新型上转换发光材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种新型上转换发光材料，其化学通式为：Ｌａ↓［１－ｍ］ＲＥ↓［ｍ］ＮｂＴｉＯ↓［６］，其中ＲＥ为稀土元素Ｅｒ、Ｓｍ和Ｎｄ中的一种；当ＲＥ为Ｅｒ时，ｍ的取值范围为０．００１＜ｍ＜０．２；当ＲＥ为Ｓｍ时，ｍ的取值范围为０．００１＜ｍ＜０．１６；当ＲＥ为Ｎｄ时，ｍ的取值范围为０．００１＜ｍ＜０．１５。该上转换发光材料的制备方法是将五氧化二铌溶解于氢氟酸中，向其中滴入氨水，将沉淀物陈化、过滤、洗涤后溶于柠檬酸水溶液中，将钛酸四丁酯、硝酸镧、稀土硝酸盐及硝酸铵加入到Ｎｂ－柠檬酸溶液中，加热搅拌，将得到的前驱体凝胶烧结、热退火处理。本发明专利技术制备的新型上转换发光材料化学稳定性和热稳定性好、粒度分布窄、晶粒完整性好，在红外激光泵浦光源下具有高亮度、高色纯度等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及稀土离子掺杂的新型上转换发光材料，属于发光材料研究领域。
技术介绍
随着信息处理、高密度数据存储、海底通信、大屏幕视频显示、检测及其激光医疗等领域的迅速发展，越来越需要效率高、性能好的可见光波长的激光光源，尤其是蓝绿波段激光。在固体激光器中欲获得蓝绿波段的激光输出，主要有以下三种方法：(1)利用宽禁带半导体材料直接制作蓝绿波段的半导体激光器；(2)利用非线性频率变换技术对固体激光进行倍频；(3)利用上转换技术在掺稀土的晶体或玻璃中实现蓝绿激光输出。上转换发光与其它方法相比具有以下优点：可以有效降低光致电离作用引起基质材料的衰退；不需要严格的相位匹配，对激发波长的稳定性要求不高；输出波长具有一定的可调谐性；更有利于小型可见和紫外波段全固体激光器的发展等。近年来，由于红外半导体激光二极管的迅速发展及商品化，提供了较为丰富的泵浦光源，使稀土离子的上转换发光得到广泛研究。稀土元素Er、Pr、Tm、Sm、Nd等具有丰富的能级，且部分能级寿命较长，上转换效率很高，是研究较多的上转换材料的激活剂。基质材料虽然不构成激(发)光能级，但能为激活离子提供合适的晶体场，是影响上转换发光特性的一个重要因素。传统的上转换发光材料，大部分都是以氟化物或者氟氧化物作为基质，但其吸湿性强、化学稳定性差、机械强度差、抗激光损伤阈值低、热稳定性差、不易制备的缺点限制了它们的实际应用。而传统的高温固相反应法极易造成产物粒度分布不均匀、纯度较差、容易引进杂质相等，影响材料的发光性能。因此上转换研究的重点之一就是进一步加强基础研究，寻找一些新的发光原理、新的制备方法和新的材料组合以实现室温、宽波长的上转换发光。
技术实现思路
本专利技术针对现有上转换发光材料在制备和实际应用中存在的问题，提供一种化学纯度和稳定性高、发光强度大的稀土离子掺杂的LaNbTiO6基质的新型上转换发光材料。同时提供一种该上转换发光材料的制备方法本专利技术的新型上转换发光材料的化学通式为：La1-mREmNbTiO6，其中RE为稀土元素Er、Sm和Nd中的一种；当RE为Er时，m的取值范围为0.001＜m＜0.2；当RE为Sm时，m的取值范围为0.001＜m＜0.16；当RE为Nd时，m的取值范围为0.001＜m＜0.15。上述新型上转换发光材料的制备方法包括以下步骤：(1)将五氧化二铌(Nb2O5)在80-90℃下溶解于40％的氢氟酸(HF)中，然后向其中滴入氨水(NH3·H2O)溶液至pH值为8.5-9.5，形成白色氢氧化铌(Nb(OH)5)沉淀物，室温下陈化10-16小时，将沉淀物过滤、洗涤后溶于柠檬酸水溶液中，柠檬酸与Nb2O5的摩尔比为8-16∶1，形成透明的Nb-柠檬酸溶液；(2)按照摩尔比Nb5+∶Ti4+∶La3+∶RE3+∶NH4NO3＝1∶1∶1-m∶m∶24-60的比例将钛酸四丁酯(Ti(C4H9O)4)、硝酸镧(La(NO3)3)、含RE3+的稀土硝酸盐(Er(NO3)3、Sm(NO3)3或Nd(NO3)3)及硝酸铵(NH4NO3)依次加入到步骤(1)制取的Nb-柠檬酸溶液中，-->形成透明溶液，在95-105℃下将该溶液加热搅拌，得到浅黄色的前驱体凝胶；其中：当RE为Er时，m的取值范围为0.001＜m＜0.2；当RE为Sm时，m的取值范围为0.001＜m＜0.16；当RE为Nd时，m的取值范围为0.001＜m＜0.15；(3)将得到的前驱体凝胶在450-800℃下烧结5-60分钟，得到蓬松的无定形粉末，在925-1300℃热退火处理0.5-8小时后，即得到稀土离子Er3+、Sm3+或Nd3+掺杂LaNbTiO6基质的上转换发光材料。本专利技术首先利用溶胶凝胶燃烧法制备了成分达到分子级水平均匀混合的无定形前驱体，利用热退火技术处理后，即可得到上转换发光材料。本专利技术制备的新型上转换发光材料不仅化学稳定性和热稳定性好、粒度分布窄、晶粒完整性好，而且在红外激光泵浦光源下具有高亮度、高色纯度等优点，在激光技术、高密度光存储、彩色平板显示、光电子学和医学诊断等诸方面具有广阔的应用前景。