CN106221690B - 一种锡酸盐可逆光致变色材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种锡酸盐可逆光致变色材料，其化学式如式(I)所示：Sr3－xSnMO7:xEu3+，式(I)；其中，M为元素Sn、Ti、Zr、Si、Ge和Hf中的一种或多种；0≤x≤0.5。本发明提供的光致变色材料经紫外光和可见光交替照射后，其体色会随之相应地发生可逆转变，稳定性高，具有较好的抗疲劳性。这种材料可应用于装饰、伪装、光调制和光开关、光信息存储与转换以及自显影全息记录照相等领域。

Description

一种锡酸盐可逆光致变色材料及制备方法
技术领域
本发明属于无机光致变色材料技术领域，具体涉及一种锡酸盐可逆光致变色材料及制备方法。
背景技术
光致变色现象是当某一种材料在受到一定波长电磁波的辐照后，会引起该材料的对光的吸收和反射产生变化，而在另外一种波长的电磁波再次辐照后(或经过加热至一定温度)，该材料又能够恢复到原来的颜色的变化过程。光致变色材料在能量转换，灵敏窗等实际应用领域显现出尤为突出的特性。正是由于这种对不同波长光的敏感特性以及材料在不同波长光刺激下发生的可逆颜色转变，使得这种材料作为光敏材料在很多领域有着广泛地应用：如防护、伪装、光信息存储与记录，感应器、记忆元件，光调制和光开关、光致变色镀膜玻璃，纺织品，自显影全息记录照相以及辐射计量等领域。
迄今为止，国际上关于光致变色材料的研究，研究者们主要集中于对有机光致变色材料的发展和探索，而对于无机光致变色材料的研究仍然非常少。对于无机光致变色材料的研究在国际和国内都处于初期发展阶段。无机光致变色材料相对于无机光致变色材料而言，往往具有更好的抗疲劳性和更高的稳定性能，而且变色过程一般不发生材料结构的变化。因此，合成新型的无机光致变色材料对于实际应用以及克服有机光致变色材料在应用中受到的制约是非常有必要的。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种锡酸盐可逆光致变色材料及制备方法，本发明提供的光致变色材料经紫外光和可见光交替照射后，其体色会随之相应地发生可逆转变，稳定性高，具有较好的抗疲劳性。
本发明提供了一种锡酸盐可逆光致变色材料，其化学式如式(I)所示：
Sr3－xSnMO7:xEu3+，式(I)；
其中，M为Sn、Ti、Zr、Si、Ge和Hf中的一种或多种；0≤x≤0.5。
本发明提供了一种上述锡酸盐可逆光致变色材料的制备方法，包括以下步骤：
A)将含锶化合物、含锡化合物、含铕化合物和含M元素的化合物球磨，得到混合物；
B)将所述混合物进行加热保温，自然冷却后进行研磨，得到预产物；
C)将所述预产物进行煅烧，自然冷却后进行研磨，得到锡酸盐可逆光致变色材料。
优选的，所述含锶化合物选自含锶的碳酸盐、含锶的硝酸盐或含锶的氧化物。
优选的，所述含锡化合物选自含锡的氧化物。
优选的，所述含铕化合物选自含铕的氧化物或含铕的硝酸盐。
优选的，所述含M元素的化合物为含M元素的氧化物。
优选的，所述加热保温的气氛为空气气氛，所述加热保温的温度为100～200℃，时间为1～3小时。
优选的，所述煅烧的温度为1400～1550℃，时间为4～10小时。
与现有技术相比，本发明提供了一种锡酸盐可逆光致变色材料，其化学式如式(I)所示：Sr3－xSnMO7:xEu3+，式(I)；其中，M为元素Sn、Ti、Zr、Si、Ge和Hf中的一种或多种；0≤x≤0.5。本发明提供的光致变色材料经紫外光和可见光交替照射后，其体色会随之相应地发生可逆转变，稳定性高，具有较好的抗疲劳性。这种材料可应用于装饰、伪装、光调制和光开关、光信息存储与转换以及自显影全息记录照相等领域。
附图说明
图1是本发明中实例1所制备的光致变色材料在经过紫外光和可见光交替照射后的漫反射光谱；
图2是本发明中实例1所制备的光致变色材料的X射线衍射图谱；
