CN104650898A - 镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料、制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
一种镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料，化学通式为Me2-xSnO5：xDy3+，其中，x为0.01～0.08，Me为钇元素、镧元素、钆元素或镥元素。该镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料的光致发光光谱中，镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料可由红外至绿光的长波辐射激发，在482nm波长区由Dy3+离子4F9/2→6F15/2的跃迁辐射形成发光峰，可以作为蓝光发光材料。本发明还提供该镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料的制备方法及使用该镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料的有机发光二极管。
Description
技术领域
本发明涉及一种镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料、制备方法及其应用。
背景技术
有机发光二极管（OLED）由于组件结构简单、生产成本便宜、自发光、反应时间短、可弯曲等特性，而得到了极广泛的应用。但由于目前得到稳定高效的OLED蓝光材料比较困难，极大的限制了白光OLED器件及光源行业的发展。
上转换荧光材料能够在长波（如红外）辐射激发下发射出可见光，甚至紫外光，在光纤通讯技术、纤维放大器、三维立体显示、生物分子荧光标识、红外辐射探测等领域具有广泛的应用前景。但是，可由红外，红绿光等长波辐射激发出蓝光发射的镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料，仍未见报道。
发明内容
基于此，有必要提供一种可由长波辐射激发出蓝光的镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料、制备方法及使用该镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料的有机发光二极管。
一种镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料，具有如下化学通式Me2-xSnO5：xDy3+，其中，x为0.01～0.08，Me为钇元素、镧元素、钆元素或镥元素。
优选地，所述x为0.04。
一种镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料的制备方法，包括以下步骤：根据Me2-xSnO5：xDy3+各元素的化学计量比称取Me2O3、SnO2和Dy2O3粉体，其中，x为0.01～0.08，所述Me2O3为氧化钇、氧化镧、氧化钆或氧化镥；
将称取的粉体混合均匀溶于强酸溶液中，然后蒸干得到结晶物；
将所述结晶物溶解于溶剂中得到混合溶液，再加入氨水调节所述混合溶液pH值为1～6；
将所述混合溶液在150℃～500℃保温2小时～10小时，得到固体物质，纯化后，得到镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料。
优选地，所述溶剂为蒸馏水或，蒸馏水与无水乙醇的混合液。
优选地，所述强酸为盐酸、硝酸或硫酸。
优选地，所述x为0.04。
优选地，所述混合溶液在300℃保温3小时。
优选地，所述将结晶物在溶剂中溶解，其中所述溶剂为蒸馏水，或蒸馏水与无水乙醇形成的混合溶液。
优选地，所述pH值为5。
优选地，所述纯化为将固体物质采用洗涤液洗涤后干燥，所述洗涤液为蒸馏水和无水乙醇，所述干燥为在100℃蒸干。
一种有机发光二极管，包括依次层叠的基板、阴极、有机发光层、阳极及封装层，所述封装层中分散有镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料，该镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料的化学式为Me2-xSnO5：xDy3+，其中，x为0.01～0.08，Me为钇元素、镧元素、钆元素或镥元素。
本发明镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料中，Me2SnO5为基质，具有较高的热学和力学稳定性，以及良好的光学透明性和较低的声子能量，为发光离子提供了优良的晶场，从而在光电能量转换的过程中产生较少无辐射跃迁。对于掺杂离子，稀土离子Dy3+具有丰富的能级和窄的发射谱线，由于受4f能级外层电子的屏蔽作用，Dy3+的能级寿命较长，很适合作为发光中心。
