CN114231278B - 一种可自激活的紫外长余辉发光材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可自激活的紫外长余辉发光材料及其制备方法，该材料的化学表达式为Zn2Al2SiO7，通过Yb进行掺杂后化学式为Zn2Al2SiO7:x％Yb3+，其中0.25≤x≤1.5，其制备方法包含按照2：1：1：0.5x％对ZnO，Al2O3，SiO2，Yb2O3进行混料及研磨，于800℃下预烧2h，再次研磨及1000℃～1300℃，焙烧时间为5h几个步骤。该方案成功制备Zn2Al2SiO7：Yb3+这一具有广泛吸收区域的光致发光材料，其余辉发射峰位于380nm附近，位于200～400nm区间内，且余辉时间长，超过8小时，具有广阔的应用前景；该材料制备方法制备简单，通过熔融法合成了新型镧系发光材料，是一种高效、温和、成本极低的方法。

Description

一种可自激活的紫外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，具体涉及一种可自激活的紫外长余辉发光材料及其制备方法。
背景技术
紫外长余辉发光材料在光动力治疗、光催化、防伪以及信息存储方面有着潜在的应用。余辉发光是通过将激发的电子储存在材料本身的陷阱内储存起来，当关闭光源后，这些电子能够从陷阱中释放出来，产生余辉发光。自激活发光材料因为不需要外加激活剂而具有重要的研究意义。
但是由于紫外长余辉发光材料的发光中心很难被找到，目前仅有少数离子能够被用来作为发光中心，使得目前已知的优异的紫外长余辉发光材料非常少，而优异的可自激活的紫外长余辉发光材料就更少了。
因此，需要研发更多的优异的可自激活的紫外长余辉发光材料，进而促进紫外长余辉发光材料的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种可自激活的紫外长余辉发光材料及其制备方法，促进紫外长余辉发光材料的应用。
实现本发明目的的技术方案是：一种可自激活的紫外长余辉发光材料，其化学表达式为Zn2Al2SiO7。
进一步地，通过Yb对上述材料进行掺杂，掺杂后的化学表达式为Zn2Al2SiO7:x％Yb3+，其中0.25≤x≤1.5。
上述可自激活的紫外长余辉发光材料的制备步骤包括：
S1：混料
按照紫外长余辉发光材料化学表达式中的各化学组分按照2：1：1：0.5x％的化学计量比，称量ZnO，Al2O3，SiO2，Yb2O3,将所取得的各原材料充分研磨，混合均匀，获得原始粉末。
S2:预烧
将S1中制得的混合物在空气氛围中进行预烧，再冷却至室温，得到预烧物；
S3：焙烧
将S2中制得的预烧物充分研磨，混合均匀后进行焙烧，再冷却至室温，得到焙烧物；
S4：研磨
将S3中制得的焙烧物进行充分研磨，获得紫外长余辉发光材料。
进一步地，所述步骤S2中的预烧温度为800℃，预烧时间为2h。
进一步地，所述步骤S3中的焙烧温度为1000℃～1300℃，焙烧时间为5h。
采用了上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：
(1)本发明提供的Zn2Al2SiO7是一种全新的可自激活的紫外长余辉发光材料，对紫外长余辉发光材料的应用具有积极意义。
(2)本发明提供Zn2Al2SiO7:x％Yb3+，其余辉发射峰位于～380nm，且余辉时长超过24小时，大大超过了现有材料的发光强度和余辉时长，在防伪、信息存储、消毒杀菌以及光催化等领域具有良好的应用前景。
(3)该材料制备方法制备简单，通过熔融法合成了新型镧系发光材料，是一种高效、温和、成本极低的方法。
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为本发明实施例1样品的光致激发光谱和发射光谱。
图2为本发明实施例1样品的余辉发光光谱。
图3为本发明实施例1样品的余辉衰减曲线。
图4为本发明实施例1-5中的样品和无掺杂的样品进行XRD对比图。
图5为本发明实施例1中的样品进行SEM扫描及元素半定量分析图。
图6为本发明实施例1-5样品的余辉衰减曲线。
图7为本发明将实施例1与实施例6中制得的样品的余辉强度对比图。
图8为本发明实施例1样品24小时内发光强度观测图片。
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。
(实施例1)
本实施例提供了一种可自激活的紫外长余辉发光材料Zn2Al2SiO7:0.75％Yb3+，其制备步骤如下：
按照可自激活的紫外长余辉发光材料化学表达式中的各化学组分按照2：1：1：0.325的化学计量比，称量ZnO，Al2O3，SiO2，Yb2O3,将上述原料置于玛瑙研钵中加入乙醇研磨10分钟。然后将获得的粉末于800℃中预烧2小时。预烧后的材料再次研磨，并于1300℃中煅烧5小时，最终获得可自激活的紫外长余辉发光材料Zn2Al2SiO7:0.75％Yb3+。
