CN106085430A - 一种上转换荧光粉及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种上转换荧光粉，化学组成通式为：Gd2‑x‑y‑z Tm x Ho y Yb z (MoO4)3，其中，Tm3+和Ho3+为激活离子；Yb3+为敏化离子；x,y,z为分别为Tm3+、Ho3+和Yb3+离子相对Gd3+离子占的摩尔百分比系数。本发明荧光粉通过钼酸根MoO4 2‑与敏化离子Yb3+ 偶合成MoO4 2‑‑Yb3+二聚物，从而对激活离子Tm3+和Ho3+实现高阶激发态能量传递上转换，降低激活离子中间能级的无辐射弛豫，提高上转换发光强度，制备工艺简单，操作安全，条件容易控制，在照明和显示领域中具有广阔的应用前景。

Description

一种上转换荧光粉及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于上转换材料合成领域，更具体地，涉及一种上转换荧光粉及其制备方法和应用。
背景技术
利用980 nm半导体机关器来激发稀土掺杂上转换白光材料，潜在应用于白光激光器、平板显示、生物传感器、背光源和照明等，相比传统白光光源，稀土掺杂上转换白光具有无光漂白、色温易调、环保的优点，有效减少紫外污染，因此成为现在研究的热点。但是发光效率较低严重影响其应用化进程。目前公认上转换发光效率最高的基质是氟化钇钠(NaYF4)，但由于在制备过程中会对环境造成一定的污染，同时热稳定性稍差。寻找一种发光强度大，热稳定性好的上转换材料尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种上转换荧光粉。
本发明的另一目的在于提供上述荧光粉的制备方法和应用。
本发明的上述目的通过如下技术方案予以实现：
本发明提供了一种上转换荧光粉，化学组成通式为：Gd2-x-y-z Tm x Ho y Yb z (MoO4)3，其中，Tm3+和Ho3+为激活离子；Yb3+为敏化离子；x, y, z为分别为Tm3+、Ho3+和Yb3+离子相对Gd3+离子占的摩尔百分比系数，取值范围：0.001≤x≤0.02，0.001≤y≤0.02，0.01≤z≤0.20。
钼酸盐基质发光材料由于其具有良好的化学稳定性和热稳定性，而成为一类比较重要的荧光粉材料。钼酸根MoO4 2-与敏化离子Yb3+ 偶合成MoO4 2--Yb3+二聚物，从而对激活离子Tm3+和Ho3+实现高阶激发态能量传递上转换，降低激活离子中间能级的无辐射弛豫，提高上转换发光效率。
另外，钼酸盐荧光材料生产成本低，烧结温度也比其他磷酸盐、铝酸盐等体系要低，对合成过程中的降低能耗比较有利。
优选地，0.005≤x≤0.01，0.01≤y≤0.04，0.01≤z≤0.20。
上述上转换荧光粉的制备方法，包括将钆盐、钼酸盐、镱盐、钬盐在水中加热，加入柠檬酸，调节pH值，干燥，煅烧，即得所述荧光粉。
溶胶凝胶法具有制备工艺简单，易于操作，设备易得，操作安全，条件容易控制的优点。
优选地，所述制备方法为按化学组成摩尔比，将六水硝酸钆、四水钼酸铵、六水硝酸镱、六水硝酸钬，在水中混合。
优选地，所述煅烧温度为800 ℃～1000 ℃；煅烧时间为1～5小时。
优选地，所述加热温度为60~100℃。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明的发光材料采用传统的溶胶凝胶法合成，制备工艺简单，易于操作，设备易得，操作安全，条件容易控制。同时实现了高激发态能量传递上转换，大大提高了上转换效率，所得荧光粉外量子效率高，增强了上转换发光。在照明和显示领域中具有广阔的应用前景。
附图说明
图1 实施例1制备得到的荧光粉材料的粉末衍射图谱。
图2实施例1制备得到的荧光粉材料的发射光谱。
图3实施例2制备得到的荧光粉材料的发射光谱。
图4实施例3制备得到的荧光粉材料的发射光谱。
图5 实施例1、2和3的色度坐标图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步的解释说明，但具体实施例并不对本发明作任何限定。除非特别说明，实施例中所涉及的试剂、方法均为本领域常用的试剂和方法。
实施例1：
称取六水硝酸钆(Gd(NO3)3*6H2O) 1.8750 g, 四水钼酸铵((NH4)6Mo7O24*4H2O) 1.3375g，六水硝酸镱(Yb(NO3)3*6H2O) 0.3504 g，六水硝酸铥(Tm(NO3)3*6H2O) 0.0232 g，六水硝酸钬(Ho(NO3)3*6H2O) 0.0230；溶于去离子水中并不停搅拌加热至80 °C。加入柠檬酸7.9198g继续搅拌，缓慢加入氨水，调节pH值约为7。持续搅拌半个小时，然后置于干燥箱空气气氛中130°C干燥20小时，接着放在高温箱式炉800 °C恒温2小时。自然冷却到室温。将样品取出得到产品，所得的荧光粉材料组成为：Gd1.83Tm0.01Ho0.01Yb0.15(MoO4)3。
