CN105038792A - 一种可实现多种颜色发射的稀土发光材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可以在单一基质中实现多种颜色发射的发光材料，其组成为La_1-x-y-z-kGd_kNbO₄:？xYb³⁺,yEr³⁺,zEu³⁺,式中x的取值范围为0≤x≤0.24，y的取值范围为0≤y≤0.04，z的取值范围为0≤z≤0.05，k的取值范围为0≤k≤0.4。该发光材料的制备方法为：根据化学表达式按重量百分比称取反应原料，将称取的原料充分研磨20~30分钟，在高温马弗炉中1200-1400℃高温烧结1~3小时，冷却后取出研磨，得到稀土掺杂发光材料粉末样品。该发光材料具有合成工艺简单，材料成分均匀、发光颜色可控、重现性好等优点。

Description

一种可实现多种颜色发射的稀土发光材料及其制备方法

技术领域：

本发明涉及一种在单一基质中实现上转换和下转换发光及多种颜色发射的发光材料，属于发光技术领域。

背景技术：

半个世纪以来，稀土离子掺杂的发光材料在电光源照明、电视机显像、发光涂料和油墨等方面取得了广泛的应用，在军用夜视镜材料、防伪和生物检测领域也实现了实用化。稀土发光材料已经成为信息显示、照明和检测领域关键的基础材料之一。因此，研发高效、多功能的稀土发光材料吸引了众多研究者的注意力。为了获得较高的发光效率，基质的选择至关重要。铌酸镧(LaNbO₄)是一种半导体氧化物材料，具有化学稳定性和力学稳定性好、低毒、易于制备等优点，已被应用于非线性光学晶体、单晶光纤和发光领域。本课题组利用LaNbO₄的结构相变特性，通过引入Yb³⁺,Er³⁺稀土离子，在红外光激发下，获得了强度可调的上转换发光(参见Ceram.Int.杂志，2015年，第41卷，第3009页)；长春应用化学所的林君等以LaNbO₄作为基质材料，通过进行Eu³⁺,Tb³⁺,Dy³⁺单掺杂和共掺杂，在紫外光激发下，获得了颜色可控的下转换发光(参见Phys.Chem.Chem.Phys.杂志，2015年，第17卷，第4283页)。为此，利用LaNbO₄优异的发光性质，如果通过稀土离子共掺杂同时实现上转换发光和下转换发光，且发光颜色可控，有望能够进一步丰富LaNbO₄发光特性，并在固态照明和显示器件中获得实际应用。

发明内容

本发明目的是提供一种可同时实现上转换和下转换发光，且发光颜色可控、稳定性好、合成工艺简单、重现性好的稀土掺杂LaNbO₄发光材料。该发光材料的化学表达式为：La_1-x-y-z-kGd_kNbO₄:xYb³⁺,yEr³⁺,zEu³⁺,式中x的取值范围为0≤x≤0.24，y的取值范围为0≤y≤0.04，z的取值范围为0≤z≤0.05，k的取值范围为0≤k≤0.4。

本发明的技术方案包括以下步骤：

(1)原料选取根据化学表达式La_1-x-y-z-kGd_kNbO₄:xYb³⁺,yEr³⁺,zEu³⁺，按其重量百分比称取高纯度如下原料：La₂O₃、Gd₂O₃、Nb₂O₅、Yb₂O₃、Er₂O₃、Eu₂O₃，原料重量百分比之和为100％；

(2)将上述称取的原料充分研磨20～30分钟，装入氧化铝坩埚加盖放入高温马弗炉中在1200-1400℃高温烧结1～3小时；冷却后取出研磨，再装入氧化铝坩埚加盖放入高温炉中在1200-1400℃高温烧结1小时，冷却后研细得到稀土掺杂铌酸镧发光材料粉末样品。本发明提供的发光材料的优势在于：

