CN109825295A - 一种具备激光波长测量功能的双激活中心发光材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具备激光波长测量功能的双激活中心发光材料及其制备方法。该材料以Mn4+、Cr3+离子为双激活中心，基质优选钛酸盐，对应材料的化学通式为La2ZnTi(1‑x‑y)CrxMnyO6、Li2Ti(1‑x‑y)CrxMnyO3或Mg2Ti(1‑x‑y)CrxMnyO4，其中0.001≤x≤0.009，0.0001≤y≤0.0025。采用高温固相反应法制备，首先按通式称取原料研磨混合，再进行预烧，再次混合后进行煅烧，制备工艺简单，化学性质稳定，所得双激活中心发光材料具有特殊的激发‑发射光谱特性，利用双激发中心的发光强度比与激发波长之间的单调函数关系，实现其对激光波长的测量。
Description
技术领域
本发明涉及发光材料，尤其涉及一种具备激光波长测量功能的双激活中心发光材料及其制备方法。
技术背景
激光以其相干性好，方向性强，单色性好等特点，在科研、医疗、通讯、军事等领域得到了广泛的应用。对激光波长的测量是激光应用技术中一个重要的环节。传统的激光波长测量方法主要有迈克尔逊干涉法、法布里珀罗干涉法、光栅分光法等。迈克尔逊干涉法通过调节迈克尔逊干涉仪中的反射镜的位置使得两条光束在重合面上产生干涉，通过移动反射镜使干涉条纹的数量发生变化，最后用CCD读取干涉条纹的变化量从而求得波长。法布里-珀罗干涉法和迈克尔逊干涉法相类似。光栅法则是利用光栅直接分光，通过分辨入射光被光栅衍射的角度来确定被测激光的波长。此外，人们还发展了利用双探测器的光谱响应差异来测量激光波长的方法（武树斌, 李春. 测量激光波长的一种新方法[J]. 半导体光电, 2000, 21(5):363-365.）。近年来，一些新的激光波长测量方法得到了发展。中国发明（申请号201811513847）公布了一种基于石墨烯光自旋霍尔效应的波长测量装置及方法。中国发明(申请号：201710010536.5) 公开了一种基于声光效应的波长测量方法。中国发明（申请号：201611150649）公布了一种基于滤波片吸收特性的全自动光波长测量装置及方法，其利用两个滤波片不同的吸收特性，通过建立被测波长与吸收特性曲线之间一一对应的关系，从而实现对波长的测量。本发明研制一种具备激光波长检测功能的双激活中心发光材料，利用双激活中心发光材料具有的特殊激发-发射光谱特性，将对激光波长的测量转化为对双激活中心发光材料两发射峰强度比的测量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具备波长测量功能的双激活中心发光材料及其制备方法，从而为激光波长测量提供一种关键材料，利用该材料的特殊激发-发光特性，实现对激光波长的测量。
本发明的技术方案为：
一种具备波长测量功能的双激活中心发光材料，发光材料掺入两种发光激活中心，被激光照射后，两个激活中心能发出两个独立的发射峰，且在一定激发波长范围内两个发射峰的强度之比随着激发波长呈单调变化关系。也就是说，激发激光波长与两发射峰的强度比值之间一一对应。基于这种对应关系，只需要测量两发射峰的强度并计算它们的比值，就能够确定所对应的激发激光波长。
进一步地，双激活中心发光材料以Mn4+、Cr3+作为双激活中心，即在基质材料中共掺杂Mn4+、Cr3+离子来获得双激活中心。
进一步地，所用的基质材料优选钛酸盐，所得双激活中心发光材料的化学通式为La2ZnTi(1-x-y)CrxMnyO6、Li2Ti(1-x-y)CrxMnyO3或Mg2Ti(1-x-y)CrxMnyO4，其中0.001≤x≤0.009，0.0001≤y≤0.0025。
在Li2Ti(1-x-y)CrxMnyO3中，Cr3+的发射峰为734nm、 Mn4+的发射峰为684nm，能够用于450-500nm的激光波长测量；在Mg2Ti(1-x-y)CrxMnyO4中，Cr3+的发射峰为714nm、Mn4+的发射峰为658nm，能够用于300-400nm的激光波长测量；在La2ZnTi(1-x-y)CrxMnyO6中，Cr3+的发射峰为750nm、Mn4+的发射峰为 708nm，能够用于300-420nm的激光波长测量。
上述的双激活中心发光材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）称样：按化学通式所对应的化学计量比称取原料氧化镧、碳酸锂、氧化镁、氧化锌、氧化铬、碳酸锰和二氧化钛；
（2）混料：将称取的原料混合搅拌，研磨得相应的混合物；
（3）预烧：将步骤（2）所得混合物进行预烧；
（4）煅烧：将预烧后的混合物重新研磨后进行煅烧；
（5）自然冷却，出料粉碎得Mn4+，Cr3+共掺杂的钛酸盐双激活中心发光材料。
进一步地，步骤（2）中，研磨时间为1～3小时。
进一步地，步骤（3）中，预烧温度为800~900℃，预烧时间为2~8小时。
进一步地，步骤（4）中，煅烧温度为1000~1400℃，煅烧时间为4~8小时。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）本发明将激光波长的测量转换为对发光材料重新发出的两个荧光强度比的测量，具备很好的抗干扰能力。与传统的激光波长测量方法相比，基于本发明的激光波长测量方法在构造激光波长测量装置时可以使用更少的光学仪器，且不需要参考激光，从而能够有效地降低成本。
（2）本发明提供的双激活中心发光材料，两激活中心发出的两个荧光带通过滤光片即可进行分离，便于荧光带强度的测量，因而也利于波长测量装置的小型化，紧凑化，智能化。
（3）本发明的具备激光波长测量功能的双激活中心发光材料采用高温固相反应法制备，工艺简单，且生产过程对环境友好，无废气废液排放。
