CN104194786B - 一种在钨酸钇材料中掺杂离子改善其发光性能的方法 - Google Patents

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Abstract

一种在钨酸钇材料中掺杂离子改善其发光性能的方法，步骤如下：一、根据符合化学式xLa3+:Y2-xWO6或xZr4+:Y2-xWO6的摩尔比分别用电子天平称取WO3、Y2O3、La2O3或二ZrO2作为原料，进行反应：二、将称好的WO3，Y2O3和掺杂氧化物La2O3或ZrO2原料放入玛瑙研钵中，并滴入1mL酒精，研磨30分钟以上使其充分混合；三、将混合物倒入10mL氧化铝坩埚中，并放入马弗炉中在空气中加热，然后自动降温到200℃以下后停止供电退火，自然冷却到室温；四、将煅烧后的样品再次置于玛瑙研钵中，研磨成粉末状，放入200目的筛子中进行过筛处理，得到不同离子在不同浓度下掺杂钨酸钇的样品。

Description

一种在钨酸钇材料中掺杂离子改善其发光性能的方法
技术领域
本发明提供一种在钨酸钇(Y2WO6)材料中掺杂离子改善其发光性能的方法，特别涉及一种在Y2WO6自激活发光材料中通过掺杂离子改善其近紫外可见长波激发带和近红外发射的方法，属于自激活发光材料技术领域。
背景技术
白色发光二极管由于效率高、寿命长、响应快、安全、环保等优点，被誉为继白炽灯、荧光灯和高强度气体放电灯之后的“第四代照明光源”。而用于照明的光全部来自荧光材料，因而要求荧光材料的激发光谱与发光二极管的发射光谱相匹配，这样可以获得较高的光转换效率。这样，白光二极管所用荧光粉的制备及其发光性能的研究就成为半导体照明领域的一个热点。
钨酸盐是不需向其中掺入其它激活剂或者敏化剂就能发光的自激活材料。在近紫外、X射线及阴极射线激发下，它们即可呈现出高效的发光，本征发光覆盖可见光区域很宽的波段，且发光光谱稳定，很适合做荧光粉的基质材料。本课题组已经利用高温固相法制备出Y2WO6样品，发现单斜相的Y2WO6在近紫外光激发下能够发射黄绿色发光，其激发光谱有三个吸收峰，分别在280nm、310nm和340nm，发光来源于W-O之间的电荷转移跃迁，是Y2WO6的本征发光。将此材料的发光性能改善作为目标，本课题组也已经通过钐掺杂Y2WO6得到高显色指数的白色发光。但是，该材料除了本征发光外，还存在氧空位导致的发光，并且煅烧气氛和温度对氧空位浓度有很大的影响，所以它的发光性能明显依赖于制备工艺。我们通过第一性原理计算初步研究了Y2WO6的激发和发射机理，发现在煅烧时的氧分压和温度对钨的配位数即氧空位浓度，晶体结构以及电子结构特性等产生重要影响，同时通过计算初步确定了钨的五配位氧即低浓度氧空位对340nm近紫外激发光谱带起决定作用，而氧空位对制备环境的敏感依赖会导致制备条件的苛刻要求和样品的重复性差，也就使得纯的Y2WO6样品重复性差，这就不得不使我们再寻求其他的方法来解决这一问题。因此我们采用对环境不敏感的方法，通过掺杂离子来调制钨的氧配位分布进而提高发光性能，特别是340nm长波紫外光激发时的发光强度，同时还增加了高强度的近红外发射以及紫外可见长波激发带。
发明内容
1、目的：本发明的目的在于提供一种在钨酸钇材料中掺杂离子改善其发光性能的方法，特别是在钨酸钇发光材料中通过掺杂离子，提高340nm长波激发带的强度、增强长波激发下的发射强度，同时，通过掺杂使其在近红外宽波段内出现较强的发射以及近紫外可见区域出现一系列新的激发带。
