CN114106829B - 一种Mn2+掺杂红光长余辉发光材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种掺杂Mn2+的红光长余辉发光材料及其制备方法，该材料的化学表达式为：LiYGeO4：xMn2+，其中x的摩尔比取值范围是0.25％～2％；该材料的制备步骤为：将Li2CO3、Y2O3、GeO2和MnCO3按摩尔比1：1：2：2x混合后研磨均匀，然后在800℃空气气氛中预烧2h，然后自然冷却至室温后再次进行研磨，再在1200℃空气气氛中高温烧结5h，待自然冷却后研磨，最后得到掺杂Mn2+的红光长余辉发光材料。本发明采用LiYGeO4作为基质，原材料取材广泛且成本较低，操作简单，适合大规模工业生产，所制得的强红光长余辉发光材料具有余辉宽峰，发射波段位于红光区域，并且余辉时间超过30分钟，具备良好的应用前景。

Description

一种Mn2+掺杂红光长余辉发光材料及其制备方法
技术领域
本发明属于光催化领域，具体涉及一种Mn2+掺杂红光长余辉发光材料及其制备方法。
背景技术
长余辉发光材料又称为蓄光型发光材料，如古代的夜明珠、夜光杯等，是一种历史悠久的光致发光材料。在激发光照射下，长余辉材料能够吸收并储存光源的能量，在停止激发后，再以光的形式将能量缓慢释放出来。由于其可以利用日光或灯光储光在夜晚或黑暗处发光，因而广泛应用在夜间应急指示、仪表显示、低度照明、生物成像等诸多领域。目前大部分长余辉的研究都集中在蓝色、绿色长余辉发光材料上，对强余辉性能的红光(600-760nm)长余辉发光材料的报道相对较少。
发射波段位于红光区的长余辉发光材料具有荧光寿命长、组织穿透性强的特点，可以实现激发光和发射光的分离，有效避免了“原位激发”产生的组织背景荧光的干扰，从而大幅提高成像系统的信噪比和分辨率，在生物成像领域具有潜在的应用前景。而目前，在红光区的材料研发较少，因而，开发一种发射波段位于红光区的掺杂长余辉发光材料在生物荧光成像领域具有广阔的应用前景。
发明内容
为填补红外长余辉材料报道较少的技术空白，本发明提供一种Mn2+掺杂红光长余辉发光材料。
本发明提供的红光长余辉发光材料的成分是LiYGeO4：xMn2+，其中x的摩尔比取值范围是0.25％～2％。
本发明还提供该材料的制备方法，具体包括以下步骤：
S1：将Li2CO3、Y2O3、GeO2和MnCO3按摩尔比1：1：2：2x混合，然后研磨均匀，得到混合料；
S2：将S1中得到的混合料置于坩埚中，放入高温炉中，在空气气氛中预烧后，自然冷却到室温；
S3：将S2中所得产物进行研磨，研磨后再放到空气气氛的高温炉中进行高温烧结；然后待自然冷却后，再次研磨，即可得到掺杂Mn2+的红光长余辉发光材料。
进一步地，其中步骤S2中预烧的温度为800℃，预烧的时间为2个小时；
进一步地，其中步骤S3中高温烧结的温度为1200℃，高温烧结的时间为5个小时。
本发明具有以下的有益效果：
(1)本发明的Mn2+掺杂的红光长余辉发光材料，采用LiYGeO4作为基质，经紫外-可见光辐照后具有强红光长余辉发光特性，余辉宽峰发射，发射波段位于红光区域，余辉发光肉眼可见，并且余辉时间超过30分钟，发光时间较长。
(2)本发明采用Li2CO3、Y2O3、GeO2和MnCO3作为原材料来制备Mn2+掺杂的红光长余辉发光材料，原材料取材广泛且成本较低；其操作过程中简单，仅需要将各化合物进行混合研磨和煅烧，操作环境温和，无需还原气氛保护，操作简单，适合大规模工业生产。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为本发明的制备流程图。
图2为本发明实施例1-6制备的材料的X射线衍射图谱。