1、在基质材料LaNbO₄中同时掺入稀土离子Yb³⁺,Er³⁺和Eu³⁺，通过调节三种稀土离子的掺杂比例，可以在单一基质中实现上转换和下转换发光，并在不同波长光激发下实现从蓝色到红色的多种颜色发光。同时通过在基质中引入Gd³⁺，可以进一步对发光颜色进行调节。该发光材料具有发射颜色可控、重复性好等优点。

2、本发明提供了一种在单一基质中实现多颜色发射的稀土发光材料的制备方法，该方法具有合成工艺简单，原材料价格低廉，无污染、制备得到的发光材料成分均匀、发射颜色可控、重现性好等优点。

附图说明

图1为实例1制备的发光材料的XRD谱图与LaNbO₄标准PDF卡片对比图。

图2为实例1制备的发光材料在405nm、488nm、520nm光源激发下的荧光显微镜照片。

图3为实例1制备的发光材料在365nm、395nm、405nm、488nm光激发下的发射光谱图。

图4为实例1制备的发光材料在红外光980nm激发下的发射光谱图。

图5为实例5制备的发光材料在365nm光源激发下的发射光谱，插图为发光照片。

具体实施方式

实施例1

(1)原料选取根据化学表达式La_0.88NbO₄:0.1Yb³⁺,0.01Er³⁺,0.01Eu³⁺，按其重量百分比称取高纯度如下原料：

La₂O₃:2.867g，Nb₂O₅:2.658g，Yb₂O₃:0.394g，Er₂O₃:0.0383g，Eu₂O₃:0.0352g。

(2)将上述称取的原料经充分研磨20分钟，将混合后的粉末装入氧化铝坩埚加盖，放入高温马弗炉中在1350℃高温烧结2小时；冷却后取出研磨，再装入氧化铝坩埚加盖放入高温炉中在1350℃高温烧结1小时，冷却后研磨得到La_0.88NbO₄:0.1Yb³⁺,0.01Er³⁺,0.01Eu³⁺粉末发光材料。

图1为该实例制备的发光材料的XRD谱图与LaNbO₄标准PDF卡片的对比图。对比结果表明已成功合成出La_0.88NbO₄:0.1Yb³⁺,0.01Er³⁺,0.01Eu³⁺化合物，并且Yb³⁺/Er³⁺/Eu³⁺离子被完全掺入到了基质晶格中。

图2为该实例制备的发光材料在405nm、488nm、520nm光源激发下的荧光显微镜照片。由该图我们可以看到，在405nm光激发下，La_0.88NbO₄:0.1Yb³⁺,0.01Er³⁺,0.01Eu³⁺化合物表现为橙黄色光发射；在488nm光激发下，为绿光发射；而在520nm光激发下，表现为红光发射。

图3为该实例制备的发光材料在365nm、395nm、405nm、488nm光激发下的发射光谱图。该图说明该发光材料可以被近紫外光LED(λ＝365-410nm)以及蓝光LED激发，并得到不同的发射光谱。

图4为该实施例制备的发光材料在红外光980nm激发下的发射光谱图，从图中可以直接看出发光材料表现出较强的上转换绿光和红光发射。

实施例2

(1)原料选取根据化学表达式La_0.86NbO₄:0.1Yb³⁺,0.01Er³⁺,0.03Eu³⁺，按其重量百分比称取高纯度如下原料：

La₂O₃:2.802g，Nb₂O₅:2.658g，Yb₂O₃:0.394g，Er₂O₃:0.038g，Eu₂O₃:1.056g。

(2)将上述称取的原料经充分研磨20分钟，将混合后的粉末装入氧化铝坩埚加盖，放入高温马弗炉中在1300℃高温烧结2小时，冷却后研细得到La_0.86NbO₄:0.1Yb³⁺,0.01Er³⁺,0.03Eu³⁺粉末发光材料。在365nm、488nm光激发下为绿光发射，395nm光激发下为红光发射，405nm光激发下为橙红光发射，在红外光980nm激发下，为黄光发射。