2、本发明的技术解决方案：利用非发光离子如镧(La3+)，锆(Zr4+)等掺杂Y2WO6，其化学式为：xLa3+:Y2-xWO6或者xZr4+:Y2-xWO6，其中x＝0.01～0.06，从而来提高Y2WO6近紫外340nm长波激发带的发光强度，并获得多个新的紫外可见激发带(378nm，489nm，519nm，521nm，532nm，575nm和592nm)。在紫外可见激发下，掺杂Y2WO6的样品在波长200nm～650nm，1030～1130nm和1444～1660nm范围内有强的可见以及近红外光发射。
综上所述，本发明一种在钨酸钇材料中掺杂离子改善其发光性能的方法，该方法具体包括如下步骤：
步骤一：根据符合化学式xLa3+:Y2-xWO6或xZr4+:Y2-xWO6的摩尔比分别用电子天平称取三氧化钨(WO3，分析纯，纯度为99.9％)、氧化钇(Y2O3，分析纯，纯度为99.5％)、氧化镧(La2O3，分析纯，纯度为99.9％)或二氧化锆(ZrO2，分析纯，纯度为99.0％)作为原料，配料时按下述反应式进行：
(2-x)Y2O3+2WO3+xLa2O3→2Y2-xLaxWO6
或(2-x)Y2O3+2WO3+2xZrO2→2Y2-xZrxWO6；
步骤二：将上述称好的WO3，Y2O3和掺杂氧化物La2O3或ZrO2等原料放入玛瑙研钵中，并滴入1mL酒精，研磨30分钟以上使其充分均匀混合；
步骤三：将上述均匀混合物倒入10mL的氧化铝坩埚中，并将其放入马弗炉中在空气气氛中加热，加热的温度程序为以大约3℃/min的升温速率从室温加热至1250℃，在此温度下恒温烧结5个小时，然后自动降温到200℃以下后停止马弗炉供电，退火之后，让材料在炉内自然冷却到室温；
步骤四：将煅烧后的取出的样品再次置于玛瑙研钵中，研磨使其成细小粉末状，再把样品放到200目的筛子中进行过筛处理，即可得到不同离子在不同浓度下掺杂钨酸钇的样品。
3、本发明的优点是：操作步骤简单，制备时间短，所得样品结晶性好，因而发光性能优良。调节不同离子掺杂Y2WO6的浓度可以实现长波激发强度，紫外可见长波激发带以及发光强度的控制。由于掺杂离子在煅烧过程中对环境不敏感，不受环境影响，因此比较容易控制得到。
附图说明
图1：样品制备的步骤线路图
图2：Y2WO6和xLa3+:Y2-xWO6的发射和激发光谱
图中代号说明如下：
图1中WO3代表三氧化钨，Y2O3代表氧化钇，La2O3代表氧化镧，ZrO2代表二氧化锆，xLa3+:Y2-xWO6代表不同浓度镧掺杂钨酸钇后的样品，xZr4+:Y2-xWO6代表不同浓度锆掺杂钨酸钇后的样品；
图2中pure代表钨酸钇本身，0.01La～0.04La代表掺杂镧的浓度从0.01～0.04。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明，但本发明的保护范围并不仅限于下列实施例，应包括专利申请书中的全部内容。下列实施例请结合图1、2所示详述如下：
实施例1
本发明一种在钨酸钇材料中掺杂离子改善其发光性能的方法，该方法具体包括如下步骤：
步骤一：根据符合化学式0.01La3+:Y1.99WO6的摩尔比分别用电子天平称取0.4637g的WO3(分析纯，纯度为99.9％)、0.4471g的Y2O3(分析纯，纯度为99.5％)、0.0065g的La2O3(分析纯，纯度为99.9％)作为原料，配料时按下述反应式进行：
(2-x)Y2O3+2WO3+xLa2O3→2Y2-xLaxWO6；