图3是本发明中实例2所制备的光致变色材料在经过紫外光和可见光交替照射后的漫反射光谱；
图4是本发明中实例3所制备的光致变色材料在经过紫外光和可见光交替照射后的漫反射光谱；
图5是本发明中实例4所制备的光致变色材料在经过紫外光和可见光交替照射后的漫反射光谱；
图6是本发明中实例5所制备的光致变色材料在经过紫外光和可见光交替照射后的漫反射光谱；
图7是本发明中实例6所制备的光致变色材料在经过紫外光和可见光交替照射后的漫反射光谱；
图8是本发明中实例7所制备的光致变色材料在经过紫外光和可见光交替照射后的漫反射光谱；
图9是本发明中实例8所制备的光致变色材料在经过紫外光和可见光交替照射后的漫反射光谱；
图10是本发明中实例8所制备的光致变色材料在经过紫外光和可见光多次交替照射后表现出的抗疲劳性；
图11是本发明中实例9所制备的光致变色材料在经过紫外光和可见光交替照射后的漫反射光谱；
图12是本发明中实例9所制备的光致变色材料的X射线衍射图谱；
图13是本发明中实例10所制备的光致变色材料在经过紫外光和可见光交替照射后的漫反射光谱；
图14是本发明中实例11所制备的光致变色材料在经过紫外光和可见光交替照射后的漫反射光谱；
图15是本发明中实例12所制备的光致变色材料在经过紫外光和可见光交替照射后的漫反射光谱；
图16是本发明中实例14所制备的光致变色材料在经过紫外光和可见光交替照射后的漫反射光谱；
图17是本发明中实例15所制备的光致变色材料在经过紫外光和可见光交替照射后的漫反射光谱；
图18是本发明中实例17所制备的光致变色材料在经过紫外光和可见光交替照射后的漫反射光谱。
具体实施方式
本发明提供了一种锡酸盐可逆光致变色材料，其化学式如式(I)所示：
Sr3－xSnMO7:xEu3+，式(I)；
其中，M为Sn、Ti、Zr、Si、Ge和Hf中的一种或多种；0≤x≤0.5。
本发明还提供了一种上述锡酸盐可逆光致变色材料的制备方法，包括以下步骤：
A)将含锶化合物、含锡化合物、含铕化合物和含M元素的化合物球磨，得到混合物；
B)将所述混合物进行加热保温，自然冷却后进行研磨，得到预产物；
C)将所述预产物进行煅烧，自然冷却后进行研磨，得到锡酸盐可逆光致变色材料。
本发明将含锶化合物、含锡化合物、含铕化合物和含M元素的化合物球磨，得到混合物；
在本发明中，所述含锶化合物选自含锶的碳酸盐、含锶的硝酸盐或含锶的氧化物，优选为碳酸锶或硝酸锶。所述含锡化合物选自含锡的氧化物。所述含铕化合物选自含铕的氧化物或含铕的硝酸盐，优选为氧化铕。所述含M元素的化合物为含M元素的氧化物。
本发明根据最终产物的化学计量比对原料进行称量，接着将原料物质混合，球磨，得到混合物。
本发明对所述球磨的方法并没有特殊限制，本领域技术人员公知的球磨方法即可。
得到混合物后，将所述混合物进行加热保温，自然冷却后进行研磨，得到预产物；
具体的，将所述混合物置于刚玉坩埚中，在马弗炉内空气环境中进行加热保温处理，待自然冷却至室温后取出研磨均匀。
其中，所述加热保温的温度优选为100～200℃，更优选为130～170℃，时间为1～3小时，优选为1.5～2.5小时。
得到预产物之后，将所述预产物进行煅烧，自然冷却后进行研磨，得到锡酸盐可逆光致变色材料。
在本发明中，优选在高温管式炉中进行煅烧。待反应结束自然冷却至室温，再次研磨至细粉末，得到锡酸盐可逆光致变色材料。
所述煅烧的温度优选为1400～1550℃，更优选为1450～1500℃，时间优选为4～10小时，更优选为6～8小时。
本发明提供的制备方法环保、简单可操作，可重复性好，且所得产品的稳定性好。
本发明提供的光致变色材料经紫外光和可见光交替照射后，其体色会随之相应地发生可逆转变，稳定性高，具有较好的抗疲劳性。这种材料可应用于装饰、伪装、光调制和光开关、光信息存储与转换以及自显影全息记录照相等领域。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的锡酸盐可逆光致变色材料及制备方法进行说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
