CN108865108B - 一种铌酸盐变色材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请属于上转换发光的技术领域，涉及一种铌酸盐变色材料及其制备方法。本申请的通式为：MeNbO₃：xYb³⁺，yHo³⁺，zCe³⁺；x的范围为：0.1‑2，y的范围为：0.1‑1，z的范围为：0.1‑5；M为Na或Li。本申请还提供了制备方法，包括以下步骤：步骤1、将含Me化合物、含Nb化合物、含Yb化学物、含Ho化学物和含Ce化学物进行水热反应，得到水热产物，其中，所述含Me化合物为含Na化合物或含Li化合物；步骤2、将所述水热产物的沉淀物进行干燥，得到干燥产物；步骤3、将所述干燥产物进行烧结，得到铌酸盐变色材料。本申请能解决目前的铌酸盐上转换材料中还没有实现颜色可调谐的技术缺陷。

Description

一种铌酸盐变色材料及其制备方法

技术领域

本申请属于上转换发光的技术领域，尤其涉及一种铌酸盐变色材料及其制备方法。

背景技术

上转换发光材料作为生物标签与传统的生物标签(如有机染料和量子点)相比，上转换生物标签具有非自荧光、低光闪烁、对生物样品光损伤小、组织中光穿透深度高等优点。这些优点使上转换标签在生物医学中具有吸引力。基于上转换生物标签多路复用分析格式，上转换发光材料的标签必须通过调节荧光颜色来实现。所以单色红光设计是很有必要的。

在各种上转换发光材料的基质材料中，碱金属铌酸盐由于其很多优良的性质而引起了人们的广泛关注。特别是铌酸纳，由于其具有从非极性向反铁电的连续相变，最终形成铁电相的能力，吸引了研究者们的极大兴趣。此外，掺杂的稀土离子以取代缺陷的形式占据了正交结构的“Na”位置，氧配位量为12的八面体和无序的邻壳层，这种无序结构为稀土离子提供了广泛的发射带。Ho³⁺离子因为它具有从紫外到近红外广泛的荧光光谱，是一种吸引人的上转换发射活性离子。Yb³⁺离子是980nm激光下的敏化离子，当Ho³⁺和Yb³⁺共掺杂时上转换发射会产生强烈的绿光发射，伴随着微弱的红光发射。Ce³⁺离子具有简单的能量结构，被认为是增强Ho³⁺中间激发态⁵I₇团簇的理想选择，可以产生较强的红色上转换发射。因此通过改变掺杂稀土离子浓度，可以实现红绿光的可调性。

但是，当前在铌酸盐上转换材料中还没有实现颜色可调谐，大大限制了铌酸盐材料在上转换生物标签方面的应用。

申请内容

有鉴于此，本申请公开了一种铌酸盐变色材料及其制备方法，能解决目前的铌酸盐上转换材料中还没有实现颜色可调谐的技术缺陷。

本申请公开了一种铌酸盐变色材料，具有式Ⅰ所示的通式：

MeNbO₃：xYb³⁺，yHo³⁺，zCe³⁺ 式Ⅰ；

式Ⅰ中，x的范围为：0.1-2，y的范围为：0.1-1，z的范围为：0.1-5；

Me为Na或Li。

本申请还提供了一种铌酸盐变色材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将含Me化合物、含Nb化合物、含Yb化学物、含Ho化学物和含Ce化学物进行水热反应，得到水热产物，其中，所述含Me化合物为含Na化合物或含Li化合物；

步骤2、将所述水热产物的沉淀物进行干燥，得到干燥产物；

步骤3、将所述干燥产物进行烧结，得到铌酸盐变色材料。

作为优选，所述水热反应的温度120-180℃，所述水热反应的时间为120-180min。

作为优选，所述步骤2中水热产物的沉淀物通过离心获得；所述步骤2中干燥的温度为50-80℃。

作为优选，所述烧结的温度为500℃-900℃。

作为优选，所述含Na化合物为Na的氢氧化物；所述含Li化合物为Li的氢氧化物。

更有选的，Li的氢氧化物为一水氢氧化锂。

作为优选，所述含Nb化合物包括Nb的氧化物。

作为优选，所述含Yb化学物为Yb的氧化物。

作为优选，所述含Ho化学物为Ho的氧化物。

作为优选，含Ce化学物为Ce的氧化物。

本申请的目的是通过在碱金属铌酸盐中掺杂三种稀土离子实现颜色可调谐；同时，本申请还提供了一种铌酸盐变色材料的制备方法，该方法简单，其烧结温度低于900℃，其实验条件要求低。本申请选用稀土元素为Yb、Ho和Ce共掺碱金属铌酸盐中，本申请的铌酸盐变色材料能在980nm激光激发上转换发光实现由绿色到红色的调节。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本申请实施例1提供的铌酸盐变色材料的XRD谱图。