步骤二：将上述称好的WO3，Y2O3和掺杂氧化物La2O3放入玛瑙研钵中，并滴入1mL酒精，研磨30分钟以上使其充分均匀混合；
步骤三：将上述均匀混合物倒入10mL的氧化铝坩埚中，并将其放入马弗炉中在空气气氛中加热，加热的温度程序为以大约3℃/min的升温速率从室温加热至1250℃，在此温度下恒温烧结5个小时，然后自动降温到200℃以下后停止马弗炉供电，退火之后，让材料在炉内自然冷却到室温；
步骤四：将煅烧后的取出的样品再次置于玛瑙研钵中，研磨使其成细小粉末状，再把样品放到200目的筛子中进行过筛处理，即可得到0.01La3+:Y1.99WO6的样品。
实施例2
本发明一种在钨酸钇材料中掺杂离子改善其发光性能的方法，该方法具体包括如下步骤：
步骤一：根据符合化学式0.02La3+:Y1.98WO6的摩尔比分别用电子天平称取0.4637g的WO3(分析纯，纯度为99.9％)、0.4426g的Y2O3(分析纯，纯度为99.5％)、0.0130g的La2O3(分析纯，纯度为99.9％)作为原料，配料时按下述反应式进行：
(2-x)Y2O3+2WO3+xLa2O3→2Y2-xLaxWO6；
步骤二：将上述称好的WO3，Y2O3和掺杂氧化物La2O3放入玛瑙研钵中，并滴入1mL酒精，研磨30分钟以上使其充分均匀混合；
步骤三：将上述均匀混合物倒入10mL的氧化铝坩埚中，并将其放入马弗炉中在空气气氛中加热，加热的温度程序为以大约3℃/min的升温速率从室温加热至1250℃，在此温度下恒温烧结5个小时，然后自动降温到200℃以下后停止马弗炉供电，退火之后，让材料在炉内自然冷却到室温；
步骤四：将煅烧后的取出的样品再次置于玛瑙研钵中，研磨使其成细小粉末状，再把样品放到200目的筛子中进行过筛处理，即可得到0.02La3+:Y1.98WO6的样品。
实施例3
本发明一种在钨酸钇材料中掺杂离子改善其发光性能的方法，该方法具体包括如下步骤：
步骤一：根据符合化学式0.03La3+:Y1.97WO6的摩尔比分别用电子天平称取0.4637g的WO3(分析纯，纯度为99.9％)、0.4381g的Y2O3(分析纯，纯度为99.5％)、0.0195g的La2O3(分析纯，纯度为99.9％)作为原料，配料时按下述反应式进行：
(2-x)Y2O3+2WO3+xLa2O3→2Y2-xLaxWO6；
步骤二：将上述称好的WO3，Y2O3和掺杂氧化物La2O3放入玛瑙研钵中，并滴入1mL酒精，研磨30分钟以上使其充分均匀混合；
步骤三：将上述均匀混合物倒入10mL的氧化铝坩埚中，并将其放入马弗炉中在空气气氛中加热，加热的温度程序为以大约3℃/min的升温速率从室温加热至1250℃，在此温度下恒温烧结5个小时，然后自动降温到200℃以下后停止马弗炉供电，退火之后，让材料在炉内自然冷却到室温；
步骤四：将煅烧后的取出的样品再次置于玛瑙研钵中，研磨使其成细小粉末状，再把样品放到200目的筛子中进行过筛处理，即可得到0.03La3+:Y1.97WO6的样品。
实施例4
本发明一种在钨酸钇材料中掺杂离子改善其发光性能的方法，该方法具体包括如下步骤：
步骤一：根据符合化学式0.04La3+:Y1.96WO6的摩尔比分别用电子天平称取0.4637g的WO3(分析纯，纯度为99.9％)、0.4336g的Y2O3(分析纯，纯度为99.5％)、0.0261g的La2O3(分析纯，纯度为99.9％)作为原料，配料时按下述反应式进行：
(2-x)Y2O3+2WO3+xLa2O3→2Y2-xLaxWO6；
