CN110628433A - 一种高效高热稳定性的蓝色上转换发光材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于无机发光材料技术领域，具体涉及近红外光激发的一种高效高热稳定性的蓝色上转换发光材料及其制备方法。本发明采用高温固相法制备Tm³⁺/Yb³⁺共掺杂钙钆铝酸盐，将高纯Gd₂O₃、Yb₂O₃、Tm₂O₃、Al₂O₃和CaCO₃原料按比例混合均匀后，烧结得到Tm³⁺/Yb³⁺共掺杂钙钆铝酸盐发光材料。该发光材料在980 nm近红外光激发下产生476 nm的蓝光发射，且上转换发光效率较高；本发明涉及的发光材料的热稳定性好，对环境友好，可广泛应用于三维立体显示、防伪标记等领域；本发明的制备方法易于操作和工业化生产，生产成本低和具有广阔的发展前景。

Description

一种高效高热稳定性的蓝色上转换发光材料及其制备方法

技术领域

本发明属于无机发光材料技术领域，具体涉及一种高效高热稳定性的蓝色上转换发光材料及其制备方法。

背景技术

稀土离子掺杂的上转换发光材料能够将人眼不可见的近红外光转换成可见光，具有斯托克斯位移大，不受背景光的干扰等优点，可广泛应用于三维显示、激光防伪、生物成像、生物检测、药物载体和新型癌症光动力学治疗等方面。目前大多数高效率上转换发光材料都采用声子能量低的氟化物、硫化物和卤化物等基质，但是这些基质的热稳定性较差，易潮解，且不耐辐射，制备工艺也复杂，从而在一定程度上限制了上转换发光材料在很多特殊领域的推广应用。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明目的是制备一种稳定性好且能够实现近红外光激发的钙钆铝酸盐高效上转换发光材料，该发光材料在近红外光激发下发出单色性较好的蓝光。

Tm³⁺离子在可见和近红外光范围内呈现476 nm，648 nm，792 nm三个发射带，分别归属于Tm³⁺的¹G₄→³H₆，¹G₄→³F₄，³H₄→³H₆的4f组态内跃迁。其中蓝光发射为主要发射带。

本实验选用CaGdAl₃O₇作为基质，该基质不仅热稳定性能优异，晶体结构独特，晶格中相邻阳离子之间距离较大，且稀土Gd³⁺与发光中心Tm³⁺和敏化剂Yb³⁺半径相近，可以实现高浓度掺杂，有利于提高上转换发光强度。同时其化学稳定性好、原材料便宜、合成简单，适合作为新型、高效、经济的上转换发光基质材料。

本发明采用高温固相法制备。本发明制备方法的具体步骤如下：

（1）初始原料为高纯的CaCO₃、Al₂O₃、Gd₂O₃、Tm₂O₃和Yb₂O₃。按照 CaGdAl₃O₇:xTm³⁺,yYb³⁺（x=0.5%,0.8%,1%,2%;y=20%）比例准确称量，将称量好的原料放在玛瑙研钵中加入酒精进行混合研磨，使初始原料混合的更加充分；

