CN103666473B - 稀土铕离子掺杂铝酸镧长余辉发光薄膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种稀土铕离子掺杂铝酸镧长余辉发光薄膜的制备方法，在石英衬底基片上旋涂按溶胶凝胶法制得的前驱体溶液，形成凝胶薄膜，再将前述凝胶薄膜置于热退火炉中进行分段热处理，得到所述稀土铕离子掺杂铝酸镧长余辉发光薄膜；其中，制备所述前驱体的原料包括乙酸铝、乙酸镧以及稀土氧化铕。本发明制备方法的反应过程易于控制，在相对较低温度下反应，原料易得，设备要求低，操作简单，反应周期短，重复性好，制备成本低，可得到高质量产物，稀土掺杂均匀，薄膜晶粒尺寸较小，具广泛应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种长余辉发光铝酸盐薄膜材料，具体涉及一种稀土铕离子掺杂铝酸镧长余辉发光薄膜的制备方法。
背景技术
长期以来，具有钙钛矿结构的铝酸镧氧化物材料由于其晶格匹配好，介电常数大，热稳定性好，光学带隙宽等优点，常被用作高温超导衬底材料及光电材料。最近，铝酸镧材料的稀土激活的长余辉发光特性更是在能源日益紧张的现在引起了广泛关注，其余辉时间可以达到12小时以上具有白昼蓄光、夜晚发射的长期循环蓄光、发光的特点，而且通过不同稀土元素的掺杂能激发铝酸盐发出不同颜色的光，有着广泛应用前景。
然而铝酸镧薄膜材料因其结晶温度过高并且合成困难，限制了对其的发光特性的研究和大规模的制备，到目前为止，通常的稀土铕离子掺杂的铝酸镧薄膜都是通过磁控溅射或激光脉冲沉积制备前驱体，然后通过马弗炉高温退火得到，其工艺复杂，温度过高长到达1000℃以上，周期长不利于研究及工业化应用。
发明内容
本发明克服现有技术的上述缺点，提供了一种工艺简便，成本低廉的稀土铕离子掺杂铝酸镧薄膜材料的制备方法。
本发明提供一种稀土铕离子掺杂铝酸镧长余辉发光薄膜的制备方法，在石英衬底基片上旋涂按溶胶凝胶法制得的前驱体溶液，形成凝胶薄膜，再将前述凝胶薄膜置于热退火炉中进行分段热处理，得到所述稀土铕离子掺杂铝酸镧长余辉发光薄膜。
本发明中，制备所述前驱体的原料包括乙酸铝、乙酸镧以及稀土氧化铕。
本发明中，所述乙酸铝、乙酸镧、稀土氧化铕的用量比例为1：0.99：0.005。
本发明中，所述前驱体溶液按如下步骤制备得到：
(1)在烧瓶中加入乙酸铝，再加入溶剂乙酸，加热至30-50℃温度，使其溶解；然后依次加入乙酸镧、氧化铕，分别加热至70-90℃温度搅拌直至得到透明溶液；
(2)加入螯合剂乙酰丙酮、乙二醇，得到所述前驱体溶液；
(3)将步骤(2)得到的所述前驱体溶液通过0.2um微孔过滤器过滤，并通过加入或蒸发溶剂调节其浓度为0.1-0.3mol／L，将所述前驱体溶液放置陈化24小时。
本发明中，溶剂乙酸、乙酰丙酮、乙二醇的用量体积比为30-40：5-10：1-3。较佳地，溶剂乙酸、乙酰丙酮、乙二醇的用量体积比为40：10：1。
本发明中，所述石英衬底基片的清洗步骤为：将所述石英衬底基片浸泡在丙酮溶液中超声清洗15～30分钟，再在酒精中超声清洗15～30分钟，然后用去离子水超声清洗15～30分钟，取出后用氮气吹干。
本发明中，所述旋涂步骤为：用针管吸取所述前驱体溶液滴在所述石英衬底基片上，旋转所述石英衬底基片以形成凝胶薄膜；其中，旋转转速为3000-6000转／分，旋转时间为20-30秒。
本发明中，所述分段热处理步骤为：150-200℃加热2-3分钟，再在400-500℃热解3-5分钟，然后在700-800℃高温退火3-5分钟。
本发明中，通过多次重复旋涂步骤和分段热处理步骤，得到所需厚度的稀土铕离子掺杂铝酸镧长余辉发光薄膜。若重复上述过程8次，得到厚度可以为150-200nm。
本发明还提供了一种按本发明制备方法制得的稀土铕离子掺杂铝酸镧长余辉发光薄膜。
本发明制得的稀土铕离子掺杂铝酸镧长余辉发光薄膜，稀土铕离子均匀掺杂，结晶质量良好，平均晶粒尺寸约为30-50nm；薄膜表面均匀致密，平均粗糙度约为8.193nm；合成温度低，约为750℃；有良好的光学特性，其禁带宽度约为5.5eV。
本发明制备方法的有益效果包括：以乙酸镧、乙酸铝、稀土氧化铕为原料配制前驱体溶液，一方面可以消除其他无机盐所带来的其他离子影响薄膜质量的问题，另一方面原料成本价格低，整个工艺过程可在大气环境中操作，操作方便，使其有利于商业运用。其次，与现有技术磁控溅射，激光脉冲沉积等物理方法相比，采用溶胶凝胶法制备前驱体溶液，合成温度能有效降低250-350℃；再者，本发明中配制的前驱体溶液性能稳定，可以长期保存；此外，按本发明方法制备得到的稀土铕掺杂的铝酸镧薄膜，其中的稀土离子能均匀掺杂，占据晶格位置，为研究其激发铝酸镧的长余辉发光特性研究提供方便。