具体实施方式实施例1(1)将Nb2O5在80-90℃下溶解于40％的HF中，然后向其中滴入NH3·H2O溶液至pH值为8.5-9.5，形成白色Nb(OH)5沉淀物，室温下陈化10小时，将沉淀物过滤、洗涤后溶于柠檬酸水溶液中，柠檬酸与Nb2O5的摩尔比为8∶1，形成透明的Nb-柠檬酸溶液；(2)按照摩尔比Nb5+∶Ti4+∶La3+∶Er3+∶NH4NO3＝1∶1∶0.995∶0.005∶28的比例将Ti(C4H9O)4、La(NO3)3、Er(NO3)3及NH4NO3依次加入到步骤(1)制取的Nb-柠檬酸溶液中，形成透明溶液，95-105℃下加热搅拌，得到浅黄色的前驱体凝胶；(3)将该前驱体凝胶在475℃下烧结56分钟，得到蓬松的褐色无定形粉末，在950℃热退火处理7.5小时，即可得到Er3+掺杂LaNbTiO6的上转换发光材料。实施例2(1)将Nb2O5在80-90℃下溶解于40％的HF中，然后向其中滴入NH3·H2O溶液至pH值为8.5-9.5，形成白色Nb(OH)5沉淀物，室温下陈化12小时，将沉淀物过滤、洗涤后溶于柠檬酸水溶液中，柠檬酸与Nb2O5的摩尔比为12∶1，形成透明的Nb-柠檬酸溶液；(2)按照摩尔比Nb5+∶Ti4+∶La3+∶Er3+∶NH4NO3＝1∶1∶0.95∶0.05∶48的比例将Ti(C4H9O)4、La(NO3)3、Er(NO3)3及NH4NO3依次加入到步骤(1)制取的Nb-柠檬酸溶液中，形成透明溶液，95-105℃下加热搅拌，得到浅黄色的前驱体凝胶；(3)将该前驱体凝胶在675℃下烧结15分钟，得到蓬松的无定形粉末，在1250℃热退火处理1小时，即可得到Er3+掺杂LaNbTiO6的上转换发光材料。实施例3(1)将Nb2O5在80-90℃下溶解于40％的HF中，然后向其中滴入NH3·H2O溶液至pH值为8.5-9.5，形成白色Nb(OH)5沉淀物，室温下陈化16小时，将沉淀物过滤、洗涤后溶于柠檬酸水溶液中，柠檬酸与Nb2O5的摩尔比为15∶1，形成透明的Nb-柠檬酸溶液；(2)按照摩尔比Nb5+∶Ti4+∶La3+∶Er3+∶NH4NO3＝1∶1∶0.82∶0.18∶56的比例将Ti(C4H9O)4、La(NO3)3、Er(NO3)3及NH4NO3依次加入到步骤(1)制取的Nb-柠檬酸溶液中，形成透明溶液，95-105℃下加热搅拌，得到浅黄色的前驱体凝胶；(3)将该前驱体凝胶在775℃下烧结6分钟，得到蓬松的无定形粉末，在1100℃热退火-->处理4小时，即可得到Er3+掺杂LaNbTiO6的上转换发光材料。实施例4(1)将Nb2O5在80-90℃下溶解于40％的HF中，然后向其中滴入NH3·H2O溶液至pH值为8.5-9.5，形成白色Nb(OH)5沉淀物，室温下陈化16小时，将沉淀物过滤、洗涤后溶于柠檬酸水溶液中，柠檬酸与Nb2O5的摩尔比为14∶1，形成透明的Nb-柠檬酸溶液；(2)按照摩尔比Nb5+∶Ti4+∶La3+∶Sm3+∶NH4NO3＝1∶1∶0.997∶0.003∶32的比例将Ti(C4H9O)4、La(NO3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型上转换发光材料，其特征是，该上转换发光材料的化学通式为：Ｌａ↓［１－ｍ］ＲＥ↓［ｍ］ＮｂＴｉＯ↓［６］，其中ＲＥ为稀土元素Ｅｒ、Ｓｍ和Ｎｄ中的一种；当ＲＥ为Ｅｒ时，ｍ的取值范围为０．００１＜ｍ＜０．２；当ＲＥ为Ｓｍ时，ｍ的取值范围为０．００１＜ｍ＜０．１６；当ＲＥ为Ｎｄ时，ｍ的取值范围为０．００１＜ｍ＜０．１５。

【技术特征摘要】
1.一种新型上转换发光材料，其特征是，该上转换发光材料的化学通式为：La1-mREmNbTiO6，其中RE为稀土元素Er、Sm和Nd中的一种；当RE为Er时，m的取值范围为0.001＜m＜0.2；当RE为Sm时，m的取值范围为0.001＜m＜0.16；当RE为Nd时，m的取值范围为0.001＜m＜0.15。2.一种权利要求1所述新型上转换发光材料的制备方法，该上转换发光材料的化学通式为：La1-mREmNbTiO6，其中RE为稀土元素Er、Sm和Nd中的一种；当RE为Er时，m的取值范围为0.001＜m＜0.2；当RE为Sm时，m的取值范围为0.001＜m＜0.16；当RE为Nd时，m的取值范围为0.001＜m＜0.15，其特征是，包括以下步骤：(1)将五氧化二铌在80-90℃下溶解于40％的氢氟酸中，然后向其中滴入氨水溶液至pH值为8.5-9.5，形成白色氢氧化铌沉淀物，室温下陈...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕孟凯，马谦，张爱玉，王兆光，杨忠森，周广军，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：88[中国|济南]