CN109321247B - 一种钬离子掺杂的钽酸盐发光材料及其制备方法与应用 - Google Patents

一种钬离子掺杂的钽酸盐发光材料及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钬离子掺杂的钽酸盐发光材料及其制备方法与应用，该发光材料的化学通式为La2‑2xHo2xTa12O33，其中基质为稀土钽酸盐La2Ta12O33，x为激活剂Ho3+离子的掺杂摩尔比，0.001≤x≤0.30；该材料采用高温固相法制备得到，样品在紫外光的激发下发射出～1200纳米的近红光，发光强度高，光谱宽，在激光输出、信息通讯领域有着潜在的应用。本发明的钽酸盐发光材料制备简单、生产成本低。

Description

一种钬离子掺杂的钽酸盐发光材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及无机发光材料领域，特别涉及一种钬离子掺杂的钽酸盐发光材料及其制备方法与应用。
背景技术
近红外光指的是波长范围为700～2500纳米的电磁波，与可见光不同，通常物体对于近红外光的吸收很小，很多物体在近红外光面前几乎“透明”，并且近红外光在传播过程当中受其他物质影响较小。由此，产生了研究近红外光与物质相互作用的近红外技术。作为一个新兴的、具有独特功能的光学技术领域，近红外技术在军事侦察、红外伪装、物质分析、医疗检测、非线性光学材料等多个领域发挥着重要作用。
稀土发光材料是一种重要的功能材料之一，是在外界光的激发下，由激活剂稀土离子的4f外层电子在不同能级间跃出而产生的辐射。稀土离子因其特殊的外层电子结构，而具有比过渡金属离子所无法比拟的光谱性质，近年来，随着稀土元素的分离、提纯技术的长足进步，稀土发光材料的研究和应用得到显著发展，稀土发光材料已广泛应用在显示照明、显像、新光源、医学放射图像、辐射场的探测和记录等领域等各个方面。
在众多稀土离子中，Ho3+作为激活离子，直接激发Ho3+离子的发光效率较低，缺乏实用价值。因此，通过寻找合适的敏化基质、实现基质到稀土Ho3+离子的能量传递、提高Ho3+近红外发光强度，是一种重要的方法和途径。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种钬离子掺杂的钽酸盐发光材料，其在紫外波段能够被有效激发，实现近红外发光，实现基质光吸收对Ho3+离子的敏化作用。
本发明的目的之二是提供上述钬离子掺杂的钽酸盐发光材料的制备方法，制备条件简单，无污染。
本发明的目的之三是提供上述钬离子掺杂的钽酸盐发光材料的应用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种钬离子掺杂的钽酸盐发光材料，其化学通式为：La2-2xHo2xTa12O33，其中基质为稀土钽酸盐La2Ta12O33，x为激活剂Ho3+离子的掺杂摩尔比，0.001≤x≤0.30。
该材料在紫外光激发下发射出主波长在1200纳米的近红外光。
本发明提供的上述钬离子掺杂的钽酸盐发光材料的制备方法，采用高温固相法，具体包括以下步骤：
(1)根据化学通式La2-2xHo2xTa12O33中各元素的化学计量比，分别称取含镧离子La3+的化合物、含钬离子Ho3+的化合物、含钽离子Ta5+的化合物，研磨并混合均匀，得到原料混合物；其中0.001≤x≤0.30；
(2)将步骤(1)得到的原料混合物置于马弗炉中，在空气气氛下预煅烧，预煅烧温度为900～1100℃，预煅烧时间为1～6小时；
(3)将步骤(2)预煅烧后的混合物自然冷却到室温，研磨并混合均匀后，再次置于马弗炉中，在空气气氛中煅烧，煅烧温度为1200～1350℃，煅烧时间为2～10小时；
(4)将步骤(3)煅烧后的混合物自然冷却到室温，研磨均匀后得到钽酸盐发光材料。
优选的，步骤(3)中，煅烧温度为1250～1300℃，煅烧时间为3～6小时。
优选的，步骤(1)中，所述的含镧离子La3+的化合物为氧化镧或硝酸镧；所述的含钬离子Ho3+的化合物为氧化钬或硝酸钬；所述的含钽离子Ta5+的化合物为钽酸锂。
本发明还提供上述钬离子掺杂的钽酸盐发光材料的发光应用。
本发明提供的钬离子掺杂的钽酸盐发光材料在紫外光的激发下，发射出主波长在1200纳米附近的近红外光，可应用于激光输出、信息通讯领域。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明的产物荧光粉具有紫外吸收的特质，能与掺杂的稀土激活离子之间进行能量传递，在紫外光激发下实现近红外发光，发射中心位于～1200纳米，发光强度高，光谱宽，可应用于激光输出、信息通讯领域；
(2)本发明的Ho3+激活的钽酸盐发光材料为La2Ta12O33纯相，具有制备简单、无废气废液排放，对环境友好等优点。
附图说明
图1为本发明实施例1制备La1.7Ho0.3Ta12O33的X射线粉末衍射图谱；
图2为本发明实施例1制备La1.7Ho0.3Ta12O33的扫描电子显微镜图；
图3为本发明实施例1制备La1.7Ho0.3Ta12O33的激发光谱，监测波长1200纳米；
图4为本发明实施例1制备La1.7Ho0.3Ta12O33的发射光谱，激发波长280纳米；
图5为本发明实施例4制备La1.8Ho0.2Ta12O33的X射线粉末衍射图谱；
图6为本发明实施例4制备La1.8Ho0.2Ta12O33的扫描电子显微镜图；
图7为本发明实施例4制备La1.8Ho0.2Ta12O33的激发光谱，监测波长为1200纳米；