附图说明
图1为实施例1所得Li2Ti0.9949Mn0.0001Cr0.005O3样品Cr3+(734nm)发射峰与Mn4+(684nm)发射峰的积分强度之比随激发波长变化的情况。
图2为实施例2所得MgTi0.9885Mn0.0025Cr0.009O4样品Cr3+(714nm)发射峰与Mn4+(658nm)发射峰的积分强度之比随激发波长变化的情况。
图3为实施例3所得La2ZnTi0.9905Mn0.0005Cr0.009O6样品Cr3+(750nm)发射峰与Mn4+(708nm)发射峰的积分强度之比随激发波长变化的情况。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明并不限于此。
实施例1
制备Li2Ti0.9949Mn0.0001Cr0.005O3材料
按化学组分通式Li2Ti0.9949Mn0.0001Cr0.005O3所对应的化学计量比称取原料碳酸锂3.6950g、氧化铬0.0190g、二氧化钛3.9900g和碳酸锰0.0012 g，充分混合搅拌，研磨1小时，所得混合物在400℃下预烧2小时，将预烧后的混合物重新研磨2小时，在1000℃下煅烧8小时，自然冷却，得到Mn4+、Cr3+共掺杂的钛酸锂发光材料。图1为该样品的两发射峰积分强度之比随激发波长的变化情况，两发射峰强度之比随激发波长变化呈单调变化，从图1能够看出其具有较为良好的单调性。
实施例2
制备MgTi0.9885Mn0.0025Cr0.009O4材料
按化学组分通式MgTi0.9885Mn0.0025Cr0.009O4所对应的化学计量比称取原料氧化镁2.6870g、二氧化钛2.6330g、氧化铬0.0228g和碳酸锰0.0096g，充分混合搅拌，研磨1小时，所得混合物在600℃下预烧4小时，将预烧后的混合物重新研磨2小时，在1400℃下煅烧4小时，自然冷却，出料粉碎即得Mn4+、Cr3+共掺杂的钛酸镁发光材料。图2为该样品的两发射峰积分强度之比随激发波长的变化情况，从图2能够看出其具有较为良好的单调性。
实施例3
制备La2ZnTi0.9905Mn0.0005Cr0.009O6材料
按化学组分通式La2ZnTi0.9905Mn0.0005Cr0.009O6所对应的化学计量比称取原料氧化镧9.7740g、氧化锌2.4423g、氧化铬0.0342、碳酸锰0.0017g和二氧化钛2.3588g，充分混合搅拌，研磨1小时，所得混合物在900℃下预烧8小时，将预烧后的混合物重新研磨2小时，在1275℃下煅烧6小时，自然冷却，出料粉碎即得Mn4+掺杂钛酸锌镧发光材料。图3为该样品的两发射峰强度之比随激发波长的变化情况，从图3能够看出其具有较为良好的单调性。
Claims (8)
1.一种具备激光波长测量功能的双激活中心发光材料，其特征在于，发光材料掺入两种发光激活中心，被激发光照射后两个激活中心发出两个独立的发射峰，且两个发射峰的强度之比随激发波长的变化呈单调变化，通过测量并计算两个发射峰强度比，利用该比值与激发波长的对应关系即能够确定激光波长。
2.根据权利要求1所述的具备激光波长测量功能的双激活中心发光材料，其特征在于，双激活中心发光材料以Mn4+、Cr3+作为双激活中心，即在基质材料中共掺杂Mn4+、Cr3+离子来获得双激活中心。
3.根据权利要求2所述的具备激光波长测量功能的双激活中心发光材料，其特征在于，基质材料为钛酸盐，所得双激活中心发光材料的化学通式分别为La2ZnTi(1-x-y)CrxMnyO6、Li2Ti(1-x-y)CrxMnyO3或Mg2Ti(1-x-y)CrxMnyO4，其中0.001≤x≤0.009，0.0001≤y≤0.0025。
4.根据权利要求3所述的具备激光波长测量功能的双激活中心发光材料，其特征在于，
在Li2Ti(1-x-y)CrxMnyO3中，Cr3+的发射峰为734nm、 Mn4+的发射峰为684nm，能够用于450-500nm的激光波长测量；
在Mg2Ti(1-x-y)CrxMnyO4中，Cr3+的发射峰为714nm、Mn4+的发射峰为658nm，能够用于300-400nm的激光波长测量；
在La2ZnTi(1-x-y)CrxMnyO6中，Cr3+的发射峰为750nm、Mn4+的发射峰为 708nm，能够用于300-420nm的激光波长测量。
5.权利要求1至4任一项所述的双激活中心发光材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）称样：按化学通式所对应的化学计量比称取原料氧化镧、碳酸锂、氧化镁、氧化锌、氧化铬、碳酸锰和二氧化钛；
（2）混料：将称取的原料混合搅拌，研磨得对应的混合物；
（3）预烧：将步骤（2）所得混合物进行预烧；
（4）煅烧：将预烧后的混合物重新研磨后进行煅烧；
（5）自然冷却，出料粉碎得对应的Mn4+、Cr3+的双激活中心发光材料。
6.根据权利要求5所述的双激活中心发光材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，研磨时间为1～3小时。
7.根据权利要求5所述的双激活中心发光材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，预烧温度为800~900℃，预烧时间为2~8小时。
8.根据权利要求5所述的双激活中心发光材料的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，煅烧温度为1000~1400℃，煅烧时间为4~8小时。
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