按照以下化学组成成分：Sr3Sn2O7,分别称取碳酸锶，氧化锡，充分混合研磨至均匀后，将所得混合物置于刚玉坩埚中，放入马弗炉内，在空气环境中升温至150℃，保温2小时，待自然冷却至室温后取出再次研磨均匀，然后将其放入管式炉中升温至1450℃焙烧5小时。最后,待其自然降温至室温后,取出再次研磨。图1为本实施例制备的材料在紫外光和可见光交替照射后的漫反射光谱,显示了该材料在紫外光和可见光交替照射后产生的可逆光致变色现象。图2为本实施例制备的材料的X射线衍射图谱。
实施例2
按照以下化学组成成分：Sr3SnTiO7,分别称取碳酸锶，氧化锡，氧化钛，充分混合研磨至均匀后，将所得混合物置于刚玉坩埚中，放入马弗炉内，在空气环境中升温至150℃，保温1小时，待自然冷却至室温后取出再次研磨均匀，然后将其放入管式炉中升温至1500℃焙烧5小时。最后,待其自然降温至室温后,取出再次研磨。图3为本实施例制备的材料在紫外光和可见光交替照射后的漫反射光谱,显示了该材料在紫外光和可见光交替照射后产生的可逆光致变色现象。
实施例3
按照以下化学组成成分：Sr3SnZrO7,分别称取碳酸锶，氧化锡，氧化锆，充分混合研磨至均匀后，将所得混合物置于刚玉坩埚中，放入马弗炉内，在空气环境中升温至150℃，保温2小时，待自然冷却至室温后取出再次研磨均匀，然后将其放入管式炉中升温至1480℃焙烧5小时。最后,待其自然降温至室温后,取出再次研磨。图4为本实施例制备的材料在紫外光和可见光交替照射后的漫反射光谱,显示了该材料在紫外光和可见光交替照射后产生的可逆光致变色现象。
实施例4
按照以下化学组成成分：Sr3SnSiO7,分别称取碳酸锶，氧化锡，氧化硅，充分混合研磨至均匀后，将所得混合物置于刚玉坩埚中，然后将其放入管式炉中升温至1450℃焙烧8小时。最后,待其自然降温至室温后,取出再次研磨。图5为本实施例制备的材料在紫外光和可见光交替照射后的漫反射光谱,显示了该材料在紫外光和可见光交替照射后产生的可逆光致变色现象。
实施例5
按照以下化学组成成分：Sr3SnGeO7,分别称取碳酸锶，氧化锡，氧化锗，充分混合研磨至均匀后，将所得混合物置于刚玉坩埚中，放入马弗炉内，在空气环境中升温至150℃，保温1小时，待自然冷却至室温后取出再次研磨均匀，然后将其放入管式炉中升温至1450℃焙烧5小时。最后,待其自然降温至室温后,取出再次研磨。图6为本实施例制备的材料在紫外光和可见光交替照射后的漫反射光谱,显示了该材料在紫外光和可见光交替照射后产生的可逆光致变色现象。
实施例6
按照以下化学组成成分：Sr3SnHfO7,分别称取碳酸锶，氧化锡，氧化铪，充分混合研磨至均匀后，将所得混合物置于刚玉坩埚中，放入马弗炉内，在空气环境中升温至150℃，保温2小时，待自然冷却至室温后取出再次研磨均匀，然后将其放入管式炉中升温至1450℃焙烧6小时。最后,待其自然降温至室温后,取出再次研磨。图7为本实施例制备的材料在紫外光和可见光交替照射后的漫反射光谱,显示了该材料在紫外光和可见光交替照射后产生的可逆光致变色现象。
实施例7
按照以下化学组成成分：Sr2.995Sn2O7:0.005Eu3+,分别称取碳酸锶，氧化锡，氧化铕，充分混合研磨至均匀后，将所得混合物置于刚玉坩埚中，放入马弗炉内，在空气环境中升温至100℃，保温2小时，待自然冷却至室温后取出再次研磨均匀，然后将其放入管式炉中升温至1450℃焙烧8小时。最后,待其自然降温至室温后,取出再次研磨。图8为本实施例制备的材料在紫外光和可见光交替照射后的漫反射光谱,显示了该材料在紫外光和可见光交替照射后产生的可逆光致变色现象。
实施例8
