CN109097042A - 一种锂、铒和镱三掺杂铌酸钠上转换材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种锂、铒和镱三掺杂铌酸钠上转换材料及其制备方法和应用。所述制备方法包括如下步骤：S1：将铒源、镱源、铌源、锂源和钠源溶解于溶剂中得到混合溶液；所述溶剂为水和乙二醇的混合溶剂；S2：所述混合溶液于260~270℃下反应24~48h，过滤，干燥后得沉淀物；S3：将所述沉淀物于900~1050℃下煅烧0.5~2h，即得到锂、铒和镱三掺杂铌酸钠上转换材料。本发明使用溶剂热法制备锂、铒和镱三掺杂铌酸钠上转换材料，制备过程简单；在980nm激光激发下，锂、铒和镱三掺杂铌酸钠上转换材料有效的将980nm波段激光转化为可见上转换红光和绿光，并且锂离子有效的提高了上转换红绿光的发光强度。

Description

一种锂、铒和镱三掺杂铌酸钠上转换材料及其制备方法和 应用
技术领域
本发明属于光学材料技术领域，具体涉及一种锂、铒和镱三掺杂铌酸钠上转换材料及其制备方法和应用。
背景技术
上转换荧光是指掺杂在晶格内的稀土离子把两个或两个以上的长波长光子转换成单个短波长光子的过程，可广泛应用于生物医学成像、显示、照明以及温度传感等领域被。然而，低的上转换效率是成为制约稀土离子掺杂上转换材料实际应用的主要瓶颈，如低的荧光强度制约着温度探测的范围、生物成像的信噪比、以及激光的输出功率等。镱离子（Yb3+）的敏化机制是目前增强上转换荧光效率最常见的一种方法。这是由于Yb3+离子在980nm近红外波段具有大的吸收截面积，并且可以有效的将吸收的能量传递给大部分三价稀土离子，如铒离子（Er3+）、铥离子（Tm3+）和钬离子（Ho3+）等。当前，为了实现稀土离子掺杂上转换材料的实际应用性，进一步提高稀土离子掺杂上转换材料的光转换效率是当前迫在眉睫需要解决的问题。众所周知，稀土离子只有掺进晶格时，在周围晶体场的作用下才能产生上转换荧光，因此利用金属离子改变稀土离子周围晶体场来提高上转换发光强度将使有效的途径之一。金属Li+离子由于其小半径的特点，易于以替代或填隙的方式进入基质晶格中，通过剪裁晶格场（改变晶格场对称性）来改变稀土离子周围的晶体环境，从而增强稀土离子上转换发光强度。
因此，开发一种荧光效率高的上转换材料及上转换增强技术具有重要的研究意义和应用价值。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中上转换材料荧光效率低的缺陷和不足，提供一种锂、铒和镱三掺杂铌酸钠上转换材料的制备方法及其应用。本发明提供的制备方法为溶剂热法，其制备过程简单；锂离子可以有效的提高铒和镱三掺杂铌酸钠上转换材料的荧光发光强度。
本发明的另一目的在于提供一种锂、铒和镱三掺杂铌酸钠上转换材料。
本发明的另一目的在于提供上述锂、铒和镱三掺杂铌酸钠上转换材料在生物医学成像、显示、照明或温度传感中的应用。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种锂、铒和镱三掺杂铌酸钠上转换材料的制备方法，包括如下步骤：
S1：将铒源、镱源、铌源、锂源和钠源溶解于溶剂中到混合溶液；所述铒源、镱源、铌源、锂源和钠源的摩尔比为5.92:17.76:321:654.9:9824；所述溶剂为水和乙二醇的混合溶剂，所述水和乙二醇的体积比为1:1~4。
S2：所述混合溶液于260~270℃下反应24~48h，过滤，干燥后得沉淀物；
S3：将所述沉淀物于900~1050℃下煅烧0.5~2h，即得到锂、铒和镱三掺杂铌酸钠上转换材料。
本发明采用高温水热法制备锂、铒和镱三掺杂铌酸钠上转换材料，选择合适配比的水和乙二醇混合溶剂，成功的首次生长出没有杂质的锂、铒和镱三掺杂铌酸钠上转换材料；同时在980nm激光激发下，锂、铒和镱三掺杂铌酸钠上转换材料将980nm波段近红外光转换为可见上转换红光和绿光；另外，本发明选择元素周期表中离子半径最小的金属锂元素，利用锂离子可以调节稀土离子周围晶体场对称性的作用增强上转换发光强度。
