CN109439320B - 一种花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙及其制备方法 - Google Patents

一种花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙及其制备方法。所述材料包括如下步骤制备得到：S1.将原料硝酸钙、硝酸铝、铥源和镱源溶于水中配成混合溶液；S2.将混合溶液的pH值调节至7～8，发生化学共沉淀反应，分离得到沉淀；S3.将得到的沉淀干燥，然后在600～1100℃条件下煅烧8～10h；研磨后即可得到所述花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙。本发明所制备铥镱双掺杂七铝酸十二钙呈花状，厚度大约为10～25nm，是一种三维纳米材料，具有较大的比表面积，并且面与面的接触更为紧密。所制备的花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙在980nm激光激发下可以发射出蓝光和红光。

Description

一种花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙及其制备方法
技术领域
本发明属于光学技术领域，更具体地，涉及一种花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙及其制备方法。
背景技术
新型基质材料-七铝酸十二钙（12CaO∙7Al2O3，C12A7）由于独特的笼状微结构成为当前研究热点之一。C12A7是一种宽带隙半导体氧化物材料（Eg>6eV），具有稳定性、机械强度以及环境友好等优势。C12A7中每个单胞中含有12个笼子，单胞的化学式可表示为[Ca24Al28O64]4++2O2-，每个笼子平均带电量为1/3（+4电荷/12笼子），C12A7整体呈现电中性。C12A7自身独特的微笼子使其晶格能够容纳大量的外来杂质，有利于通过离子掺杂来改变及优化材料的性能。而且C12A7材料在经过还原处理之后，能够由绝缘体变为半导体，甚至最后变为导体。C12A7还具有透明性，有望突破电学传导与光学透明相斥的关系，成为一种新型的透明导体，取代昂贵的氧化铟锡（ITO）应用于太阳能电池中。最近的研究成果表明，尺寸/形貌/相的控制将会影响材料合成和性能。因此，三维花状稀土离子掺杂C12A7将使该材料呈现更加独特的光、电及磁性能，具有重要的研究意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙。本发明所述铥镱双掺杂七铝酸十二钙的微观形貌呈现三维纳米级花状，具有较大的比表面积，并且面与面的接触更为紧密；所述花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙将有效的将980nm波长光转换为上转换可见光。
本发明的另一目的在于提供所述花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙的制备方法
本发明的上述目的是通过以下方案予以实现的：
一种花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙，包括如下步骤制备得到：
S1. 将原料硝酸钙、硝酸铝、铥源和镱源溶于水中配成混合溶液；
S2. 将混合溶液的pH值调节至7～8，发生化学共沉淀反应，分离得到沉淀；
S3. 将得到的沉淀干燥，然后在600～1100℃条件下煅烧8～10h；研磨后即可得到所述花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙；
其中步骤S1的混合溶液中，硝酸钙、硝酸铝、铥源和镱源的摩尔比为：450.6～459.8: 525.7～536.4:1～9.983:4.992～10，其中Ca与Al的摩尔比为12:14。
本发明通过在七铝酸十二钙中掺入特定含量的铥和镱，并在特定温度条件下煅烧，制备得到三维花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙，具有更大的比表面积，并且面与面的接触更为紧密。
优选地，步骤S1中的混合溶液中，硝酸钙、硝酸铝、铥源和镱源的摩尔比为：455.8:531.8:1.999:9.996。
优选地，步骤S1中的混合溶液在沉淀前先进行球磨，球磨时间为12～24h，转速为300rpm。
优选地，步骤S1中的混合溶液在沉淀前先进行球磨，球磨时间为12h。
优选地，步骤S1中所述铥源为硝酸铥或者醋酸铥；所述镱源为硝酸镱或者醋酸镱。
优选地，步骤S1所述硝酸钙为四水硝酸钙；所述硝酸铝为九水硝酸铝；所述铥源为五水硝酸铥；所述镱源为五水硝酸镱。
优选地，步骤S2中采用氨水调节混合溶液的pH值。
优选地，步骤S2中混合溶液的pH值为8。
优选地，步骤S3中的煅烧温度为1100℃；煅烧时间为10h。