图2为本申请实施例1提供的铌酸盐变色材料的上转换光谱，其中，激发光源为980nm波长。

具体实施方式

本申请提供了本申请公开了一种铌酸盐变色材料及其制备方法，用于解决目前的上转换发光材料仍无法实现颜色可调谐的技术缺陷。

下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请公开了一种铌酸盐变色材料的具体制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将含Me化合物、含Nb化合物、含Yb化学物、含Ho化学物和含Ce化学物进行水热反应，得到水热产物，其中，含Me化合物为含Na化合物或含Li化合物；

步骤2、将水热产物的沉淀物进行干燥，得到干燥产物；

步骤3、将干燥产物进行烧结，得到铌酸盐变色材料。

具体的，含Na化合物为氢氧化钠，氢氧化钠的浓度为4-10M。

具体的，含Nb化合物为五氧化二铌，五氧化二铌的使用量为1g。

具体的，含Yb化学物为五水硝酸镱，五水硝酸镱的浓度为0.1-2mol％。

具体的，含Ho化学物为五水硝酸钬，五水硝酸钬的浓度为0.1-1mol％。

具体的，含Ce化学物为五水硝酸铈，五水硝酸铈的浓度为0.1-5mol％。

具体的，步骤1中水热反应的温度为120-180℃，水热时间为120-180min。

具体的，步骤2中水热产物在10000r\5min条件下离心2-4次得到水热产物的沉淀物，水热产物的沉淀物在50-80℃下干燥10-20h，得到干燥产物。

具体的，步骤3中将干燥产物在马弗炉中烧结，烧结温度是500℃-900℃。

具体的，步骤3之后还包括：将铌酸盐变色材料冷却至室温。

其中，Yb³⁺的摩尔百分比为0.1-2mol％，Ho³⁺的摩尔百分比为0.1-1mol％，Ce³⁺的摩尔百分比为0.1-5mol％。

其中，以下实施例所用原料均为市售或自制。

实施例1

本实施例提供第一种铌酸盐变色材料的具体制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将1.5mol％的五水硝酸镱、0.2mol％的五水硝酸钬、5mol％的五水硝酸铈、10M的氢氧化钠和1g的五氧化二铌在60ml去离子水中混合并放入水热釜中进行水热反应，得到水热产物，水热温度为180℃，水热时间为180min。

步骤2、将水热产物在10000r\5min条件下离心2-4次，得到水热产物的沉淀物，将沉淀物放入鼓风干燥箱中70℃干燥12h，得到干燥产物。

步骤3、将干燥产物在马弗炉中烧结，烧结温度是500℃。

步骤4、烧结结束后冷却至室温，取出铌酸盐变色材料。

对比例

本对比例提供了在铌酸纳掺杂Yb和Ho稀土元素的对比例，具体步骤参考实施例1。

对实施例1进行XRD谱图分析，对实施例1和对比例进行上转换光谱的分析，从图1的结果可知，实施例的样品与标准NaNbO₃卡片对应，说明成功制备NaNbO₃；从图2的结果可知实线为对比例的上转换光谱，虚线为实施例1的上转换光谱，实施例1中在铌酸纳掺杂Yb、Ce和Ho稀土元素使得在激发光源为980nm波长激发下，Ho的红色发射通过增加⁵I₇和激发⁵F₅能级的数量。Yb在900～1050nm波长范围内具有较强的吸收能力，与980nm的激光二极管发射相匹配，从而使泵浦能量传递给Ho离子，进而Ho离子与Ce离子具有交叉弛豫(CR)，从图2的上转换光谱可知，实施例1的铌酸盐变色材料发生了上转换发光，证明了这三种稀土离子的掺杂可以有效实现从绿光到红光的调节，而对比例1可知，仅仅只有Yb和Ho稀土元素的掺杂无法实现。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (2)

1.一种铌酸盐变色材料，包括以下步骤：

步骤1、将1.5mol％的五水硝酸镱、0.2mol％的五水硝酸钬、5mol％的五水硝酸铈、10M的氢氧化钠和1g的五氧化二铌在60ml去离子水中混合并放入水热釜中进行水热反应，得到水热产物，水热温度为180℃，水热时间为180min；

步骤2、将所述水热产物在10000r，5min条件下离心2-4次，得到水热产物的沉淀物，将所述沉淀物放入鼓风干燥箱中70℃干燥12h，得到干燥产物；

步骤3、将所述干燥产物在马弗炉中烧结，烧结温度是500℃；

步骤4、烧结结束后冷却至室温，取出铌酸盐变色材料。

2.一种铌酸盐变色材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将1.5mol％的五水硝酸镱、0.2mol％的五水硝酸钬、5mol％的五水硝酸铈、10M的氢氧化钠和1g的五氧化二铌在60ml去离子水中混合并放入水热釜中进行水热反应，得到水热产物，水热温度为180℃，水热时间为180min；

步骤2、将所述水热产物在10000r，5min条件下离心2-4次，得到水热产物的沉淀物，将所述沉淀物放入鼓风干燥箱中70℃干燥12h，得到干燥产物；

步骤3、将所述干燥产物在马弗炉中烧结，烧结温度是500℃；

步骤4、烧结结束后冷却至室温，取出铌酸盐变色材料。

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