按照以下化学组成成分：Sr2.99Sn2O7:0.01Eu3+,分别称取碳酸锶，氧化锡，氧化铕，充分混合研磨至均匀后，将所得混合物置于刚玉坩埚中，放入马弗炉内，在空气环境中升温至150℃，保温1小时，待自然冷却至室温后取出再次研磨均匀，然后将其放入管式炉中升温至1450℃焙烧5小时。最后,待其自然降温至室温后,取出再次研磨。图9为本实施例制备的材料在紫外光和可见光交替照射后的漫反射光谱,显示了该材料在紫外光和可见光交替照射后产生的可逆光致变色现象。图10为本实施例制备的材料在紫外光和可见光交替多次交替照射后表现出良好的抗疲劳性。
实施例9
按照以下化学组成成分：Sr2.9Sn2O7:0.1Eu3+,分别称取碳酸锶，氧化锡，氧化铕，充分混合研磨至均匀后，将所得混合物置于刚玉坩埚中，放入马弗炉内，在空气环境中升温至150℃，保温1小时，待自然冷却至室温后取出再次研磨均匀，然后将其放入管式炉中升温至1450℃焙烧5小时。最后,待其自然降温至室温后,取出再次研磨。图11为本实施例制备的材料在紫外光和可见光交替照射后的漫反射光谱,显示了该材料在紫外光和可见光交替照射后产生的可逆光致变色现象。图12为本实施例制备的材料的X射线衍射图谱。
实施例10
按照以下化学组成成分：Sr2.7Sn2O7:0.3Eu3+,分别称取碳酸锶，氧化锡，氧化铕，充分混合研磨至均匀后，将所得混合物置于刚玉坩埚中，放入马弗炉内，在空气环境中升温至100℃，保温3小时，待自然冷却至室温后取出再次研磨均匀，然后将其放入管式炉中升温至1450℃焙烧5小时。最后,待其自然降温至室温后,取出再次研磨。图13为本实施例制备的材料在紫外光和可见光交替照射后的漫反射光谱,显示了该材料在紫外光和可见光交替照射后产生的可逆光致变色现象。
实施例11
按照以下化学组成成分：Sr2.99SnTiO7:0.01Eu3+,分别称取碳酸锶，氧化锡，氧化钛，氧化铕，充分混合研磨至均匀后，将所得混合物置于刚玉坩埚中，放入马弗炉内，在空气环境中升温至150℃，保温1小时，待自然冷却至室温后取出再次研磨均匀，然后将其放入管式炉中升温至1450℃焙烧5小时。最后,待其自然降温至室温后,取出再次研磨。图14为本实施例制备的材料在紫外光和可见光交替照射后的漫反射光谱,显示了该材料在紫外光和可见光交替照射后产生的可逆光致变色现象。
实施例12
按照以下化学组成成分：Sr2.99SnZrO7:0.01Eu3+,分别称取碳酸锶，氧化锡，氧化锆，氧化铕，充分混合研磨至均匀后，将所得混合物置于刚玉坩埚中，放入马弗炉内，在空气环境中升温至100℃，保温2小时，待自然冷却至室温后取出再次研磨均匀，然后将其放入管式炉中升温至1450℃焙烧6小时。最后,待其自然降温至室温后,取出再次研磨。图15为本实施例制备的材料在紫外光和可见光交替照射后的漫反射光谱,显示了该材料在紫外光和可见光交替照射后产生的可逆光致变色现象。
实施例13
按照以下化学组成成分：Sr2.97SnZrO7:0.03Eu3+,分别称取碳酸锶，氧化锡，氧化锆，氧化铕，充分混合研磨至均匀后，将所得混合物置于刚玉坩埚中，放入马弗炉内，在空气环境中升温至100℃，保温2小时，待自然冷却至室温后取出再次研磨均匀，然后将其放入管式炉中升温至1500℃焙烧7小时。最后,待其自然降温至室温后,取出再次研磨。
实施例14
按照以下化学组成成分：Sr2.99SnSiO7:0.01Eu3+,分别称取碳酸锶，氧化锡，氧化硅，氧化铕，充分混合研磨至均匀后，将所得混合物置于刚玉坩埚中，放入马弗炉内，在空气环境中升温至100℃，保温2小时，待自然冷却至室温后取出再次研磨均匀，然后将其放入管式炉中升温至1450℃焙烧5小时。最后,待其自然降温至室温后,取出再次研磨。图16为本实施例制备的材料在紫外光和可见光交替照射后的漫反射光谱,显示了该材料在紫外光和可见光交替照射后产生的可逆光致变色现象。
实施例15
