiO3陶瓷材料具有优良的压电、铁电、介电、电光等电学性能，是一种优越的无铅铁电材料。在现代电子工业以及光学领域具有潜在的应用价值。由于(Bi0.5Na0.5)TiO3陶瓷在高温烧结的过程中Bi和Na离子的挥发，在陶瓷中会形成许多固有的点缺陷，例如氧空位、A/B位空位、激子等。这些缺陷对材料的电学和光学性能会产生很重要的影响。由于缺陷的存在，会在材料的导带和价带之间引入缺陷能级，从而使(Bi0.5Na0.5)TiO3成为潜在的荧光材料。传统的荧光材料一般利用高能量的光子照射，获得低能量的光。随着半导体工艺的发展，现在可以非常廉价的获得980nm半导体激光，利用三价的稀土离子Yb3+对980nm激光强烈的吸收，然后再将吸收的光子的能量传递到其它的稀土离子如Pr3+，Er3+，Tm3+，可以获得肉眼可见的荧光。传统上转换荧光材料，要获得白光发光材料至少要利用两种荧光活化剂如Pr3+/Tm3+组合；Er3+/Tm3+，Ho3+/Tm3+如文献JournalofAlloysandCompounds588(2014)158-162就报道了两种活化剂Er3+/Tm3+的组合才获得了上转换白光的输出。然而稀土的价格是昂贵的，稀土在地球上的含量也是很有限的，因此如何减少或者避免使用稀土就变得至关重要。
技术实现思路
本专利技术所要解决的一个技术问题是针对现有技术的现状提供一种生产成本较低的无铅铁电上转换荧光材料。本专利技术所要解决的另一个技术问题是针对现有技术的现状提供一种生产成本较低的无铅铁电上转换荧光材料的制备方法。本专利技术所要解决的又一个技术问题是针对现有技术的现状提供一种生产成本较低的无铅铁电上转换荧光材料的应用。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：该无铅铁电上转换荧光材料，包括结构为ABO3的钙钛矿无铅铁电陶瓷材料，其特征在于：该无铅铁电陶瓷材料的化学式为Na0.5Bi0.5-x-yYbxTmyTiO3，其中，0.005≤x≤0.02；0.00005≤y≤0.001，通过在A位添加稀土元素敏化剂Yb3+以及稀土元素激活剂Tm3+取代Bi3+，进而实现缺陷基上转换发光。所述的无铅铁电陶瓷材料的化学式为Na0.5Bi0.499-xYbxTm0.001TiO3，其中，y＝0.001，所述无铅铁电陶瓷材料随着Yb含量y的改变，陶瓷上转换荧光颜色由淡绿色变成淡蓝色。所述的无铅铁电陶瓷材料的化学式为Na0.5Bi0.48-yYb0.02TmyTiO3，其中，x＝0.02，所述无铅铁电陶瓷材料随着Tm含量y值的改变，陶瓷上转换荧光颜色由深绿色变为深蓝色。所述的无铅铁电陶瓷材料的化学式为Na0.5Bi0.4796Yb0.02Tm0.0004TiO3，其中，x＝0.02，y＝0.0004，所述无铅铁电陶瓷材料上转换荧光颜色接近白色。本专利技术还提供一种无铅铁电上转换荧光材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)采用Bi2O3，Na2CO3，TiO2，Tm2O3，Yb2O3为原料，按照化学式为Na0.5Bi0.5-x-yYbxTmyTiO3的无铅铁电陶瓷材料中的Bi，Na，Yb，Tm，Ti化学计量比进行称重配料，其中，x的取值为0.005～0.02，y的取值为0.00005≤y≤0.001；然后放入球磨罐中球磨混合，然后球磨后的原料放入烘箱烘干，烘干后原料利用压片机在5～80MPa下压片，压完片后的生胚放入马弗炉中，在750～850℃下保温1～3个小时，合成Na0.5Bi0.5-x-yYbxTmyTiO3胚体；(2)将步骤(1)中所得的胚体碾碎，放入球磨罐中球磨5～10小时，球磨后放入烘箱烘干；(3)将步骤(2)所得的烘干粉体加入质量溶度为3～5％的聚乙烯醇水溶液作粘结剂造粒，将造粒后的粉体在100～200MPa下压片成型；然后将胚体放入马弗炉中在600～700℃下保温0.5～3个小时分解粘结剂，然后在1050～1200℃下保温2～4小时，最终所得的陶瓷片就为Na0.5Bi0.5-x-yYbxTmyTiO3无铅铁电上转换荧光陶瓷材料。进一步地，所述步骤(1)球磨混合中原料体积：玛瑙球子体积：球磨介质无水乙醇的体积比为1：(1～1.2)：(1～1.5)。