利用本发明方法制备得到的薄膜材料结晶质量良好，平均晶粒尺寸约为30-50nm；合成温度低，有良好的光学特性，其禁带宽度约为5.5eV，适于更深入科学研究及商业用途。本发明中采用溶胶凝胶法在石英衬底上制备，所用原料成本低，实验简便，能有效将稀土铕元素均匀掺入，降低合成温度得到均匀致密薄膜，表面平均粗糙度约为8.193nm。本发明稀土掺杂铝酸镧薄膜的溶胶凝胶制备方法，利用醋酸盐酸盐，溶于乙酸，再加入一定配比的乙二醇和乙酰丙酮，配成胶体，通过旋涂法在石英衬底上进行多次旋涂，并在快速热退火炉中退火，得到质量良好的稀土掺杂铝酸镧薄膜。
本发明中采用溶胶-凝胶法制备前驱体，进一步得到稀土掺杂铝酸镧薄膜，其优点是凝胶中不同组员分布均匀，达到分子级或原子级，反应过程易于控制，可得到高质量的薄膜，并且设备要求低，操作简单。且溶胶-凝胶法在相对较低的温度下制备出了均匀稀土掺杂的铝酸镧薄膜。本发明方法制得的薄膜晶粒尺寸较小，该晶粒尺寸为30-50nm。较佳地，该晶粒尺寸为30-50nm。制备的薄膜反应周期短，重复性好，设备简单，操作方便，原料易得，制备成本较低。
附图说明
图1是本发明制备方法的工艺流程示意图。
图2是本发明制备得到的稀土铕离子掺杂铝酸镧薄膜材料的XRD表征示意图。
图3是本发明制备得到的稀土铕离子掺杂铝酸镧薄膜材料的AFM表征示意图。
图4是本发明制备得到的稀土铕离子掺杂铝酸镧薄膜材料的透射表征示意图。
具体实施方式
结合以下具体实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的保护内容不局限于以下实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。实施本发明的过程、条件、试剂、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。
本发明稀土铕离子掺杂铝酸镧长余辉发光薄膜的制备方法，其过程如图1所示，包括如下步骤：
一、采用溶胶凝胶法配制前驱体溶液：
溶剂为乙酸(CH3COOH)。添加剂为乙酰丙酮，乙二醇。乙酸、乙酰丙酮、乙二醇的体积比为：30-40：5-10：1-3。
溶质为乙酸镧(醋酸镧(CH3COO)3La·xH2O)，乙酸铝(醋酸铝C4H7AlO5·2H2O)及稀土氧化铕(Eu2O3)。
配制过程如下：
A.称取一定量乙酸铝放入烧瓶中，加入一定量乙酸，然后在30-50℃温度下使之溶解；
B.加入称量好的满足一定计量比的乙酸镧，在70-90℃温度下，不断加热搅拌，得到透明溶液；
C.称取一定量的稀土氧化铕，在70-90℃温度下，不断加热搅拌直至不溶物消失，得到透明澄清溶液；
D.加入螯合剂乙酰丙酮，为了改善薄膜质量，还要向溶液中加入适量的乙二醇；
F.最后将配制好的前驱体溶液通过0.2um微孔的过滤器过滤，并通过加入或蒸发溶剂调节其浓度为0.1-0.3mol／L，将配好的前驱体放置陈化24小时。
二、清洗石英衬底
选择石英衬底，清洗过程依次为丙酮超声15～30分钟，酒精超声15～30分钟，去离子水超声15～30分钟，用氮气吹干；
三、制备稀土铕离子掺杂铝酸镧长余辉发光薄膜材料
A.采用旋涂法成膜：用吸管吸取配置好的前驱体溶液，轻轻滴到清洗后的石英衬底基片上，旋转基片，基片旋转转速在3000-6000转／分之间，并保持20-30秒，使溶剂迅速挥发并得到凝胶薄膜；
B.然后将凝胶膜置于热退火炉中分段进行热处理，即在150-200℃加热2-3分钟，再在400-500℃热解3-5分钟，最后在700-800℃高温退火3-5分钟；
C.重复上述过程多次，可得到所需厚度的稀土掺杂铝酸镧长余辉发光薄膜材料。其中，若重复上述过程8次，该厚度的范围可以为150-200nm。
实施例1稀土铕离子掺杂铝酸镧前驱体溶液的制备
称取0.01mol的乙酸铝于100ml烧瓶中，再加入40ml乙酸，然后在40℃下加热使之溶解。再加入计算好的乙酸镧，搅拌溶解，得到透明澄清溶液；紧接着加入稀土氧化铕，温度较低时溶解缓慢，需升温至80℃不断加热搅拌，直至不溶物消失，得到透明溶液。