（2）待混合均匀的样品充分干燥后，将坩埚放入高温炉中预烧（850-900℃），预烧结时间为1-3小时，自然冷却后，再研磨30分钟；

（3）然后将原料在1300℃下煅烧6小时，之后随炉冷却至常温；

（4）取出粉碎研磨均匀后即可得到上转换发光材料CaGdAl₃O₇:Tm³⁺,Yb³⁺。

本发明的有益效果是：

1.本发明采用传统高温固相法，制备工艺简单，可大规模生产，有较好的市场应用前景。

2.在980nm激发下，可观察到较强的蓝光发射。可实现稀土离子高浓度掺杂的优势，发光性能优异，是一种新型、高效、经济的基质材料，具有广阔的发展前景。

3.本发明的上转换发光材料，具备的优点如下：

（1）本发明的上转换发光材料，在980 nm激发下，发射主峰位于476 nm，色纯度很高的蓝光，且性能稳定。

（2）本发明的上转换材料热稳定性好、抗辐射能力强，可以有效拓展上转换发光材料在宇宙空间和高温条件下的应用。

（3）本发明的上转换发光材料的原料自然界中储量丰富，价格便宜，生产材料的成本低。

附图说明

图1是本发明实施例1制备样品CaGdAl₃O₇:0.5%Tm³⁺,20%Yb³⁺的X射线粉末衍射图谱。

图2是本发明实施例1制备样品CaGdAl₃O₇:0.5%Tm³⁺,20%Yb³⁺在980 nm近红外光激发下得到的上转换发光光谱图。

具体实施方式 按照发明内容中所给出的步骤可制得多种掺杂浓度的Tm³⁺/Yb³⁺共掺杂钙钆铝酸盐蓝色上转换发光材料。

实例1

（1）称量CaCO₃(99.99%)0.30027 g、Al₂O₃(99.99%) 0.745882 g、Gd₂O₃(99.99%)0.43228 g、Tm₂O₃(99.99%)0.00289 g、Yb₂O₃(99.99%) 0.11822 g，置于研钵中，用乙醇作为分散剂研磨，研磨使原料充分混合后烘干；

（2）将烘干后的原料在850℃预烧2小时，降到室温再研磨30分钟；

（3）将混合充分的原料在煅烧温度1300℃下保温6小时后随炉冷却至室温；

（4）取出后研磨，获得近红外光激发的Tm³⁺/Yb³⁺掺杂钙钆铝酸盐上转换发光材料（CaGdAl₃O₇:0.5%Tm³⁺,20%Yb³⁺）。

实例2

（1）称量CaCO₃(99.99%) 0.30027 g、Al₂O₃(99.99%) 0.745882 g、Gd₂O₃(99.99%)0.43065 g、Tm₂O₃(99.99%) 0.00463 g、Yb₂O₃(99.99%) 0.11822 g、，置于研钵中，用乙醇作为分散剂研磨，研磨使原料充分混合后烘干；

（2）将烘干后的原料在900℃预烧2小时，降到室温再研磨30分钟；

（3）将混合充分的原料在煅烧温度1300℃下保温6小时后随炉冷却至室温；

（4）取出后研磨，获得近红外光激发的Tm³⁺/Yb³⁺掺杂钙钆铝酸盐上转换发光材料（CaGdAl₃O₇:0.8%Tm³⁺,20%Yb³⁺）。

实例3

（1）称量CaCO₃(99.99%)0.30027 g、Al₂O₃(99.99%) 0.745882 g、Gd₂O₃ (99.99%)0.42956 g、Tm₂O₃(99.99%) 0.00578 g、Yb₂O₃(99.99%) 0.11822 g、2%H₃BO₃ 0.021007 g，置于研钵中，用乙醇作为分散剂研磨，研磨使原料充分混合后烘干；

（2）将烘干后的原料在850℃预烧2小时，降到室温再研磨30分钟；

（3）将混合充分的原料在煅烧温度1300℃下保温6小时后随炉冷却至室温；

（4）取出后研磨，获得近红外光激发的Tm³⁺/Yb³⁺掺杂钙钆铝酸盐上转换发光材料（CaGdAl₃O₇:1.0%Tm³⁺,20%Yb³⁺）。

Claims (3)

1.Tm³⁺/Yb³⁺共掺杂CaGdAl₃O₇上转换发光材料，其特征在于：该材料的化学式是CaGdAl₃O₇:xTm³⁺/yYb³⁺（x=0.5%,0.8%,1%,2%;y=20%），其中x为的铥离子掺杂的摩尔比，y为镱离子掺杂的摩尔比。

2.根据权利要求1所述的Tm³⁺/Yb³⁺共掺杂CaGdAl₃O₇上转换发光材料的制备方法，可以采用高温固相法，其特征在于，具体包括如下步骤：

（1）初始原料为高纯的CaCO₃、Al₂O₃、Gd₂O₃、Tm₂O₃和Yb₂O₃。

3.按照 CaGdAl₃O₇:xTm³⁺,yYb³⁺（x=0.5%,0.8%,1%,2%;y=20%）比例准确称量，将称量好的原料放在玛瑙研钵中加入酒精进行混合研磨，使初始原料混合的更加充分；

（2）待混合均匀的样品充分干燥后，将坩埚放入高温炉中预烧（850-900℃），预烧结时间为1-3小时，自然冷却后，再研磨30分钟；

（3）然后将原料在1300℃下煅烧6小时，之后随炉冷却至室温；

（4）取出粉碎研磨均匀后即可得到上转换发光材料CaGdAl₃O₇:Tm³⁺,Yb³⁺。