CN109652011B - 一种紫外-近红外吸收材料及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无机材料技术领域，尤其涉及一种紫外‑近红外吸收材料及其制备方法与应用。本发明公开了一种紫外‑近红外吸收材料，化学式为CaSrGa4O8:xRe；其中，x为Re的掺杂量，0≤x≤0.03，Re为稀土离子。该材料可以实时感知紫外光的辐照强度，且响应速度快，并能相应地增强自身对紫外光和近红外光的吸收，可以应用在紫外和/或近红外防护用品中，可以吸收紫外光和近红外光，起到防护的作用。
Description
技术领域
本发明涉及无机材料技术领域，尤其涉及一种紫外-近红外吸收材料及其制备方法与应用。
背景技术
随着工业的发展，大气层遭受污染造成臭氧层的破坏。太阳光中本应该被臭氧吸收掉的紫外光因为臭氧层空洞导致更多的紫外线透过大气层照射到地球表面。紫外线对生物细胞具有极强的杀伤力，容易造成晒伤及免疫功能下降，会大大增加人类患皮肤病的概率。同时紫外线对人眼的伤害也比较严重，会明显增加患白内障的机率。此外，太阳中照射到地球表面的近红光占到太阳光的总能量近50％。太阳光的热量之所以能传递到地球，靠的就是红外线辐射。正是有了红外线辐射，才满足了地球上生物繁衍进化的条件。但是并不是红外辐射越强越好。一般在夏天，太阳光较强，红外线辐射剧烈造成温度较高。为了降低温度营造舒适的生活环境，人类要消耗大量能源实现降温。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种紫外-近红外吸收材料及其制备方法与应用，该材料可以实时感知紫外光的辐照强度，且响应速度快，并能相应地增强自身对紫外光和近红外光的吸收。
其具体技术方案如下：
本发明提供了一种紫外-近红外吸收材料，如式(I)所示的化学式：
CaSrGa4O8:xRe，式(I)；
其中，x为Re的掺杂量，0≤x≤0.03，优选为0.001<x<0.02，更优选为0.01，Re为稀土离子。
优选地，所述Re为Eu3+,Pr3+,Yb3+,Nd3+,Gd3+,Dy3+,Sm3+,Ho3+,Er3+或Tm3+中的一种或多种，更优选为Nd3+,Gd3+,Dy3+,Sm3+,Ho3+,Er3+或Tm3+中的一种或多种。
本发明还提供了上述紫外-近红外吸收材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将含钙化合物、含锶化合物、含镓化合物和含Re化合物依次进行研磨、混合和预烧，得到混合物；
步骤2：将所述混合物依次进行研磨和煅烧，得到紫外-近红外吸收材料。
在本发明中，对所有原料的来源并没有特殊的限制，为市售即可。
优选地，所述含钙化合物选自含钙的碳酸盐、含钙的硝酸盐、含钙的氧化物或含钙的草酸盐，更优选为含钙的碳酸盐。
优选地，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草酸盐，更优选为含锶的碳酸盐。
优选地，所述含镓化合物选自含镓的氧化物或含镓的卤化物，更优选为含镓的氧化物。
优选地，所述含Re化合物为含Re的氧化物或含Re的硝酸盐。
优选地，步骤1所述预烧的温度为800℃-1000℃，更优选为850℃-950℃；；
所述预烧时间为4h-6h，更优选为4h-5h。
优选地，所述预烧的气氛为空气气氛。
优选地，步骤2所述煅烧温度为1100℃-1300℃，更优选为1150℃-1250℃；
所述煅烧时间为8h-12h，更优选为9h-12h，进一步优选为9h-10h。
优选地，所述煅烧的气氛为空气气氛。
更优选地，步骤1中将含钙化合物、含锶化合物、含镓化合物和含Re化合物按式(I)中的化学计量比进行称量后进行研磨混合，混合物优选装在坩埚进行预烧，预烧优选在高温管式炉中进行，升温至800℃-1000℃，在空气气氛中保温4h-6h后，优选自然冷却至室温后取出，得到混合物；
步骤2中将混合物再次研磨混合，装在坩埚进行煅烧，煅烧优选在高温管式炉中进行，升温至1100℃-1300℃,在空气气氛中保温8h-12h，优选自然冷却至室温后取出，得到紫外-近红外吸收材料。
本发明还提供了上述紫外-近红外吸收材料或上述制备方法制得的紫外-近红外吸收材料在紫外和/或近红外防护用品中的应用。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明提供了一种紫外-近红外吸收材料，该材料可以实时感知紫外光的辐照强度，且响应速度快，在紫外光照射下由白色变为紫红色，并能相应地增强自身对紫外光和近红外光的吸收，可以应用在紫外和/或近红外防护用品中，可以吸收紫外光和近红外光，起到防护的作用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明中实例1提供的紫外-近红外吸收材料在经过紫外光照前以及紫外光照10秒、30秒、60秒、300秒后的漫反射光谱；
图2是本发明中实例2提供的紫外-近红外吸收材料在经过紫外光激发前后的漫反射光谱；