进一步地，所述步骤(1)中各原料Bi2O3，Na2CO3，TiO2，Tm2O3，Yb2O3均滴有质量溶度为3～5％的聚乙烯醇，各原料中每10g滴入的聚乙烯醇体积为1～2ml。优选地，所述步骤(1)中x的取值为0.005、0.01、0.015或0.02，y的取值为0.001。优选地，所述步骤(1)中x的取值为0.02，y的取值为0.00005、0.0001、0.0004、0.0007或0.001。本专利技术还提供一种无铅铁电上转换荧光材料在温度传感器、光电传感、光电集成、光电耦合、红外探测、防伪、太阳能电池、三维立体显示、生物分子荧光标记及激光器件中的应用。其中，对无铅铁电上转换荧光材料进行变温的荧光测试，通过980nm红外激光照射，利用缺陷的525和548nm两个峰的荧光强度比与温度的关联，此陶瓷可以作为温度传感器使用，传感温度范围为-190～410℃。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：本专利技术中，我们利用Yb3+对980nm激光强烈的吸收，在Yb3+/Tm3+双掺(Bi0.5Na0.5)TiO3陶瓷中研究了基于Tm3+离子和固有点缺陷的颜色可调上转换发光。其中，Tm3+离子主要发出蓝光和红光，点缺陷主要发出绿光；通过改变Yb3+和Tm3+离子的掺杂浓度，实现了对上转换荧光的颜色调控并得到了白光发射，最重要的是用固定点缺陷替代传统的上转换荧光粉中发射绿光的稀土离子如Er3+，Pr3+和Ho3+，从而大大的降低了生产成本，并且很大程度上保护了稀土资源，此外Tm3+离子还能够大大增加缺陷的上转换绿光的发光强度，对缺陷的上转换发光有很大的促进作用，从而使缺陷上转本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无铅铁电上转换荧光材料，包括结构为ABO3的钙钛矿无铅铁电陶瓷材料，其特征在于：该无铅铁电陶瓷材料的化学式为Na0.5Bi0.5‑x‑yYbxTmyTiO3，其中，0.005≤x≤0.02；0.00005≤y≤0.001，通过在A位添加稀土元素敏化剂Yb

【技术特征摘要】
1.一种无铅铁电上转换荧光材料，包括结构为ABO3的钙钛矿无铅铁电陶瓷材料，其特征在于：该无铅铁电陶瓷材料的化学式为Na0.5Bi0.5-x-yYbxTmyTiO3，其中，0.005≤x≤0.02；0.00005≤y≤0.001，通过在A位添加稀土元素敏化剂Yb3+以及稀土元素激活剂Tm3+取代Bi3+，进而实现缺陷基上转换发光。2.根据权利要求1所述的无铅铁电上转换荧光材料，其特征在于所述的无铅铁电陶瓷材料的化学式为Na0.5Bi0.499-xYbxTm0.001TiO3，其中，y＝0.001，所述无铅铁电陶瓷材料随着Yb含量x的改变，陶瓷上转换荧光颜色由淡绿色变成淡蓝色。3.根据权利要求1所述的无铅铁电上转换荧光材料，其特征在于所述的无铅铁电陶瓷材料的化学式为Na0.5Bi0.48-yYb0.02TmyTiO3，其中，x＝0.02，所述无铅铁电陶瓷材料随着Tm含量y值的改变，陶瓷上转换荧光颜色由深绿色变为深蓝色。4.根据权利要求1所述的无铅铁电上转换荧光材料，其特征在于所述的无铅铁电陶瓷材料的化学式为Na0.5Bi0.4796Yb0.02Tm0.0004TiO3，其中，x＝0.02，y＝0.0004，所述无铅铁电陶瓷材料上转换荧光颜色接近白色。5.一种无铅铁电上转换荧光材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)采用Bi2O3，Na2CO3，TiO2，Tm2O3，Yb2O3为原料，按照化学式为Na0.5Bi0.5-x-yYbxTmyTiO3的无铅铁电陶瓷材料中的Bi，Na，Yb，Tm，Ti化学计量比进行称重配料，其中，x的取值为0.005～0.02，y的取值为0.00005≤y≤0.001；然后放入球磨罐中球磨混合，然后球磨后的原料放入烘箱烘干，烘干后原料利用压片机在...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗来慧，黄胤鹏，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33