实施例3

(1)原料选取根据化学表达式La_0.89NbO₄:0.1Yb³⁺,0.01Er³⁺，按其重量百分比称取高纯度如下原料：

La₂O₃:2.899g，Nb₂O₅:2.658g，Yb₂O₃:0.394g，Er₂O₃:0.038g。

(2)将上述称取的原料经充分研磨20分钟，将混合后的粉末装入氧化铝坩埚加盖，放入高温马弗炉中在1350℃高温烧结2小时；冷却后取出研磨，再装入氧化铝坩埚加盖放入高温炉中在1350℃高温烧结1小时，冷却后研细得到La_0.89NbO₄:0.1Yb³⁺,0.01Er³⁺粉末发光材料。在254nm光激发下表现出蓝光发射，在405nm、488nm、980nm光激发下为绿光发射。

实施例4

(1)原料选取根据化学表达式La_0.69Gd_0.2NbO₄:0.1Yb³⁺,0.01Er³⁺，按其重量百分比称取高纯度如下原料：

La₂O₃:2.248g，Gd₂O₃:0.725g，Nb₂O₅:2.658g，Yb₂O₃:0.394g，Er₂O₃:0.038g。

(2)将上述称取的原料经充分研磨20分钟，将混合后的粉末装入氧化铝坩埚加盖，放入高温马弗炉中在1300℃高温烧结2小时；冷却后取出研磨，再装入氧化铝坩埚加盖放入高温炉中在1350℃高温烧结1小时，冷却后研细得到La_0.69Gd_0.2NbO₄:0.1Yb³⁺,0.01Er³⁺粉末发光材料。在254nm、365nm、980nm光激发下均表现出绿光发射。

实施例5

(1)原料选取根据化学表达式La_0.49Gd_0.4NbO₄:0.1Yb³⁺,0.01Er³⁺，按其重量百分比称取高纯度如下原料：

La₂O₃:1.596g，Gd₂O₃:1.450g，Nb₂O₅:2.658g，Yb₂O₃:0.394g，Er₂O₃:0.038g。

(2)将上述称取的原料经充分研磨20分钟，将混合后的粉末装入氧化铝坩埚加盖，放入高温马弗炉中在1350℃高温烧结2小时；冷却后取出研磨，再装入氧化铝坩埚加盖放入高温炉中在1300℃高温烧结1小时，冷却后研细得到La_0.49Gd_0.4NbO₄:0.1Yb³⁺,0.01Er³⁺粉末发光材料。在254nm、365nm、980nm光激发下均表现出绿光发射，图5为该实例制备的发光材料在365nm光源激发下的发射光谱，插图为发光照片，从图中可以看到较强的绿光发射现象。

Claims (3)

1.一种可实现多种颜色发射的稀土发光材料，其特征在于：该发光材料的组成为La_1-x-y-z-kGd_kNbO₄:xYb³⁺,yEr³⁺,zEu³⁺,式中x的取值范围为0≤x≤0.24，y的取值范围为0≤y≤0.04，z的取值范围为0≤z≤0.05，k的取值范围为0≤k≤0.4。

2.根据权利要求1所述的可实现多种颜色发射的稀土发光材料的制备方法，其特征在于：

(1)原料选取根据化学表达式La_1-x-y-z-kGd_kNbO₄:xYb³⁺,yEr³⁺,zEu³⁺，按其重量百分比称取高纯度如下原料：La₂O₃、Gd₂O₃、Nb₂O₅、Yb₂O₃、Er₂O₃、Eu₂O₃，原料重量百分比之和为100％；

(2)将原料充分研磨20～30分钟，装入氧化铝坩埚加盖放入高温马弗炉中在1200-1400℃高温烧结1～3小时；冷却后取出研磨，再装入氧化铝坩埚加盖放入高温炉中在1200-1400℃高温烧结1小时，冷却后研细得到稀土掺杂发光材料粉末样品。

3.根据权利要求2所述的可实现多种颜色发射的稀土发光材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述的将研磨均匀的原料1350℃高温烧结2小时，冷却后取出研磨，再在1350℃高温烧结1小时。