一種可實現多種顏色發射的稀土發光材料及其制備方法
【技術領域】
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[0001]本發明涉及一種在單一基質中實現上轉換和下轉換發光及多種顏色發射的發光材料，屬于發光技術領域。
【背景技術】
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[0002]半個世紀以來，稀土離子摻雜的發光材料在電光源照明、電視機顯像、發光涂料和油墨等方面取得了廣泛的應用，在軍用夜視鏡材料、防偽和生物檢測領域也實現了實用化。稀土發光材料已經成為信息顯示、照明和檢測領域關鍵的基礎材料之一。因此，研發高效、多功能的稀土發光材料吸引了眾多研究者的注意力。為了獲得較高的發光效率，基質的選擇至關重要。鈮酸鑭(LaNbO4)是一種半導體氧化物材料，具有化學穩定性和力學穩定性好、低毒、易于制備等優點，已被應用于非線性光學晶體、單晶光纖和發光領域。本課題組利用1^他04的結構相變特性，通過引入Yb 3+，Er3+稀土離子，在紅外光激發下，獲得了強度可調的上轉換發光(參見Ceram.1nt.雜志，2015年，第41卷，第3009頁)；長春應用化學所的林君等以1^他04作為基質材料，通過進行Eu' Tb3+，Dy3+單摻雜和共摻雜，在紫外光激發下，獲得了顏色可控的下轉換發光(參見Phys.Chem.Chem.Phys.雜志，2015年，第17卷，第4283頁)。為此，利用LaNb04tt異的發光性質，如果通過稀土離子共摻雜同時實現上轉換發光和下轉換發光，且發光顏色可控，有望能夠進一步豐富LaNbO4*光特性，并在固態照明和顯示器件中獲得實際應用。
【發明內容】
[0003]本發明目的是提供一種可同時實現上轉換和下轉換發光，且發光顏色可控、穩定性好、合成工藝簡單、重現性好的稀土摻雜LaNbO4發光材料。該發光材料的化學表達式為:Lalxyz kGdkNb04: xYb3+, yEr3+, zEu3+,式中x的取值范圍為O彡x彡0.24，y的取值范圍為O彡y彡0.04，z的取值范圍為O彡z彡0.05，k的取值范圍為O彡k彡0.4。
[0004]本發明的技術方案包括以下步驟:
[0005](I)原料選取根據化學表達式La1 x y z kGdkNb04:xYb3+, yEr3+, zEu3+，按其重量百分比稱取高純度如下原料:La203、Gd203、Nb205、Yb203、Er203、Eu203，原料重量百分比之和為100% ；
[0006](2)將上述稱取的原料充分研磨20?30分鐘，裝入氧化鋁坩禍加蓋放入高溫馬弗爐中在1200-1400°C高溫燒結I?3小時；冷卻后取出研磨，再裝入氧化鋁坩禍加蓋放入高溫爐中在1200-1400°C高溫燒結I小時，冷卻后研細得到稀土摻雜鈮酸鑭發光材料粉末樣品。本發明提供的發光材料的優勢在于:
[0007]1、在基質材料LaNbO4中同時摻入稀土離子Yb 3+，Er3+和Eu 3+，通過調節三種稀土離子的摻雜比例，可以在單一基質中實現上轉換和下轉換發光，并在不同波長光激發下實現從藍色到紅色的多種顏色發光。同時通過在基質中引入Gd3+，可以進一步對發光顏色進行調節。該發光材料具有發射顏色可控、重復性好等優點。
[0008]2、本發明提供了一種在單一基質中實現多顏色發射的稀土發光材料的制備方法，該方法具有合成工藝簡單，原材料價格低廉，無污染、制備得到的發光材料成分均勻、發射顏色可控、重現性好等優點。
【附圖說明】
[0009]圖1為實例I制備的發光材料的XRD譜圖與LaNbO4標準PDF卡片對比圖。
[0010]圖2為實例I制備的發光材料在405nm、488nm、520nm光源激發下的熒光顯微鏡照片。
[0011]圖3為實例I制備的發光材料在365nm、395nm、405nm、488nm光激發下的發射光譜圖。