为了使得制备的掺杂铝酸镧薄膜的质量更好，溶剂更稳定，还要向溶液中加入10ml的乙酰丙酮和1ml的乙二醇。最终将所得到的前驱体溶液通过0.2um微孔过滤器过滤，并通过蒸发或添加部分溶剂调节其浓度为0.2mol／L，然后将制备的前驱体溶液静置陈化24小时。
实施例2衬底基片的清洗
选择石英衬底浸泡在丙酮溶液中超声清洗20分钟，然后放入酒精中超声清洗20分钟，最后用去离子水超声清洗20分钟，取出氮气吹干。
实施例3稀土铕离子掺杂铝酸镧薄膜材料的制备
采用旋涂法制备稀土掺杂铝酸镧薄膜材料，用针管吸取稀土掺杂铝酸镧前驱体溶液约0.5ml，滴在旋涂基片上，转速约为4000转／分钟，时间20秒，得到凝胶膜。将凝胶膜置于快速热退火炉中，在200℃下加热3分钟；然后在500℃热解4分钟；最后在750℃高温退火5分钟，重复上述过程8次，可得到厚度约为200nm的稀土铕离子掺杂铝酸镧薄膜材料，其XRD表征如图2所示，其AFM表征示意图如图3所示，其透射表征示意图如图4所示。该产物稀土铕离子掺杂铝酸镧薄膜的晶粒粒径约为30-50nm；薄膜表面均匀致密，平均粗糙度约为8.193nm；其禁带宽度约为5.5eV。
实施例4稀土铕离子掺杂铝酸镧薄膜材料的应用
将实施例3中制得的稀土铕离子掺杂铝酸镧薄膜材料用于稀土三基色荧光灯的研究，稀土荧光灯与普通白炽灯相比，节电率达80％，且具有高照度，高显色，高寿命，不失真等特点，对缓解能源紧张问题有重要意义。荧光灯主要以稀土元素为主要成分，其中用Eu2+激活的铝酸盐能发出蓝光(450-470nm)，具有特殊的运用意义。
将实施例3中制得的稀土铕离子掺杂铝酸镧薄膜材料用于夜光器具的研究，Eu2+掺杂的铝酸盐荧光体材料，在经过太阳光或普通灯光照射后，能将吸收的能量储存起来，然后再慢慢释放，可在黑暗的环境中在相当长的时间内发射荧光。可用于夜光表，仪表或各种路标，广告牌等，具有广阔应用前景。
Claims (5)
1.一种稀土铕离子掺杂铝酸镧长余辉发光薄膜的制备方法，其特征在于，在石英衬底基片上旋涂按溶胶凝胶法制得的前驱体溶液，形成凝胶薄膜，再将前述凝胶薄膜置于热退火炉中进行分段热处理，得到所述稀土铕离子掺杂铝酸镧长余辉发光薄膜；其中，制备所述前驱体的原料包括乙酸铝、乙酸镧以及稀土氧化铕；
其中，所述制备方法按如下步骤制备所述前驱体溶液：
(1)在烧瓶中加入乙酸铝，再加入溶剂乙酸，加热至30-50℃温度，使其溶解；然后依次加入乙酸镧、氧化铕，分别加热至70-90℃温度搅拌直至得到透明溶液；
(2)加入螯合剂乙酰丙酮、乙二醇，得到所述前驱体溶液；
(3)将步骤(2)得到的所述前驱体溶液通过0.2um微孔过滤器过滤，并通过加入或蒸发溶剂调节其浓度至0.1-0.3mol/L，将所述前驱体溶液放置陈化24小时；
其中，所述乙酸铝、乙酸镧、稀土氧化铕的用量摩尔比例为1:0.99:0.005，所述乙酸、乙酰丙酮、乙二醇的用量体积比为30-40:5-10:1-3。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述石英衬底基片的清洗步骤为：将所述石英衬底基片浸泡在丙酮溶液中超声清洗15～30分钟，再在酒精中超声清洗15～30分钟，然后用去离子水超声清洗15～30分钟，取出后用氮气吹干。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述旋涂步骤为：用针管吸取所述前驱体溶液滴在所述石英衬底基片上，旋转所述石英衬底基片以形成凝胶薄膜；其中，旋转转速为3000-6000转/分，旋转时间为20-30秒。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述分段热处理步骤为：150-200℃加热2-3分钟，再在400-500℃热解3-5分钟，然后在700-800℃高温退火3-5分钟。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，旋涂步骤和分段热处理步骤重复数次，得到所需厚度的稀土铕离子掺杂铝酸镧长余辉发光薄膜。
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN101786596A (zh) * | 2010-03-04 | 2010-07-28 | 长春理工大学 | 铕离子掺杂铝酸镧多晶纳米纤维及其制备方法 |
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