一種雙稀土元素摻雜氧化釔片狀納米單晶的制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種一種雙稀土元素摻雜氧化釔片狀納米單晶的制備方法，包括：將Y2O3、Er2O3和Yb2O3粉末充分溶解于適量稀硝酸溶液，制成混合溶液；加入EDTA分散劑；在50℃恒溫水浴加熱條件下，磁力攪拌3h以上，然后降低攪拌速度，以3-5mL/min速率滴入濃氨水，調節pH值為7-9，沉淀完全后，繼續磁力攪拌一段時間；室溫下靜置陳化，去除上層清液，將下層沉淀物抽濾，并用去離子水洗滌，抽濾得到沉淀物；在60℃空氣中使得沉淀物干燥；空氣煅燒，保溫隨后隨爐冷卻，得到雙稀土摻雜Y2O3片狀納米單晶。該方法制備獲得的離子摻雜Y2O3片狀納米單晶尺寸均勻，分散性良好，合成成本低廉，易于工業化規模生產。
【專利說明】一種雙稀土元素摻雜氧化釔片狀納米單晶的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種發光材料，特別涉及一種上轉換發光納米材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]上轉換材料是一種將紅光或紅外光轉換成可見光的發光材料，可在紅外光探測、短波激光及生物熒光標記等領域得到廣泛應用。根據基質材料來劃分，上轉換發光材料分為氟化物、氧化物、氟氧化物、鹵化物和含硫化合物，其中氟化物的聲子能量低，因此上轉換發光效率高，但其結構穩定性差；與氟化物相比，氧化物的聲子能量稍高，但結構穩定性優異，通過對摻雜稀土元素的選擇和濃度匹配，亦可獲得較高的上轉換發光效率。
[0003]作為一種重要的稀土氧化物，立方相氧化釔(Y2O3)具有優良的物理化學性能，具有相當高的折射率(n=l.89)，在不太厚的膜中就能支撐多個光學模式的傳輸，禁帶寬度大，從紫外到近紅外區均有相當高的透明度，同時較大的導帶到價帶的帶隙足以容納大多數三價稀土離子的發射能級，可以通過選擇摻雜不同的稀土離子，得到不同的發光性能，摻雜時不存在電荷補償問題，同時具有相對較低的聲子能(大約在430-550CHT1)，可以抑制無輻射躍遷的概率，提高輻射躍遷的概率，從而有效提高發光量子效率，是非常理想的轉換基質材料。
[0004]鉺離子(Er3+)由于其具有豐富的能級結構和多個亞穩態結構，在近紅外波段存在較強吸收，可實現室溫下可見波段(尤其是550nm左右)很強的受激發射。同時，當共摻入其他稀土離子，如鐿離子(Yb3+)等作為敏化劑時，可使上轉換發光效率提高幾個數量級。
[0005]目前制備該上轉換材料的方法主要有高溫固相法、燃燒法以及沉淀法等。其中，高穩固相法合成溫度高、難以合成單相且尺寸細小的化合物；燃燒法無法制備出良好分散且尺寸分布狹窄的納米發光材 料；而沉淀法，制備工藝簡單，易合成單分散的晶體。
[0006]目前關于Er3+、Yb3+摻雜Y2O3上轉換發光材料制備的報道已有很多，但是很少涉及沉淀法制備片狀Y2O3納米單晶的研究。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于提供一種Er3+、Yb3+摻雜Y2O3片狀納米單晶的制備方法。該方法過程簡單，制備獲得的離子摻雜Y2O3片狀納米單晶尺寸均勻，分散性良好，并且合成成本低廉，易于工業化規模生產，具有廣闊應用前景。
[0008]本發明是通過以下技術方案加以實現的，其特征在于包括以下步驟:
[0009]I)按照 1.5-2.5 份:0.030-0.040 份:0.065-0.075 份的質量配比，將 Y2O3 粉末、Er2O3粉末和Yb2O3粉末分別加入適量稀硝酸溶液中，在50°C恒溫條件下，利用磁力攪拌方式，使三種粉末充分溶解；
[0010]2)將上述三種溶液均勻混合；
[0011]3)按照質量配比，在混合溶液里加入0.07-0.09份的EDTA分散劑；
[0012]4)在50°C恒溫水浴加熱條件下，以600-800r/min的速度磁力攪拌3h以上，然后降低攪拌速度為300-400r/min，以3_5mL/min速率滴入濃氨水，調節pH值為7_9，沉淀完全后，繼續磁力攪拌一段時間；
[0013]5)在室溫下靜置陳化12h，去除上層清液，將下層沉淀物抽濾，并用去離子水洗滌，抽濾得到沉淀物；