[0012]圖4為實例I制備的發光材料在紅外光980nm激發下的發射光譜圖。
[0013]圖5為實例5制備的發光材料在365nm光源激發下的發射光譜，插圖為發光照片。
【具體實施方式】
[0014]實施例1
[0015](I)原料選取根據化學表達式LaassNbO4 = 0.1Yb3+, 0.0lEr3+, 0.0lEu3+,按其重量百分比稱取高純度如下原料:
[0016]La2O3:2.867g，Nb2O5:2.658g，Yb2O3:0.394g，Er2O3:0.0383g，Eu2O3:0.0352g。
[0017](2)將上述稱取的原料經充分研磨20分鐘，將混合后的粉末裝入氧化鋁坩禍加蓋，放入高溫馬弗爐中在1350°C高溫燒結2小時；冷卻后取出研磨，再裝入氧化鋁坩禍加蓋放入高溫爐中在1350°C高溫燒結I小時，冷卻后研磨得到LaassNbO4 = 0.1Yb3+, 0.0lEr3+, 0.0IEu3+粉末發光材料。
[0018]圖1為該實例制備的發光材料的XRD譜圖與LaNbO4標準PDF卡片的對比圖。對比結果表明已成功合成出 LaQ.ssNb04:0.1Yb3+, 0.0lEr3+, 0.0IEu3+化合物，并且 Yb 3+/Er3+/Eu3+離子被完全摻入到了基質晶格中。
[0019]圖2為該實例制備的發光材料在405nm、488nm、520nm光源激發下的熒光顯微鏡照片。由該圖我們可以看到，在405nm光激發下，LaassNbO4:0.1Yb3+, 0.0lEr3+, 0.0IEu3+化合物表現為橙黃色光發射；在488nm光激發下，為綠光發射；而在520nm光激發下，表現為紅光發射。
[0020]圖3為該實例制備的發光材料在365nm、395nm、405nm、488nm光激發下的發射光譜圖。該圖說明該發光材料可以被近紫外光LED( λ = 365-410nm)以及藍光LED激發，并得到不同的發射光譜。
[0021]圖4為該實施例制備的發光材料在紅外光980nm激發下的發射光譜圖，從圖中可以直接看出發光材料表現出較強的上轉換綠光和紅光發射。
[0022]實施例2
[0023](I)原料選取根據化學表達式Laas6Nb04:0.1Yb3+, 0.0lEr3+, 0.03Eu3+，按其重量百分比稱取高純度如下原料:
[0024]La2O3:2.802g，Nb2O5:2.658g，Yb2O3:0.394g，Er2O3:0.038g，Eu2O3:1.056g。
[0025](2)將上述稱取的原料經充分研磨20分鐘，將混合后的粉末裝入氧化鋁坩禍加蓋，放入高溫馬弗爐中在1300°C高溫燒結2小時，冷卻后研細得到Laas6Nb04:0.1Yb3+, 0.0lEr3+, 0.03Eu3+粉末發光材料。在365nm、488nm光激發下為綠光發射，395nm光激發下為紅光發射，405nm光激發下為橙紅光發射，在紅外光980nm激發下，為黃光發射。
[0026]實施例3
[0027](I)原料選取根據化學表達式Laas9NbO4:0.1Yb3+, 0.0lEr3+,按其重量百分比稱取高純度如下原料:
[0028]La2O3:2.899g，Nb2O5:2.658g，Yb2O3:0.394g，Er2O3:0.038g。
[0029](2)將上述稱取的原料經充分研磨20分鐘，將混合后的粉末裝入氧化鋁坩禍加蓋，放入高溫馬弗爐中在1350°C高溫燒結2小時；冷卻后取出研磨，再裝入氧化鋁坩禍加蓋放入高溫爐中在1350°C高溫燒結I小時，冷卻后研細得到Laas9Nb04:0.1Yb3+, 0.0IEr3+粉末發光材料。在254nm光激發下表現出藍光發射，在405nm、488nm、980nm光激發下為綠光發射。
[0030]實施例4