图3是本发明中实例3提供的紫外-近红外吸收材料在经过紫外光激发前后的漫反射光谱；
图4是本发明中实例4提供的紫外-近红外吸收材料在经过紫外光激发前后的漫反射光谱；
图5是本发明中实例5提供的紫外-近红外吸收材料在经过紫外光激发前后的漫反射光谱；
图6是本发明中实例6提供的紫外-近红外吸收材料在经过紫外光激发前后的漫反射光谱；
图7是本发明中实例7提供的紫外-近红外吸收材料在经过紫外光激发前后的漫反射光谱；
图8是本发明中实例8提供的紫外-近红外吸收材料在经过紫外光激发前后的漫反射光谱；
图9是本发明中实例9提供的紫外-近红外吸收材料在经过紫外光激发前后的漫反射光谱；
图10是本发明中实例10提供的紫外-近红外吸收材料在经过紫外光激发前后的漫反射光谱；
图11是本发明中实例11提供的紫外-近红外吸收材料在经过紫外光激发前后的漫反射光谱。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
按摩尔比例准确称取原料CaCO3、SrCO3、Ga2O3、Dy2O3，其对应的摩尔比为1：1：2：0.01，进行充分混合研磨,将所得到的混合物装在坩埚内，放进高温炉中，升温到900℃，空气气氛下保温5小时，待自然冷却至室温后取出再次研磨后，于空气气氛下1200℃保温10小时，待自然冷却至室温后取出研磨分散后，得到化学组成为CaSrGa4O8:0.01Dy3+的紫外-近红外吸收材料。
图1为本实施例制备的材料在经过紫外光照前以及紫外光照10秒、30秒、60秒、300秒后的漫反射光谱，显示了该材料在不同紫外光照时间下漫反射性能的差异，该材料随着紫外辐射强度的增大呈现出对紫外-近红外区域波段吸收的增强。
实施例2
按摩尔比例准确称取原料CaCO3、SrCO3、Ga2O3、Er2O3，其对应的摩尔比为1：1：2：0.01，进行充分混合研磨,将所得到的混合物装在坩埚内，放进高温炉中，升温到900℃，空气气氛下保温5小时，待自然冷却至室温后取出再次研磨后，于空气气氛下1200℃保温10小时，待自然冷却至室温后取出研磨分散后，得到化学组成为CaSrGa4O8:0.01Er3+的材料。
图2为本实施例制备的紫外-近红外吸收材料在经过紫外光激发前后的漫反射光谱，显示了该材料在紫外光照射下由白色变为紫红色的过程。
实施例3
按摩尔比例准确称取原料CaCO3、SrCO3、Ga2O3、Eu2O3，其对应的摩尔比为1：1：2：0.01，进行充分混合研磨，将所得到的混合物装在坩埚内，放进高温炉中，升温到900℃，空气气氛下保温5小时，待自然冷却至室温后取出再次研磨后，于空气气氛下1200℃保温10小时，待自然冷却至室温后取出研磨分散后，得到化学组成为CaSrGa4O8:0.01Eu3+的紫外-近红外吸收材料。
图3为本实施例制备的紫外-近红外吸收材料在经过紫外光激发前后的漫反射光谱，显示了该材料在紫外光照射下由白色变为紫红色的过程。
实施例4
按摩尔比例准确称取原料CaCO3、SrCO3、Ga2O3、Gd2O3，其对应的摩尔比为1：1：2：0.01，进行充分混合研磨，将所得到的混合物装在坩埚内，放进高温炉中，升温到900℃，空气气氛下保温5小时，待自然冷却至室温后取出再次研磨后，于空气气氛下1200℃保温10小时，待自然冷却至室温后取出研磨分散后，得到化学组成为CaSrGa4O8:0.01Gd3+的紫外-近红外吸收材料。
图4为本实施例制备的紫外-近红外吸收材料在经过紫外光激发前后的漫反射光谱，显示了该材料在紫外光照射下由白色变为紫红色的过程。
实施例5
按摩尔比例准确称取原料CaCO3、SrCO3、Ga2O3、Ho2O3，其对应的摩尔比为1：1：2：0.01，进行充分混合研磨，将所得到的混合物装在坩埚内，放进高温炉中，升温到900℃，空气气氛下保温5小时，待自然冷却至室温后取出再次研磨后，于空气气氛下1200℃保温10小时，待自然冷却至室温后取出研磨分散后，得到化学组成为CaSrGa4O8:0.01Ho3+的紫外-近红外吸收材料。
图5为本实施例制备的紫外-近红外吸收材料在经过紫外光激发前后的漫反射光谱，显示了该材料在紫外光照射下由白色变为紫红色的过程。
实施例6
按摩尔比例准确称取原料CaCO3、SrCO3、Ga2O3、Nd2O3，其对应的摩尔比为1：1：2：0.01，进行充分混合研磨,将所得到的混合物装在坩埚内，放进高温炉中，升温到900℃，空气气氛下保温5小时，待自然冷却至室温后取出再次研磨后，于空气气氛下1200℃保温10小时，待自然冷却至室温后取出研磨分散后，得到化学组成为CaSrGa4O8:0.01Nd3+的紫外-近红外吸收材料。
图6为本实施例制备的紫外-近红外吸收材料在经过紫外光激发前后的漫反射光谱，显示了该材料在紫外光照射下由白色变为紫红色的过程。
实施例7