图8为本发明实施例4制备La1.8Ho0.2Ta12O33的发射光谱，激发波长为280纳米。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1：制备La1.7Ho0.3Ta12O33
(1)根据化学通式La1.7Ho0.3Ta12O33中各元素的化学计量比，分别称取氧化镧La2O30.693克，氧化钬Ho2O3 0.1418克，钽酸锂LiTaO3 7.08克，在玛瑙研钵中研磨并混合均匀，得到原料混合物；
(2)将步骤(1)得到的原料混合物置于马弗炉中，在空气气氛下于900℃预煅烧6小时；
(3)将步骤(2)预煅烧后的混合物自然冷却到室温，研磨并混合均匀后，再次置于马弗炉中，在空气气氛中于1300℃煅烧2小时；
(4)将步骤(3)煅烧后的混合物自然冷却到室温，研磨均匀后得到钽酸盐发光材料。
对所得样品进行性能检测，具体结果参照附图1-4。
参照附图1，X射线粉末衍射图谱表明制备的样品为La2Ta12O33纯相，激活剂Ho3+的加入并未影响晶体的形成，结晶度好；
参照附图2，从扫描电子显微镜图可以看出，样品颗粒粒径为1～3微米；
参照附图3，1200纳米对应的激发光谱显示该发光材料在230～310纳米范围内有吸收；
参照附图4，在280纳米激发下，样品可产生峰值位于1200纳米左右的近红外光。
实施例2：制备La1.6Ho0.4Ta12O33
(1)根据化学通式La1.6Ho0.4Ta12O33中各元素的化学计量比，分别称取分别称取氧化镧La2O3 0.652克，氧化钬Ho2O3 0.189克，钽酸锂LiTaO3 7.08克，在玛瑙研钵中研磨并混合均匀，得到原料混合物；
(2)将步骤(1)得到的原料混合物置于马弗炉中，在空气气氛下于1000℃预煅烧1小时；
(3)将步骤(2)预煅烧后的混合物自然冷却到室温，研磨并混合均匀后，再次置于马弗炉中，在空气气氛中于1200℃煅烧10小时；
(4)将步骤(3)煅烧后的混合物自然冷却到室温，研磨均匀后得到钽酸盐发光材料。
X射线衍射分析表明其为单一的晶相；SEM图、激发光谱图、荧光光谱图与实施例1中样品相似。
实施例3：制备La1.4Ho0.6Ta12O33
(1)根据化学通式La1.4Ho0.6Ta12O33中各元素的化学计量比，分别称取硝酸镧La(NO3)3·6H2O 1.01克，硝酸钬H10HoNO8 0.317克，钽酸锂LiTaO3 4.72克，在玛瑙研钵中研磨并混合均匀，得到原料混合物；
(2)将步骤(1)得到的原料混合物置于马弗炉中，在空气气氛下于950℃预煅烧3小时；
(3)将步骤(2)预煅烧后的混合物自然冷却到室温，研磨并混合均匀后，再次置于马弗炉中，在空气气氛中于1300℃煅烧6小时；
(4)将步骤(3)煅烧后的混合物自然冷却到室温，研磨均匀后得到钽酸盐发光材料。
X射线衍射分析表明其为单一的晶相；SEM图、激发光谱图、荧光光谱图与实施例1中样品相似。
实施例4：制备La1.8Ho0.2Ta12O33
(1)根据化学通式La1.8Ho0.2Ta12O33中各元素的化学计量比，分别称取氧化镧La2O30.7335克，氧化钬Ho2O3 0.0945克，钽酸锂LiTaO3 7.08克，在玛瑙研钵中研磨并混合均匀，得到原料混合物；
(2)将步骤(1)得到的原料混合物置于马弗炉中，在空气气氛下于1000℃预煅烧3小时；
(3)将步骤(2)预煅烧后的混合物自然冷却到室温，研磨并混合均匀后，再次置于马弗炉中，在空气气氛中于1280℃煅烧4小时；
(4)将步骤(3)煅烧后的混合物自然冷却到室温，研磨均匀后得到钽酸盐发光材料。
对所得样品进行性能检测，具体结果参照附图5-8。
参照附图5，X射线粉末衍射图谱表明制备的样品为La2Ta12O33纯相，激活剂Ho3+的加入并未影响晶体的形成，结晶度好；
参照附图6，从扫描电子显微镜图可以看出，样品颗粒粒径为1～3微米；
参照附图7，1200纳米对应的激发光谱显示该发光材料在230～310纳米范围内有吸收；
参照附图8，在280纳米激发下，样品可产生峰值位于1200纳米左右的近红外光。
实施例5：制备La1.998Ho0.002Ta12O33
(1)根据化学通式La1.998Ho0.002Ta12O33中各元素的化学计量比，分别称取氧化镧La2O3 1.6248克，氧化钬Ho2O3 0.002克，钽酸锂LiTaO3 14.16克，在玛瑙研钵中研磨并混合均匀，得到原料混合物；
(2)将步骤(1)得到的原料混合物置于马弗炉中，在空气气氛下于1000℃预煅烧5小时；
(3)将步骤(2)预煅烧后的混合物自然冷却到室温，研磨并混合均匀后，再次置于马弗炉中，在空气气氛中于1300℃煅烧5小时；
(4)将步骤(3)煅烧后的混合物自然冷却到室温，研磨均匀后得到钽酸盐发光材料。
X射线衍射分析表明其为单一的晶相；SEM图、激发光谱图、荧光光谱图与实施例4中样品相似。
实施例6：制备La1.9Ho0.1Ta12O33
(1)根据化学通式La1.9Ho0.1Ta12O33中各元素的化学计量比，分别称取硝酸镧La(NO3)3·6H2O 2.057克，硝酸钬H10HoNO8 0.08克，钽酸锂LiTaO3 7.08克，在玛瑙研钵中研磨并混合均匀，得到原料混合物；
(2)将步骤(1)得到的原料混合物置于马弗炉中，在空气气氛下于1050℃预煅烧3小时；
(3)将步骤(2)预煅烧后的混合物自然冷却到室温，研磨并混合均匀后，再次置于马弗炉中，在空气气氛中于1300℃煅烧5小时；
(4)将步骤(3)煅烧后的混合物自然冷却到室温，研磨均匀后得到钽酸盐发光材料。
X射线衍射分析表明其为单一的晶相；SEM图、激发光谱图、荧光光谱图与实施例4中样品相似。