优选地，步骤S3中沉淀干燥的温度为90℃，时间为12h。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明所制备铥镱双掺杂七铝酸十二钙呈花状，厚度大约为10～25nm，是一种三维纳米材料，具有较大的比表面积，并且面与面的接触更为紧密。所制备的花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙在980nm激光激发下可以发射出蓝光和红光。
附图说明
图1是实施例1的铥镱双掺杂七铝酸十二钙的XRD图。
图2是实施例1的铥镱双掺杂七铝酸十二钙的SEM图。
图3是实施例1，2和对比例1的铥镱双掺杂七铝酸十二钙的上转换光谱图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做出进一步地详细阐述，所述实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，为可从商业途径得到的试剂和材料。
实施例1
一种花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙，具体的制备过程如下：
（1）将0.064mmol五水硝酸铥、0.3199mmol五水硝酸镱、0.0146mol四水硝酸钙和0.017mol九水硝酸铝加入80mL去离子水中配置成为混合溶液，300rpm球磨24h；
（2）将球磨后的混合溶液用氨水调节至pH=8，进行化学共沉淀反应；分离得到沉淀；
（3）将所得固体沉淀进行90℃干燥12h；然后放置于马弗炉中1100℃煅烧10h，最后进行研磨，即可获得花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙。
图1是本实施例所制备的铥镱双掺杂七铝酸十二钙的XRD图。其中a为七铝酸十二钙标准卡片PDF#48-1882，b为Ca3Al2O6标准卡片PDF#38-1429，c为所制备样品。由图可知，所制备的铥镱双掺杂七铝酸十二钙与七铝酸十二钙标准卡片一致，存在Ca3Al2O6杂相。
图2是本实施例所制备的铥镱双掺杂七铝酸十二钙的SEM图。由图中可以看出，所制备样品为三维花状纳米材料，其厚度大约为10～25nm。
实施例2
本实施例与实施例1相同，不同之处在于：步骤（1）中的五水硝酸铥为0.032mmol，五水硝酸镱为0.32mmol，四水硝酸钙为0.0146mol和九水硝酸铝为0.017mol。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于：步骤1中的五水硝酸铥为0.0321mmol，五水硝酸镱为0.1603mmol，四水硝酸钙为0.0147mol和九水硝酸铝为0.0172mol。
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于：步骤1中的五水硝酸铥为0.3195mmol，五水硝酸镱为0.1597mmol，四水硝酸钙为0.0145mol和九水硝酸铝为0.0169mol。
实施例5
本实施例与实施例1的区别在于：步骤1中的五水硝酸铥为0.3188mmol，五水硝酸镱为0.3188mmol，四水硝酸钙为0.0144mol和九水硝酸铝为0.0168mol。
实施例6
本实施例与实施例1的区别在于：步骤1中的球磨时间为12h。
实施例7
本实施例与实施例1的区别在于：步骤2中的PH=7。
对比例1
本实施例与实施例1相同，不同之处在于：步骤（1）中的五水硝酸铥为0.6348mmol，五水硝酸镱为0.3174 mmol，四水硝酸钙为0.0142mol和九水硝酸铝为0.0166mol。
测试实施例1、2和对比例1制备的铥镱双掺杂七铝酸十二钙的上转换光谱图，测得结果如图3所示。其中，a为实施例1所制备样品，b为实施例2所制备样品，c为对比例1所制备样品。
从图中可以看出，在980nm激光激发下，3个样品均可发出蓝光（450~520nm）和红光（620~690nm）；且蓝光的荧光强度大于红光。但是在镱离子掺杂量不变的条件下，上转换蓝光和红光的发光强度随着铥离子掺杂量的增加而降低。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，对于本领域的普通技术人员来说，在上述说明及思路的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙，其特征在于，包括如下步骤制备得到：
S1.将原料硝酸钙、硝酸铝、铥源和镱源溶于水中配成混合溶液；
S2.将混合溶液的pH值调节至7，发生化学共沉淀反应，分离得到沉淀；
S3.将得到的沉淀干燥，然后在1100℃条件下煅烧10h；研磨后即可得到所述花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙；
其中步骤S1的混合溶液中，四水硝酸钙、九水硝酸铝、五水硝酸铥和五水硝酸镱的摩尔比为：14.6：17：0.064：0.32或14.6：17：0.032：0.32，其中Ca与Al的摩尔比为12：14；
步骤S1中的混合溶液在沉淀前先进行球磨，球磨时间为12h，转速为300rpm。
2.根据权利要求1所述花状铥镱双掺杂七铝酸十二钙，其特征在于，步骤S2中采用氨水调节混合溶液的pH值。
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