图3为本发明实施例1制备的材料的长余辉发光照片。
图4为本发明实施例1制备的材料在紫外光下照射2分钟后的长余辉发射光谱。
图5为本发明实施例1制备的材料在紫外光下照射10分钟后的长余辉衰减曲线图。
图6为本发明实施例1制备的材料的激发光谱。
图7为本发明实施例1-6制备的材料在紫外光下照射2分钟后的长余辉发射光谱对比图。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
本发明制备的材料为LiYGeO4：xMn2+，其中x的摩尔比取值范围是0.25％～2％，图1是本发明的掺杂Mn2+的红光长余辉发光材料的制备流程。
实施例1
本实施例的掺杂Mn2+的红光长余辉发光材料为LiYGeO4：0.75％Mn2+，其制备步骤为：
S1：将Li2CO3、Y2O3、GeO2和MnCO3按摩尔比1：1：2：1.5％混合，然后研磨均匀，得到混合料；
S2：将S1中得到的混合料置于刚玉坩埚中，放入高温炉中，在空气气氛中预烧，预烧温度800℃，预烧时间2h，自然冷却到室温；
S3：将S2中所得产物进行研磨，研磨后再放到空气气氛的高温炉中进行高温烧结，烧结温度1200℃，烧结时间5h；待自然冷却后，再次研磨，可得到掺杂Mn2+的红光长余辉发光材料LiYGeO4：0.75Mn2+。
实施例2
本实施例的掺杂Mn2+的红光长余辉发光材料为LiYGeO4：0.25％Mn2+，其制备步骤为：
S1：将Li2CO3、Y2O3、GeO2和MnCO3按摩尔比1：1：2：0.5％混合，然后研磨均匀，得到混合料；
S2：将S1中得到的混合料置于刚玉坩埚中，放入高温炉中，在空气气氛中预烧，预烧温度800℃，预烧时间2h，自然冷却到室温；
S3：将S2中所得产物进行研磨，研磨后再放到空气气氛的高温炉中进行高温烧结，烧结温度1200℃，烧结时间5h；待自然冷却后，再次研磨，可得到掺杂Mn2+的红光长余辉发光材料LiYGeO4：0.25Mn2+。
实施例3
本实施例的掺杂Mn2+的红光长余辉发光材料为LiYGeO4：0.5％Mn2+，其制备步骤为：
S1：将Li2CO3、Y2O3、GeO2和MnCO3按摩尔比1：1：2：1％混合，然后研磨均匀，得到混合料；
S2：将S1中得到的混合料置于刚玉坩埚中，放入高温炉中，在空气气氛中预烧，预烧温度800℃，预烧时间2h，自然冷却到室温；
S3：将S2中所得产物进行研磨，研磨后再放到空气气氛的高温炉中进行高温烧结，烧结温度1200℃，烧结时间5h；待自然冷却后，再次研磨，可得到掺杂Mn2+的红光长余辉发光材料LiYGeO4：0.5Mn2+。
实施例4
本实施例的掺杂Mn2+的红光长余辉发光材料为LiYGeO4：1％Mn2+，其制备步骤为：
S1：将Li2CO3、Y2O3、GeO2和MnCO3按摩尔比1：1：2：2％混合，然后研磨均匀，得到混合料；
S2：将S1中得到的混合料置于刚玉坩埚中，放入高温炉中，在空气气氛中预烧，预烧温度800℃，预烧时间2h，自然冷却到室温；
S3：将S2中所得产物进行研磨，研磨后再放到空气气氛的高温炉中进行高温烧结，烧结温度1200℃，烧结时间5h；待自然冷却后，再次研磨，可得到掺杂Mn2+的红光长余辉发光材料LiYGeO4：1Mn2+。
实施例5
本实施例的掺杂Mn2+的红光长余辉发光材料为LiYGeO4：1.5％Mn2+，其制备步骤为：
S1：将Li2CO3、Y2O3、GeO2和MnCO3按摩尔比1：1：2：3％混合，然后研磨均匀，得到混合料；
S2：将S1中得到的混合料置于刚玉坩埚中，放入高温炉中，在空气气氛中预烧，预烧温度800℃，预烧时间2h，自然冷却到室温；
S3：将S2中所得产物进行研磨，研磨后再放到空气气氛的高温炉中进行高温烧结，烧结温度1200℃，烧结时间5h；待自然冷却后，再次研磨，可得到掺杂Mn2+的红光长余辉发光材料LiYGeO4：1.5Mn2+。