Claims (6)

1.一种钬离子掺杂的钽酸盐发光材料，其特征在于，其化学通式为：La2-2xHo2xTa12O33，其中x为激活剂Ho3+离子的掺杂摩尔比，0.001≤x≤0.30。
2.根据权利要求1所述的钬离子掺杂的钽酸盐发光材料，其特征在于，该材料在紫外光激发下发射出主波长在1200纳米的近红外光。
3.一种权利要求1或2所述的钬离子掺杂的钽酸盐发光材料的制备方法，其特征在于，采用高温固相法，具体包括以下步骤：
（1）根据化学通式La2-2xHo2xTa12O33中各元素的化学计量比，分别称取含镧离子La3+的化合物、含钬离子Ho3+的化合物、含钽离子Ta5+的化合物，研磨并混合均匀，得到原料混合物；其中0.001≤x≤0.30；
（2）将步骤（1）得到的原料混合物置于马弗炉中，在空气气氛下预煅烧，预煅烧温度为900～1100℃，预煅烧时间为1～6小时；
（3）将步骤（2）预煅烧后的混合物自然冷却到室温，研磨并混合均匀后，再次置于马弗炉中，在空气气氛中煅烧，煅烧温度为1200～1350℃，煅烧时间为2～10小时；
（4）将步骤（3）煅烧后的混合物自然冷却到室温，研磨均匀后得到钽酸盐发光材料。
4.根据权利要求3所述的钬离子掺杂的钽酸盐发光材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，煅烧温度为1250～1300℃，煅烧时间为3～6小时。
5.根据权利要求3所述的钬离子掺杂的钽酸盐发光材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述的含镧离子La3+的化合物为氧化镧或硝酸镧；所述的含钬离子Ho3+的化合物为氧化钬或硝酸钬；所述的含钽离子Ta5+的化合物为钽酸锂。
6.权利要求1或2所述的钬离子掺杂的钽酸盐发光材料在激光输出、信息通讯领域的应用。
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