所述镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料的水热方法条件温和、合成温度低较易控制，产物的粒度和形貌可控，制备的粉体结晶完好，分散性好，成本较低，同时反应过程中无三废产生，较为环保；制备的镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料的光致发光光谱中，镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料可由红绿光长波辐射激发出蓝光短波发光，在482nm波长区由Dy3+离子4F9/2→6F15/2的跃迁辐射形成发光峰，可以作为蓝光发光材料。
附图说明
图1为一实施方式的有机发光二极管的结构示意图；
图2为实施例1制备的镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料的光致发光谱图；
图3为实施例1制备的镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料XRD图；
图4为实施例1制备的透明封装层中分散有镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料的有机发光二极管的光谱图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料及其制备方法进一步阐明。
一实施方式的镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料，其化学式为Me2-xSnO5：xDy3+，其中，x为0.01～0.08，Me为钇元素、镧元素、钆元素或镥元素。
优选的，x为0.04。
该镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料的光致发光光谱中，镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料可由红绿光长波辐射激发出蓝光短波发光，当材料受到长波长（如796nm）的辐射的时候，Dy3+离子4F9/2→6F15/2的跃迁辐射发光，发出482nm的蓝光，可以作为蓝光发光材料。
上述镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S11、根据Me2-xSnO5：xDy3+各元素的化学计量比称取Me2O3、SnO2和Dy2O3粉体，其中，x为0.01～0.08，所述Me2O3为氧化钇、氧化镧、氧化钆或氧化镥。
该镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料的基质为Me2-xSnO5，掺杂元素为Dy3+。
该步骤中，Me2O3，SnO2和Dy2O3粉体的摩尔比为2-x：2：x，x为0.01～0.08。
该步骤中，优选的，x为0.04。
步骤S13、将步骤S11中称取的粉体混合均匀后，溶于强酸溶液中，然后蒸干得到结晶物；
将所述结晶物溶解于溶剂中得到混合溶液，再加入氨水调节所述混合溶液pH值为1～6。
该步骤中，优选的，所述溶剂为蒸馏水或，蒸馏水与无水乙醇形成的混合液。
该步骤中，优选的，所述强酸为盐酸、硝酸或硫酸。
该步骤中，优选的，所述pH值为5。
步骤S15、将所述混合溶液在150℃～500℃下保温2小时～10小时，得到固体物质，纯化后，得到镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料化学通式为Me2-xSnO5：xDy3+。
该步骤中，优选的，所述混合溶液在具有四氟乙烯衬里的不锈钢反应釜中300℃保温3小时。
此步骤采用水热法，将各种物质溶解并且重结晶，从而得到结晶完好，分散性好的上转换发光材料。
该步骤中，优选的，所述纯化为将固体物质采用洗涤液洗涤后干燥，所述洗涤液为蒸馏水和无水乙醇，所述干燥为在100℃蒸干。
该步骤中，优选的，x为0.04。
本发明镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料中，Me2SnO5为基质，具有较高的热学和力学稳定性，以及良好的光学透明性和较低的声子能量，为发光离子提供了优良的晶场，从而在光电能量转换的过程中产生较少无辐射跃迁。对于掺杂离子，稀土离子Dy3+具有丰富的能级和窄的发射谱线，由于受4f能级外层电子的屏蔽作用，Dy3+的能级寿命较长，很适合作为发光中心。