所得荧光粉材料的衍射峰位置和晶体学数据库PDF#41-1474一致，说明材料结构和基质Gd2(MoO4)3一致，见附图1。附图2为对应实例1材料的发射光谱，其荧光粉材料在980nm近红外光激发下发出强烈的上转换白光，主发射峰位置分别为476 nm、540 nm和662 nm，见附图2。利用积分球、能量计和激发光源等仪器所搭起来的量子效率测试仪，测得的外量子效率为2.10%。色坐标为（0.334，0.325），见附图5a；附图5d是标准白光点。
实施例2：
称取六水硝酸钆(Gd(NO3)3*6H2O) 1.8185 g, 四水钼酸铵((NH4)6Mo7O24*4H2O) 1.3375g，六水硝酸镱(Yb(NO3)3*6H2O) 0.3504 g，六水硝酸铥(Tm(NO3)3*6H2O) 0.0116 g，六水硝酸钬(Ho(NO3)3*6H2O) 0.0919 g；溶于去离子水中并不停搅拌加热至80 °C。加入柠檬酸7.9198g继续搅拌，缓慢加入氨水，调节pH值约为7。持续搅拌半个小时，然后置于干燥箱空气气氛中130°C干燥20小时，接着放在高温箱式炉800 °C恒温2小时。自然冷却到室温。将样品取出得到产品，所得的荧光粉材料组成为：Gd1.805Tm0.005Ho0.04Yb0.15(MoO4)3。
附图3为实施例2材料的发射光谱，其荧光粉材料在980 nm近红外光激发下发出较强的上转换白光，主发射峰位置分别为476 nm、540 nm和662 nm，见附图3。测得的外量子效率为0.88%，色坐标为（0.384,0.325），见附图5b；附图5d是标准白光点。
实施例3：
称取六水硝酸钆(Gd(NO3)3*6H2O) 1.8185 g, 四水钼酸铵((NH4)6Mo7O24*4H2O) 1.3375g，六水硝酸镱(Yb(NO3)3*6H2O) 0.3504 g，六水硝酸铥(Tm(NO3)3*6H2O) 0.0116 g，六水硝酸钬(Ho(NO3)3*6H2O) 0.0919 g；溶于去离子水中并不停搅拌加热至80 °C。加入柠檬酸7.9198g继续搅拌，缓慢加入氨水，调节pH值约为7。持续搅拌半个小时，然后置于干燥箱空气气氛中130°C干燥20小时，接着放在高温箱式炉800 °C恒温2小时。自然冷却到室温。将样品取出得到产品，所得的荧光粉材料组成为：Gd1.93Tm0.01Ho0.01Yb0.05(MoO4)3。
附图4为实施例3材料的发射光谱，其荧光粉材料在980 nm近红外光激发下发出较强的上转换白光，主发射峰位置分别为476 nm、540 nm和662 nm。测得的外量子效率为0.23%。色坐标为（0.421,0.320），见附图5c；附图5d是标准白光点。

Claims (7)

1.一种上转换荧光粉，其特征在于，化学组成通式为：Gd2-x-y-z Tm x Ho y Yb z (MoO4)3，其中，Tm3+和Ho3+为激活离子；Yb3+为敏化离子；x, y, z为分别为Tm3+、Ho3+和Yb3+离子相对Gd3+离子占的摩尔百分比系数，取值范围：0.001≤x≤0.02，0.001≤y≤0.02，0.01≤z≤0.20。
2.根据权利要求1所述的上转换荧光粉，其特征在于，0.005≤x≤0.01，0.01≤y≤0.04，0.01≤z≤0.20。
3.一种根据权利要求1所述的上转换荧光粉的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括将钆盐、钼酸盐、镱盐、钬盐在水中加热，加入柠檬酸，调节pH值，干燥，煅烧，即得所述荧光粉。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法为按化学组成摩尔比，将六水硝酸钆、四水钼酸铵、六水硝酸镱、六水硝酸钬，在水中混合。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧温度为800 ℃～1000 ℃；煅烧时间为1～5小时。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述加热温度为60~100℃。
7.权利要求1或2所述的荧光粉在照明和显示领域中的应用。
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