实施例6
本实施例的掺杂Mn2+的红光长余辉发光材料为LiYGeO4：2％Mn2+，其制备步骤为：
S1：将Li2CO3、Y2O3、GeO2和MnCO3按摩尔比1：1：2：4％混合，然后研磨均匀，得到混合料；
S2：将S1中得到的混合料置于刚玉坩埚中，放入高温炉中，在空气气氛中预烧，预烧温度800℃，预烧时间2h，自然冷却到室温；
S3：将S2中所得产物进行研磨，研磨后再放到空气气氛的高温炉中进行高温烧结，烧结温度1200℃，烧结时间5h；待自然冷却后，再次研磨，可得到掺杂Mn2+的红光长余辉发光材料LiYGeO4：2Mn2+。
实验结果分析：
利用X射线衍射仪对实施例1-6所得Mn2+掺杂的红光长余辉发光材料进行分析，结果如附图2所示，由图可知，该衍射图谱与LiYGeO4的标准衍射图谱(JCDPDS 02-3479)一致，说明掺入Mn2+并没有引起新物相的生成，这证明了本实施例得到的红光长余辉发光材料是LiYGeO4纯相，化学稳定性好。
将实施例1制备的Mn2+掺杂的红光长余辉发光材料在紫外光下照射5分钟后，利用CCD相机采集不同时刻的长余辉发光照片，得到图3，其中(a)t＝0，(b)t＝30s，(c)t＝1min，(d)t＝5min，(e)t＝10min，(f)t＝30min，由图2可见，余辉强度随时间逐渐衰减，持续强度可达30min。
将实施例1中制备的Mn2+掺杂的红光长余辉发光材料在紫外光下照射2分钟后，测试其长余辉发射光谱，得到图4，由图4可知，其属于余辉宽峰发射，峰值位于660nm左右，在红光范围内。
将实施例1中制备的Mn2+掺杂的红光长余辉发光材料在紫外光下照射10分钟后，测试其衰减情况，得到图5，由图5可知其衰减时间可达到30min。
在检测波长650nm下，测试本发明实施例1制备的Mn2+掺杂的红光长余辉发光材料的激发光谱，得到图6，由图可知，改材料的激发波段位于紫外光区，其峰值位于254nm左右。
将本发明实施例1-6制备的Mn2+掺杂的红光长余辉发光材料在紫外光下照射2分钟后测试其长余辉发射光谱并进行对比，得到图7，由图7可知实施例1-6的余辉均为宽峰发射，均位于红光范围内。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种掺杂Mn2+的红光长余辉发光材料，其特征在于：其化学表达式为：LiYGeO4：xMn2+，其中x的摩尔比取值范围是0.25％～2％。
2.根据权利要求1所述的一种掺杂Mn2+的红光长余辉发光材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将Li2CO3、Y2O3、GeO2和MnCO3按摩尔比1：1：2：2x混合，然后研磨均匀，得到混合料；
S2：将S1中得到的混合料置于坩埚中，放入高温炉中，在空气气氛中预烧后，自然冷却到室温；
S3：将S2中所得产物进行研磨，研磨后再放到空气气氛的高温炉中进行高温烧结；然后待自然冷却后，再次研磨，即可得到掺杂Mn2+的红光长余辉发光材料。
3.根据权利要求2所述的一种掺杂Mn2+的红光长余辉发光材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中预烧的温度为800℃，预烧的时间为2个小时。
4.根据权利要求2所述的一种掺杂Mn2+的红光长余辉发光材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中高温烧结的温度为1200℃，高温烧结的时间为5个小时。
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