现有常规的铒源、镱源、铌源、锂源和钠源均可用于本发明中。
优选地，所述铒源为五水硝酸铒或四水醋酸铒中的一种或几种。
优选地，所述镱源为五水硝酸镱或醋酸镱中的一种或几种。
优选地，所述铌源为五氧化二铌。
优选地，所述锂源为一水氢氧化锂或氢氧化锂中的一种或几种。
优选地，所述钠源为氢氧化钠。
优选地，所述铒源、镱源、铌源、锂源和钠源的摩尔比为5.92:17.76:321 :654.9 :9824。
优选地，S1中所述水和乙二醇的体积比1:1。
优选地，S2中反应的温度为270℃，时间为24h。
优选地，S2中干燥的温度为70℃，时间为10h。
优选地，S3中煅烧的温度为1050℃，时间为2h。
一种锂、铒和镱三掺杂铌酸钠上转换材料，通过上述制备方法制备得到。
上述锂、铒和镱三掺杂铌酸钠上转换材料在生物医学成像、显示、照明或温度传感中的应用也在本发明的保护范围内。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供的制备方法为溶剂热法，其制备过程简单；在980nm波段激光激发下，锂、铒和镱三掺杂铌酸钠上转换材料可以有效的将近红外光转换为可见上转换红光和绿光；并且金属锂离子可以明显地提高上转换发光强度。
附图说明
图1是实施例1提供的锂、铒和镱三掺杂铌酸钠上转换材料的XRD谱图；
图2是实施例1提供的锂、铒和镱三掺杂铌酸钠上转换材料和对比例1提供的铒和镱双掺杂铌酸钠上转换材料的上转换光谱图。
具体实施方式
下面结合实施例进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下例实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照本领域常规条件或按照制造厂商建议的条件；所使用的原料、试剂等，如无特殊说明，均为可从常规市场等商业途径得到的原料和试剂。本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种锂、铒和镱三掺杂铌酸钠上转换材料，其通过如下制备方法制备得到。
1.以1：1的配比量取40mL去离子水和40mL乙二醇混合均匀，标记为混合液A。
2.将3.39mM的五水硝酸镱和1.13mM的五水硝酸铒溶解于A中，并依次加入0.125M的一水氢氧化锂、1.875M的氢氧化钠和0.06M的五氧化二铌，搅拌均匀。
3.将上述混合液移至反应釜中，放置于干燥箱270℃加热反应24h。
4.冷却至室温后，将反应釜中的混合溶液进行过滤，所得固体粉末进行70℃干燥24h。
5.将干燥后的固体粉末1050℃煅烧2h。
图1是本实施例1所制备的锂、铒和镱三掺杂铌酸钠上转换材料的XRD图。如图所示，a为铌酸钠标准卡片PDF#33-1270，b为所制备样品。a与b的峰完全对应，并没有发现任何杂峰，说明锂离子、铒离子和镱离子的掺杂并没有引起杂相生成。
实施例2
本实施例提供一种锂、铒和镱三掺杂铌酸钠上转换材料。其制备方法基本与实施例1中的方法一致，区别在于：步骤2中的五氧化二铌总量为0.064M，五水硝酸铒总量为0.195mM，五水硝酸镱总量为1.925mM。该方法制备得到的锂、铒和镱三掺杂铌酸钠上转换材料的性能与实施例1类似。
实施例3
本实施例提供一种锂、铒和镱三掺杂铌酸钠上转换材料。其制备方法基本与实施例1中的方法一致，区别在于：步骤2中的五氧化二铌总量为0.0624M，五水硝酸铒总量为1.155mM，五水硝酸镱总量为3.436mM。该方法制备得到的锂、铒和镱三掺杂铌酸钠上转换材料的性能与实施例1类似。
该方法制备得到的锂、铒和镱三掺杂铌酸钠上转换材料的性能与实施例1类似。
实施例4