按摩尔比例准确称取原料CaCO3、SrCO3、Ga2O3、Pr2O3，其对应的摩尔比为1：1：2：0.01，进行充分混合研磨，将所得到的混合物装在坩埚内，放进高温炉中，升温到900℃，空气气氛下保温5小时，待自然冷却至室温后取出再次研磨后，于空气气氛下1200℃保温10小时，待自然冷却至室温后取出研磨分散后，得到化学组成为CaSrGa4O8:0.01Pr3+的紫外-近红外吸收材料。
图7为本实施例制备的紫外-近红外吸收材料在经过紫外光激发前后的漫反射光谱，显示了该材料在紫外光照射下由白色变为紫红色的过程。
实施例8
按摩尔比例准确称取原料CaCO3、SrCO3、Ga2O3、Sm2O3，其对应的摩尔比为1：1：2：0.01，进行充分混合研磨,将所得到的混合物装在坩埚内，放进高温炉中，升温到900℃，空气气氛下保温5小时，待自然冷却至室温后取出再次研磨后，于空气气氛下1200℃保温10小时，待自然冷却至室温后取出研磨分散后，得到化学组成为CaSrGa4O8:0.01Sm3+的紫外-近红外吸收材料。
图8为本实施例制备的紫外-近红外吸收材料在经过紫外光激发前后的漫反射光谱，显示了该材料在紫外光照射下由白色变为紫红色的过程。
实施例9
按摩尔比例准确称取原料CaCO3、SrCO3、Ga2O3、Tm2O3，其对应的摩尔比为1：1：2：0.01，进行充分混合研磨,将所得到的混合物装在坩埚内，放进高温炉中，升温到900℃，空气气氛下保温5小时，待自然冷却至室温后取出再次研磨后，于空气气氛下1200℃保温10小时，待自然冷却至室温后取出研磨分散后，得到化学组成为CaSrGa4O8:0.01Tm3+的紫外-近红外吸收材料。
图9为本实施例制备的紫外-近红外吸收材料在经过紫外光激发前后的漫反射光谱，显示了该材料在紫外光照射下由白色变为紫红色的过程。
实施例10
按摩尔比例准确称取原料CaCO3、SrCO3、Ga2O3、Yb2O3，其对应的摩尔比为1：1：2：0.01，进行充分混合研磨，将所得到的混合物装在坩埚内，放进高温炉中，升温到900℃，空气气氛下保温5小时，待自然冷却至室温后取出再次研磨后，于空气气氛下1200℃保温10小时，待自然冷却至室温后取出研磨分散后，得到化学组成为CaSrGa4O8:0.01Yb3+的紫外-近红外吸收材料。
图10为本实施例制备的紫外-近红外吸收材料在经过紫外光激发前后的漫反射光谱，显示了该材料在紫外光照射下由白色变为紫红色的过程。
实施例11
按摩尔比例准确称取原料CaCO3、SrCO3、Ga2O3，其对应的摩尔比为1：1：2，进行充分混合研磨，将所得到的混合物装在坩埚内，放进高温炉中,升温到900℃，空气气氛下保温5小时，待自然冷却至室温后取出再次研磨后,于空气气氛下1200℃保温10小时，待自然冷却至室温后取出研磨分散后，得到化学组成为CaSrGa4O8的紫外-近红外吸收材料。
图11为本实施例制备的紫外-近红外吸收材料在经过紫外光激发前后的漫反射光谱，显示了该材料在紫外光照射下由白色变为紫红色的过程。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种紫外-近红外吸收材料在紫外和/或红外防护用品中的应用，其特征在于，所述紫外-近红外吸收材料如式（Ⅰ）所示的化学式：
CaSrGa4O8:xRe，式（Ⅰ）；
其中，x为Re的掺杂量，0≤x≤0.01，Re为稀土离子；
所述Re为Eu3+, Pr3+, Yb3+, Nd3+, Gd3+, Dy3+, Sm3+, Ho3+, Er3+或Tm3+中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述紫外-近红外吸收材料的制备方法包括以下步骤：
步骤1：将含钙化合物、含锶化合物、含镓化合物和含Re化合物依次进行研磨、混合和预烧，得到混合物；
步骤2：将所述混合物依次进行研磨和煅烧，得到紫外-近红外吸收材料。
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述含钙化合物选自含钙的碳酸盐、含钙的硝酸盐、含钙的氧化物或含钙的草酸盐。
4.根据权利要求2所述的应用，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草酸盐。
5.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述含镓化合物选自含镓的氧化物或含镓的卤化物。
6.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述含Re化合物为含Re的氧化物或含Re的硝酸盐。
7.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，步骤1所述预烧的温度为800℃-1000℃；
所述预烧时间为4h-6h。
8.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，步骤2所述煅烧温度为1100℃-1300℃；
所述煅烧时间为8h-12h。
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