本发明采用水热法制备镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料，其中，将称取的Me2O3，SnO2和Dy2O3粉体粉体分散溶解，使各粉体物质以离子状态均匀混合，再形成结晶物的过程。再加入氨水调节所述混合溶液pH值为1～6，混合溶液中的离子开始沉淀。在步骤S15中，在不锈钢反应釜中，蒸馏水或蒸馏水与无水乙醇的溶剂作为水热介质，在150～500℃下保温2～10h，混合溶液中的离子完全沉淀并形成结晶体，最后形成固体物质，即镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料。上述镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料的水热方法条件温和、合成温度低较易控制，产物的粒度和形貌可控，制备的粉体结晶完好，分散性好，成本较低，同时反应过程中无三废产生，较为环保；制备的镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料的光致发光光谱中，镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料可由红绿光长波辐射(优选值为796nm)激发出蓝光短波发光，在482nm波长区由Dy3+离子4F9/2→6F15/2的跃迁辐射形成发光峰，可以作为蓝光发光材料。
请参阅图1，一实施方式的有机发光二极管100，该有机发光二极管100包括依次层叠的基板1、阴极2、有机发光层3、透明阳极4以及透明封装层5。透明封装层5中分散有镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料6，镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料的化学式为Me2-xSnO5：xDy3+，其中，x为0.01～0.08，Me为钇元素、镧元素、钆元素或镥元素。
有机发光二极管100的透明封装层5中分散有镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料6，镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料可由红绿光长波辐射(优选值为796nm)激发出蓝光短波发光，在482nm波长区由Dy3+离子4F9/2→6F15/2的跃迁辐射形成发光峰，可由红外至绿光等长波长辐射激发出蓝光发射，从而弥补目前蓝光发光材料的不足，红光和绿光以及蓝光混合形成白光，促进白光OLED器件的发展。
上述镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料的水热方法条件温和、合成温度低较易控制，产物的粒度和形貌可控，制备的粉体结晶完好，分散性好，成本较低，同时反应过程中无三废产生，较为环保；制备的镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料的光致发光光谱中，镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料可由红绿光长波辐射(优选值为796nm)激发出蓝光短波发光，在482nm波长区由Dy3+离子4F9/2→6F15/2的跃迁辐射形成发光峰，可以作为蓝光发光材料。
下面为具体实施例。
实施例1
将Y2O3，SnO2和Dy2O3粉体按摩尔量为1.96mmol、2mmol和0.04mmol混合。混合后溶于硝酸溶液中，然后蒸干得到结晶物，再把结晶物溶于蒸馏水中得到混合溶液，加入氨水，调节混合溶液pH值为5。然后把混合溶液转移到有聚四氟乙烯衬里的不锈钢反应釜中，在300℃保温3h，得到固体物质。再将固体物质用无水乙醇和蒸馏水反复洗涤，在100℃蒸干，得到化学式为Y1.96SnO5：0.04Dy3+的上转换发光材料。
请参阅图2，图2所示为本实施得到的镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料化学式为Y1.96SnO5：0.04Dy3+光致发光光谱图。由图2可以看出，本实施例得到的镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料的激发波长为796nm，使Dy3+离子产生4F9/2→6F15/2的跃迁辐射形成482nm波长区发光峰，该镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料可作为蓝光发光材料。
请参阅图3，图3中曲线为实施1制备的镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料的XRD曲线，测试对照标准PDF卡片，可看出图中的衍射峰为稀土锡酸盐的晶体结构，没有出现掺杂元素及杂质相关的峰，说明该制备方法得到的产品具有良好的结晶质量。