本实施例提供一种锂、铒和镱三掺杂铌酸钠上转换材料。其制备方法基本与实施例1中的方法一致，区别在于：步骤5中煅烧的温度为900℃，煅烧的时间为0.5h。
该方法制备得到的锂、铒和镱三掺杂铌酸钠上转换材料的性能与实施例1类似。
实施例5
本实施例提供一种锂、铒和镱三掺杂铌酸钠上转换材料。通过如下方法制备得到。
1.量取16mL去离子水与64mL乙二醇混合均匀。
2.依次加入1.13mM四水醋酸铒、3.39mM醋酸镱、0.125M氢氧化锂、1.875M氢氧化钠和0.06M五氧化二铌，搅拌均匀。
3.将搅拌均匀的混合溶液转移至反应釜中，放入干燥箱中270℃加热反应48h。
4.反应结束，反应釜冷却至室温后，取出溶液进行过滤，过滤所得固体在70℃下干燥10h。
5.最后把样品放置于马弗炉中1050℃煅烧2h。
该方法制备得到的锂、铒和镱三掺杂铌酸钠上转换材料的性能与实施例1类似。
对比例1
本对比例提供一种铒和镱双掺杂的铌酸钠上转换材料，其与实施例1的区别在于未进行锂离子掺杂，其制备方法中除未添加锂离子以外，其余均与实施例1一致。
图2是本对比例1提供的铒和镱双掺杂铌酸钠上转换材料与实施例1所制备的锂、铒和镱三掺杂铌酸钠上转换材料的上转换光谱图。如图所示，a为实施例1所制备样品，b为对比例1所制备样品。在980nm激光激发下，a和b都发现有510~570nm波段绿光和640~680nm波段上转换红光，并观察到当材料掺杂锂离子后，上转换红光和绿光的发光强度均有明显提高。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锂、铒和镱三掺杂铌酸钠上转换材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将铒源、镱源、铌源、锂源和钠源溶解于溶剂中到混合溶液；所述铒源、镱源、铌源、锂源和钠源的摩尔比为1~6.051 :10.09~18 :321~337.2 :0~654.9 :9824；所述溶剂为水和乙二醇的混合溶剂，所述水和乙二醇的体积比为1:1~4；
S2：所述混合溶液于260~270℃下反应24~48h，过滤，干燥后得沉淀物；
S3：将所述沉淀物于900~1050℃下煅烧0.5~2h，即得到锂、铒和镱三掺杂铌酸钠上转换材料。
2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述铒源为五水硝酸铒或四水醋酸铒中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述镱源为五水硝酸镱或醋酸镱中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述铌源为五氧化二铌。
5.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述锂源为一水氢氧化锂或氢氧化锂中的一种或几种；所述钠源为氢氧化钠。
6.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述铒源、镱源、铌源、锂源和钠源的摩尔比为5.92:17.76:321:654.9:9824。
7.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，S2中反应的温度为270℃，时间为24h。
8.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，S3中煅烧的温度为1050℃，时间为2h。
9.一种锂、铒和镱三掺杂铌酸钠上转换材料，其特征在于，通过权利要求1~7任一所述制备方法制备得到。
10.权利要求9所述锂、铒和镱三掺杂铌酸钠上转换材料在生物医学成像、显示、照明或温度传感中的应用。
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