按照以下化学组成成分：Sr2.99SnGeO7:0.01Eu3+,分别称取碳酸锶，氧化锡，氧化锗，氧化铕，充分混合研磨至均匀后，将所得混合物置于刚玉坩埚中，放入马弗炉内，在空气环境中升温至100℃，保温2小时，待自然冷却至室温后取出再次研磨均匀，然后将其放入管式炉中升温至1450℃焙烧5小时。最后,待其自然降温至室温后,取出再次研磨。图17为本实施例制备的材料在紫外光和可见光交替照射后的漫反射光谱,显示了该材料在紫外光和可见光交替照射后产生的可逆光致变色现象。
实施例16
按照以下化学组成成分：Sr2.97SnGeO7:0.03Eu3+,分别称取碳酸锶，氧化锡，氧化锗，氧化铕，充分混合研磨至均匀后，将所得混合物置于刚玉坩埚中，放入马弗炉内，在空气环境中升温至100℃，保温2小时，待自然冷却至室温后取出再次研磨均匀，然后将其放入管式炉中升温至1420℃焙烧8小时。最后,待其自然降温至室温后,取出再次研磨。
实施例17
按照以下化学组成成分：Sr2.99SnHfO7:0.01Eu3+,分别称取碳酸锶，氧化锡，氧化硅，氧化铕，充分混合研磨至均匀后，将所得混合物置于刚玉坩埚中，放入马弗炉内，在空气环境中升温至120℃，保温2小时，待自然冷却至室温后取出再次研磨均匀，然后将其放入管式炉中升温至1450℃焙烧5小时。最后,待其自然降温至室温后,取出再次研磨。图18为本实施例制备的材料在紫外光和可见光交替照射后的漫反射光谱,显示了该材料在紫外光和可见光交替照射后产生的可逆光致变色现象。
实施例18
按照以下化学组成成分：Sr2.96SnHfO7:0.04Eu3+,分别称取碳酸锶，氧化锡，氧化硅，氧化铕，充分混合研磨至均匀后，将所得混合物置于刚玉坩埚中，放入马弗炉内，在空气环境中升温至100℃，保温2小时，待自然冷却至室温后取出再次研磨均匀，然后将其放入管式炉中升温至1410℃焙烧5小时。最后,待其自然降温至室温后,取出再次研磨。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种锡酸盐可逆光致变色材料，其化学式如式(I)所示：
Sr3－xSnMO7:xEu3+，式(I)；
其中，当M为Ti、Zr、Si、Ge和Hf中的一种时，0≤x≤0.5；或者，当M为Sn时，0.1≤x≤0.5。
2.一种如权利要求1所述的锡酸盐可逆光致变色材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A)将含锶化合物、含锡化合物、含铕化合物和含M元素的化合物球磨，得到混合物；
B)将所述混合物进行加热保温，自然冷却后进行研磨，得到预产物；
C)将所述预产物进行煅烧，自然冷却后进行研磨，得到锡酸盐可逆光致变色材料。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述含锶化合物选自含锶的碳酸盐、含锶的硝酸盐或含锶的氧化物。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述含锡化合物选自含锡的氧化物。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述含铕化合物选自含铕的氧化物或含铕的硝酸盐。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述含M元素的化合物为含M元素的氧化物。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述加热保温的气氛为空气气氛，所述加热保温的温度为100～200℃，时间为1～3小时。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧的温度为1400～1550℃，时间为4～10小时。
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