在玻璃基板1上采用真空镀膜沉积技术沉积厚度为120nm的金属铝(Al)，作为器件的阴极2，然后在阴极2上沉积一层厚度为50nm的双（2-苯基喹啉）（乙酰丙酮）合铱（III）（Ir(2-phq)2(acac)）作为器件的有机发光层3，再在有机发光层3上沉积一层厚度为100nm、方块电阻为10～20Ω/□的氧化铟锡(ITO)作为透明阳极4，最后在透明阳极4上设置一层厚度为300nm的SiO作为器件的透明封装层5，所述透明封装层5中分散有实施例1中制得的镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料Y1.96SnO5：0.04Dy3，如6所示，因此，该有机电致发光器件的具体结构可以表示为基板/Al(120nm)/Ir(2-phq)2(acac)(50nm)/ITO(100nm)/SiO：（Y1.96SnO5：0.04Dy3)(300nm)，其中，斜杠“/”表示层状结构；该有机电致发光器件使用时，发光层3的部分红光激发发光材料6发出蓝光，该蓝光与发光层3中剩余的红光混合后发出白光。
请参阅图4，图4中曲线1为透明封装层中分散有实施例1得到的镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料的有机发光二极管的光谱图，曲线2为未加入镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料的对比。图中可看出，镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料可以由长波的红色光，激发出短波的蓝色光，该蓝光与发光层中剩余的红光混合后发出白光。
实施例2
将Y2O3，SnO2和Dy2O3粉体按摩尔量为1.99mmol、2mmol和0.01mmol混合。混合后溶于盐酸溶液中，然后蒸干得到结晶物，再把结晶物溶于蒸馏水中得到混合溶液，加入氨水，调节混合溶液pH值为1。然后把混合溶液转移到有聚四氟乙烯衬里的不锈钢反应釜中，在150℃保温2h，得到固体物质。再将固体物质用无水乙醇和蒸馏水反复洗涤，在100℃蒸干，得到化学式为Y1.99SnO5：0.01Dy3+的上转换发光材料。
实施例3
将Y2O3，SnO2和Dy2O3粉体按各组份摩尔量为1.92mmol、2mmol和0.08mmol混合。混合后溶于硫酸溶液中，然后蒸干得到结晶物，再把结晶物溶于蒸馏水中得到混合溶液，加入氨水，调节混合溶液pH值为5。然后把混合溶液转移到有聚四氟乙烯衬里的不锈钢反应釜中，在300℃保温3h，得到固体物质。再把得到的固体物质用无水乙醇和蒸馏水反复洗涤，在100℃蒸干，得到化学式为Y1.92SnO5：0.08Dy3+的上转换发光材料。
实施例4
将La2O3，SnO2和Dy2O3粉体按摩尔量为1.96mmol、2mmol和0.04mmol混合。混合后溶于盐酸溶液中，然后蒸干得到结晶物，再把结晶物溶于蒸馏水中得到混合溶液，加入氨水，调节混合溶液pH值为5。然后把混合溶液转移到有聚四氟乙烯衬里的不锈钢反应釜中，在300℃保温3h，得到固体物质。再将固体物质用无水乙醇和蒸馏水反复洗涤，在100℃蒸干，得到化学式为La1.96SnO5：0.04Dy3+的上转换发光材料。
实施例5
将La2O3，SnO2和Dy2O3粉体按各组份摩尔量为1.99mmol、2mmol和0.01mmol混合。混合后溶于盐酸溶液中，然后蒸干得到结晶物，再把结晶物溶于蒸馏水中得到混合溶液，加入氨水，调节混合溶液pH值为1。然后把混合溶液转移到有聚四氟乙烯衬里的不锈钢反应釜中，在150℃保温2h，得到固体物质。再将固体物质用无水乙醇和蒸馏水反复洗涤，在100℃蒸干，得到化学式为La1.99SnO5：0.01Dy3+的上转换发光材料。
实施例6
将La2O3，SnO2和Dy2O3粉体按摩尔量为1.92mmol、2mmol和0.08mmol混合。混合后溶于盐酸溶液中，然后蒸干得到结晶物，再把结晶物溶于蒸馏水中得到混合溶液，加入氨水，调节混合溶液pH值为5。然后把混合溶液转移到有聚四氟乙烯衬里的不锈钢反应釜中，在300℃保温3h，得到固体物质。再将固体物质用无水乙醇和蒸馏水反复洗涤，在100℃蒸干，得到化学式为La1.92SnO5：0.08Dy3+上转换发光材料。
实施例7
将Gd2O3，SnO2和Dy2O3粉体按各摩尔量为1.96mmol、2mmol和0.04mmol混合。混合后溶于盐酸溶液中，然后蒸干得到结晶物，再把结晶物溶于蒸馏水中得到混合溶液，加入氨水，调节混合溶液pH值为5。然后把混合溶液转移到有聚四氟乙烯衬里的不锈钢反应釜中，在300℃保温3h，得到固体物质。再将固体物质用无水乙醇和蒸馏水反复洗涤，在100℃蒸干，得到化学式为Gd1.96SnO5：0.04Dy3+上转换发光材料。
实施例8
将Gd2O3，SnO2和Dy2O3粉体按摩尔量为1.99mmo、2mmol和0.01mmol混合。混合后溶于盐酸溶液中，然后蒸干得到结晶物，再把结晶物溶于蒸馏水中得到混合溶液，加入氨水，调节混合溶液pH值为1。然后把混合溶液转移到有聚四氟乙烯衬里的不锈钢反应釜中，在150℃保温2h，得到固体物质。再将固体物质用无水乙醇和蒸馏水反复洗涤，在100℃蒸干，得到化学式为Gd1.99SnO5：0.01Dy3+上转换发光材料。
实施例9