[0014]6)在60°C空氣中使得沉淀物干燥12h ；
[0015]7)將干燥后的沉淀物其在空氣煅燒，升溫速率為1_3°C /min，煅燒溫度為700-900°C，保溫時間I~3h，隨后隨爐冷卻，得到雙稀土摻雜Y2O3片狀納米單晶。
[0016]其中，稀硝酸的濃度可以為2.4-2.7mol/L的稀硝酸溶液；濃氨水的質量分數可以為 25.0% ~28.0%。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為Y2O3 =Er3+, Yb3+片狀納米單晶的表面形貌(TEM)圖；
[0018]圖2為Y2O3 =Er3+, Yb3+片狀納米單晶的X射線衍射(XRD)圖；
[0019]圖3為Y2O3 =Er3+, Yb3+片狀納米單晶在980nm激光激發下的上轉換圖譜。
具體實施方案
[0020]下面結合附圖和實施例，對本發明進行說明。
[0021]配制濃度為2.55mol/L的稀硝酸溶液；按照質量體積比分別為2g:30ml、0.035g:30ml以及0.070g:100ml的比例將Y2O3粉末、Er2O3粉末和Yb2O3粉末加入稀硝酸溶液中，在50°C恒溫條件下，利用磁力攪拌方式，使三種粉末充分溶解；將上述三種溶液均勻混合，設混合后的溶液的體積為150毫升,按照質量體積比為0.08g:150毫升的量加入EDTA分散劑；在50°C恒溫水浴加熱條件下，`以700r/min的速度磁力攪拌3h以上，然后降低攪拌速度為350r/min,以4mL/min速率滴入濃氨水,調節pH值為8,沉淀完全后,繼續磁力攪拌一段時間；在室溫下靜置陳化12h，去除上層清液，將下層沉淀物抽濾，并用去離子水洗滌，抽濾得到沉淀物，在60°C空氣中使得沉淀物干燥12h ;將干燥后的沉淀物其在空氣煅燒，升溫速率為2V /min,煅燒溫度為800°C，保溫2h，隨后隨爐冷卻，得到雙稀土摻雜Y2O3片狀納米單晶。圖1為Y2O3片狀納米單晶的表面形貌(TEM)圖；圖2為Y2O3片狀納米單晶的X射線衍射(XRD)圖；圖3為Y2O3片狀納米單晶在980nm激光激發下的上轉換圖譜。
[0022]測試結果:透射電子顯微形貌照片證實上轉換納米晶呈現單晶片狀，晶面間距為
0.30nm,對應(222)晶面；X射線衍射譜圖證實Er3+、Yb3+摻雜Y2O3為立方相晶體；上轉換發光光譜圖證實在980nm激光激發下Er3+、Yb3+摻雜Y2O3在可見光區有明顯發射。
【權利要求】
1.一種雙稀土元素摻雜氧化釔片狀納米單晶的制備方法，依次包括下列步驟: 1)按照1.5-2.5 份:0.030-0.040 份:0.065-0.075 份的質量配比，將 Y2O3 粉末、Er2O3粉末和Yb2O3粉末分別加入適量稀硝酸溶液中，在50°C恒溫條件下，利用磁力攪拌方式，使三種粉末充分溶解； 2)將上述三種溶液均勻混合； 3)按照質量配比，在混合溶液里加入0.07-0.09份的EDTA分散劑； 4)在50°C恒溫水浴加熱條件下，以600-800r/min的速度磁力攪拌3h以上，然后降低攪拌速度為300-400r/min，以3_5mL/min速率滴入濃氨水，調節pH值為7_9，沉淀完全后，繼續磁力攪拌一段時間； 5)在室溫下靜置陳化12h，去除上層清液，將下層沉淀物抽濾，并用去離子水洗滌，抽濾得到沉淀物； 6)在60°C空氣中使得沉淀物干燥12h； 7)將干燥后的沉淀物其在空氣煅燒，升溫速率為1_3°C/min，煅燒溫度為700-900°C，保溫時間I~3h，隨后隨爐冷卻，得到雙稀土摻雜Y2O3片狀納米單晶。
2.根據權利要求1所述的雙稀土元素摻雜氧化釔片狀納米單晶的制備方法，其特征在于，步驟I)中，稀硝酸的濃度為2.4-2.7mol/L的稀硝酸溶液。
3.根據權利要求1所述的雙稀土元素摻雜氧化釔片狀納米單晶的制備方法，其特征在于，步驟4)中，濃氨水的質量分數為25.0%~28.0%。
【文檔編號】C30B29/60GK103590094SQ201310581051
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月18日 優先權日:2013年11月18日
【發明者】何芳, 李鳳嬌, 黃遠, 陳利霞, 李俊姣, 丘曉文 申請人:天津大學