[0031](I)原料選取根據化學表達式Laa69Gda2NbO4:0.1Yb3+, 0.0lEr3+,按其重量百分比稱取高純度如下原料:
[0032]La2O3:2.248g，Gd2O3:0.725g，Nb2O5:2.658g，Yb2O3:0.394g，Er2O3:0.038g。
[0033](2)將上述稱取的原料經充分研磨20分鐘，將混合后的粉末裝入氧化鋁坩禍加蓋，放入高溫馬弗爐中在1300°C高溫燒結2小時；冷卻后取出研磨，再裝入氧化鋁坩禍加蓋放入高溫爐中在1350°C高溫燒結I小時，冷卻后研細得到Laa69Gda2Nb04:0.1Yb3+, 0.0lEr3+粉末發光材料。在254nm、365nm、980nm光激發下均表現出綠光發射。
[0034]實施例5
[0035](I)原料選取根據化學表達式Laa49GdQ.4Nb04:0.IYb3+, 0.0lEr3+,按其重量百分比稱取高純度如下原料:
[0036]La203:l.596g，Gd2O3:1.450g，Nb2O5:2.658g，Yb2O3:0.394g，Er2O3:0.038g。
[0037](2)將上述稱取的原料經充分研磨20分鐘，將混合后的粉末裝入氧化鋁坩禍加蓋，放入高溫馬弗爐中在1350°C高溫燒結2小時；冷卻后取出研磨，再裝入氧化鋁坩禍加蓋放入高溫爐中在1300°C高溫燒結I小時，冷卻后研細得到Laa49Gda4Nb04:0.1Yb3+, 0.0lEr3+粉末發光材料。在254nm、365nm、980nm光激發下均表現出綠光發射，圖5為該實例制備的發光材料在365nm光源激發下的發射光譜，插圖為發光照片，從圖中可以看到較強的綠光發射現象。
【主權項】
1.一種可實現多種顏色發射的稀土發光材料，其特征在于:該發光材料的組成為Lalxyz kGdkNb04: xYb3+, yEr3+, zEu3+,式中x的取值范圍為O彡x彡0.24，y的取值范圍為O彡y彡0.04，z的取值范圍為O彡z彡0.05，k的取值范圍為O彡k彡0.4。2.根據權利要求1所述的可實現多種顏色發射的稀土發光材料的制備方法，其特征在于: (1)原料選取根據化學表達式La1x y z kGdkNb04:xYb3+, yEr3+, zEu3+，按其重量百分比稱取高純度如下原料:La203、Gd2O3, Nb205、Yb2O3, Er2O3, Eu2O3,原料重量百分比之和為100% ； (2)將原料充分研磨20?30分鐘，裝入氧化鋁坩禍加蓋放入高溫馬弗爐中在1200-1400°C高溫燒結I?3小時；冷卻后取出研磨，再裝入氧化鋁坩禍加蓋放入高溫爐中在1200-1400°C高溫燒結I小時，冷卻后研細得到稀土摻雜發光材料粉末樣品。3.根據權利要求2所述的可實現多種顏色發射的稀土發光材料的制備方法，其特征在于??步驟⑵中所述的將研磨均勻的原料1350°C高溫燒結2小時，冷卻后取出研磨，再在1350°C高溫燒結I小時。
【專利摘要】本發明提供一種可以在單一基質中實現多種顏色發射的發光材料，其組成為La1-x-y-z-kGdkNbO4:？xYb3+,yEr3+,zEu3+,式中x的取值范圍為0≤x≤0.24，y的取值范圍為0≤y≤0.04，z的取值范圍為0≤z≤0.05，k的取值范圍為0≤k≤0.4。該發光材料的制備方法為：根據化學表達式按重量百分比稱取反應原料，將稱取的原料充分研磨20~30分鐘，在高溫馬弗爐中1200-1400℃高溫燒結1~3小時，冷卻后取出研磨，得到稀土摻雜發光材料粉末樣品。該發光材料具有合成工藝簡單，材料成分均勻、發光顏色可控、重現性好等優點。
【IPC分類】C09K11/78
【公開號】CN105038792
【申請號】CN201510406407
【發明人】孫盼盼, 張昕彤, 戴鵬鵬, 魏永安
【申請人】三峽大學
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年7月10日