将Gd2O3，SnO2和Dy2O3粉体按摩尔量为1.92mmol、2mmol和0.08mmol混合。混合后溶于盐酸溶液中，然后蒸干得到结晶物，再把结晶物溶于蒸馏水和乙醇中得到混合溶液，加入氨水，调节混合溶液pH值为5。然后把混合溶液转移到有聚四氟乙烯衬里的不锈钢反应釜中，在300℃保温3h，得到固体物质。再将固体物质用无水乙醇和蒸馏水反复洗涤，在100℃蒸干，得到化学式为Gd1.92SnO5：0.08Dy3+的上转换发光材料。
实施例10
将Lu2O3，SnO2和Dy2O3粉体按摩尔量为1.96mmol、2mmol和0.04mmol混合。混合后溶于盐酸溶液中，然后蒸干得到结晶物，再把结晶物溶于蒸馏水中得到混合溶液，加入氨水，调节混合溶液pH值为5。然后把混合溶液转移到有聚四氟乙烯衬里的不锈钢反应釜中，在300℃保温3h，得到固体物质。再将固体物质用无水乙醇和蒸馏水反复洗涤，在100℃蒸干，得到化学式为Lu1.96SnO5：0.04Dy3+的上转换发光材料。
实施例11
将Lu2O3，SnO2和Dy2O3粉体按摩尔量为1.99mmol、2mmol和0.01mmol混合。混合后溶于盐酸溶液中，然后蒸干得到结晶物，再把结晶物溶于蒸馏水中得到混合溶液，加入氨水，调节混合溶液pH值为1。然后把混合溶液转移到有聚四氟乙烯衬里的不锈钢反应釜中，在150℃保温2h，得到固体物质。再将固体物质用无水乙醇和蒸馏水反复洗涤，在100℃蒸干，得到化学式为Lu1.99SnO5：0.01Dy3+的上转换发光材料。
实施例12
将Lu2O3，SnO2和Dy2O3粉体按摩尔量为1.92mmo、2mmol和0.08mmol混合。混合后溶于盐酸溶液中，然后蒸干得到结晶物，再把结晶物溶于蒸馏水中得到混合溶液，加入氨水，调节混合溶液pH值为5。然后把混合溶液转移到有聚四氟乙烯衬里的不锈钢反应釜中，在300℃保温3h，得到固体物质。再将固体物质用无水乙醇和蒸馏水反复洗涤，在100℃蒸干，得到化学式为Lu1.92SnO5：0.08Dy3+的上转换发光材料。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料，其特征在于，具有如下化学通式：Me2-xSnO5：xDy3+，其中，x为0.01～0.08，Me为钇元素、镧元素、钆元素或镥元素。
2.根据权利要求1所述的镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料，其特征在于，所述x为0.04。
3.一种镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据Me2-xSnO5：xDy3+中各元素的化学计量比称取Me2O3、SnO2和Dy2O3粉体，其中，x为0.01～0.08，所述Me2O3为氧化钇、氧化镧、氧化钆或氧化镥；
将称取的粉体混合均匀后，溶于强酸溶液中，然后蒸干得到结晶物；
将所述结晶物溶解于溶剂中得到混合溶液，再加入氨水调节所述混合溶液pH值为1～6；
将所述混合溶液在150℃～500℃保温2小时～10小时，得到固体物质，纯化后得到化学通式为Me2-xSnO5：xDy3+的镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料。
4.根据权利要求3所述的镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料的制备方法，其特征在于，所述x为0.04。
5.根据权利要求3所述的镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料的制备方法，其特征在于，所述混合溶液在300℃保温3小时。
6.根据权利要求3所述的镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料的制备方法，其特征在于，所述溶剂为蒸馏水，或蒸馏水与无水乙醇的混合液。
7.根据权利要求3所述的镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料的制备方法，其特征在于，所述pH值为5。
8.根据权利要求3所述的镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料的制备方法，其特征在于，所述纯化为将所述固体物质采用洗涤液洗涤后干燥，所述洗涤液为蒸馏水和无水乙醇，所述干燥为在100℃蒸干。
9.根据权利要求3所述的镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料的制备方法，其特征在于，所述强酸为硫酸、硝酸或盐酸。
10.一种有机发光二极管，包括依次层叠的基板、阴极、有机发光层、透明阳极及透明封装层，其特征在于，所述透明封装层中分散有镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料，所述镝掺杂稀土锡酸盐上转换发光材料的化学通式为Me2-xSnO5：xDy3+，其中，x为0.01～0.08，Me为钇元素、镧元素、钆元素或镥元素。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150527 |