步骤二：将上述称好的WO3，Y2O3和掺杂氧化物La2O3放入玛瑙研钵中，并滴入1mL酒精，研磨30分钟以上使其充分均匀混合；
步骤三：将上述均匀混合物倒入10mL的氧化铝坩埚中，并将其放入马弗炉中在空气气氛中加热，加热的温度程序为以大约3℃/min的升温速率从室温加热至1250℃，在此温度下恒温烧结5个小时，然后自动降温到200℃以下后停止马弗炉供电，退火之后，让材料在炉内自然冷却到室温；
步骤四：将煅烧后的取出的样品再次置于玛瑙研钵中，研磨使其成细小粉末状，再把样品放到200目的筛子中进行过筛处理，即可得到0.04La3+:Y1.96WO6的样品。
实施例5
本发明一种在钨酸钇材料中掺杂离子改善其发光性能的方法，该方法具体包括如下步骤：
步骤一：根据符合化学式0.02Zr4+:Y1.98WO6的摩尔比分别用电子天平称取0.4637g的WO3(分析纯，纯度为99.9％)、0.4426g的Y2O3(分析纯，纯度为99.5％)、0.0049g的ZrO2(分析纯，纯度为99.0％)作为原料，配料时按下述反应式进行：
(2-x)Y2O3+2WO3+2xZrO2→2Y2-xZrxWO6；
步骤二：将上述称好的WO3，Y2O3和掺杂氧化物ZrO2放入玛瑙研钵中，并滴入1mL酒精，研磨30分钟以上使其充分均匀混合；
步骤三：将上述均匀混合物倒入10mL的氧化铝坩埚中，并将其放入马弗炉中在空气气氛中加热，加热的温度程序为以大约3℃/min的升温速率从室温加热至1250℃，在此温度下恒温烧结5个小时，然后自动降温到200℃以下后停止马弗炉供电，退火之后，让材料在炉内自然冷却到室温；
步骤四：将煅烧后的取出的样品再次置于玛瑙研钵中，研磨使其成细小粉末状，再把样品放到200目的筛子中进行过筛处理，即可得到0.02Zr4+:Y1.98WO6的样品。

Claims (1)

1.一种在钨酸钇材料中掺杂离子改善其发光性能的方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：
步骤一：根据符合化学式xLa3+:Y2-xWO6或xZr4+:Y2-xWO6的摩尔比分别用电子天平称取三氧化钨即WO3、氧化钇即Y2O3、氧化镧即La2O3或二氧化锆即ZrO2作为原料，配料时按下述反应式进行，其中x＝0.01～0.06；
(2-x)Y2O3+2WO3+xLa2O3→2Y2-xLaxWO6
或(2-x)Y2O3+2WO3+2xZrO2→2Y2-xZrxWO6；
步骤二：将上述称好的WO3，Y2O3和掺杂氧化物La2O3或ZrO2原料放入玛瑙研钵中，并滴入1mL酒精，研磨30分钟以上使其充分均匀混合；
步骤三：将上述均匀混合物倒入10mL的氧化铝坩埚中，并将其放入马弗炉中在空气气氛中加热，加热的温度程序为以3℃/min的升温速率从室温加热至1250℃，在此温度下恒温烧结5个小时，然后自动降温到200℃以下后停止马弗炉供电，退火之后，让材料在炉内自然冷却到室温；
步骤四：将煅烧后的取出的样品再次置于玛瑙研钵中，研磨使其成细小粉末状，再把样品放到200目的筛子中进行过筛处理，即可得到不同离子在不同浓度下掺杂钨酸钇的样品；
其中，在步骤一中所述的三氧化钨即WO3，分析纯，其纯度为99.9％；
其中，在在步骤一中所述的氧化钇即Y2O3，分析纯，其纯度为99.5％；
其中，在在步骤一中所述的氧化镧即La2O3，分析纯，其纯度为99.9％；或二氧化锆即ZrO2，分析纯，其纯度为99.0％。
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