对实施例1所得到的样品进行光致激发光谱和发射光谱测试得到图1，由图1可见，样品在296nm激发下，呈现出宽带发射，发射峰位于370nm。样品在监测370nm发射下，呈现出宽带的激发，激发峰位于300nm。
将实施例1中的样品在254nm的紫外灯照射5分钟后移除光源，测定其余辉发光光谱，得到图2，由图2可知，样品的余辉发射光谱和自身的光致发射光谱基本一致。
将实施例1中的样品在254nm的紫外灯照射5分钟后移除光源，测试其余辉衰减曲线，得到图3，检测到其余辉发射峰位于380nm，其余辉衰减在2小时的时候仍然远远高于背景。
将实施例1中制得的样品在254nm的紫外灯照射5分钟后，在CCD下进行观测，5分钟后依然十分清晰。
(实施例2)
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：Yb3+浓度为0.25mol％。按照化学式准确称量相应的原始材料，分别为氧化锌，氧化铝，氧化硅和氧化镱。将上述原料置于玛瑙研钵中加入乙醇研磨10分钟。然后将获得的粉末于800℃中预烧2小时。预烧后的材料再次研磨，并于1300℃中煅烧5小时，最终获得可自激活的紫外长余辉发光材料Zn2Al2SiO7:0.25％Yb3+。
(实施例3)
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：Yb3+浓度为0.5mol％。按照化学式准确称量相应的原始材料，分别为氧化锌，氧化铝，氧化硅和氧化镱。将上述原料置于玛瑙研钵中加入乙醇研磨10分钟。然后将获得的粉末于800℃中预烧2小时。预烧后的材料再次研磨，并于1300℃中煅烧5小时，最终获得可自激活的紫外长余辉发光材料Zn2Al2SiO7:0.5％Yb3+。
(实施例4)
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：Yb3+浓度为1mol％。按照化学式准确称量相应的原始材料，分别为氧化锌，氧化铝，氧化硅和氧化镱。将上述原料置于玛瑙研钵中加入乙醇研磨10分钟。然后将获得的粉末于800℃中预烧2小时。预烧后的材料再次研磨，并于1300℃中煅烧5小时，最终获得可自激活的紫外长余辉发光材料Zn2Al2SiO7:1％Yb3+。
(实施例5)
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：Yb3+浓度为1.5mol％。按照化学式准确称量相应的原始材料，分别为氧化锌，氧化铝，氧化硅和氧化镱。将上述原料置于玛瑙研钵中加入乙醇研磨10分钟。然后将获得的粉末于800℃中预烧2小时。预烧后的材料再次研磨，并于1300℃中煅烧5小时，最终获得可自激活的紫外长余辉发光材料Zn2Al2SiO7:1.5％Yb3+。
(实施例6)
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：不进行Yb掺杂，按照化学式Zn2Al2SiO7准确称量相应的原始材料，分别为氧化锌，氧化铝，氧化硅。将上述原料置于玛瑙研钵中加入乙醇研磨10分钟。然后将获得的粉末于800℃中预烧2小时。预烧后的材料再次研磨，并于1300℃中煅烧5小时，最终获得可自激活的紫外长余辉发光材料Zn2Al2SiO7。
下面对上述6个实施例中获得的可自激活的紫外长余辉发光材料进行对比：
将实施例1-5中的样品和实施例6的样品进行XRD分析，得到图4，由图4可知，掺杂Yb3+并没有改变样品整体晶型。
将实施例1中的样品进行SEM扫描，并对其元素进行半定量测试，得到图5，由图5可见，Yb3+元素均分分布在样品内部。
将实施例1-5的样品在254nm的紫外灯照射5分钟后移除光源，测定其余辉发光光谱，得到图6，由图6可知，实施例1中的x＝0.75为最佳实施方案。
将实施例1中制得的样品与实施例6的样品进行余辉强度对比，得到图7，由图7可见，掺杂Yb3+元素的Zn2Al2SiO7的发光余辉得到明显增强。
将实施例1中制得的样品254nm的紫外灯照射30分钟后，测试其发光强度，得到图8。由图8可知，样品发光强度可达24小时，远大于现有紫外长余辉发光材料的发光时长。
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 (5)

1.一种可自激活的紫外长余辉发光材料，其特征在于，其化学表达式为Zn2Al2SiO7。
2.一种可自激活的紫外长余辉发光材料，其特征在于，其化学表达式为Zn2Al2SiO7:x%Yb3+，其中0.25≤x≤1.5。
3.根据权利要求2所述的可自激活的紫外长余辉发光材料的制备方法，其特征在于：包含以下步骤：
S1：混料
按照紫外长余辉发光材料化学表达式中的各化学组分2：1：1：0.5x%的化学计量比，称量ZnO、Al2O3、SiO2、Yb2O3,将所取得的各原材料充分研磨，混合均匀，获得原始粉末；
S2:预烧
将S1中制得的混合物在空气氛围中进行预烧，再冷却至室温，得到预烧物；
S3：焙烧
将S2中制得的预烧物充分研磨，混合均匀后进行焙烧，再冷却至室温，得到焙烧物；
S4：研磨
将S3中制得的焙烧物进行充分研磨，获得紫外长余辉发光材料。
4.根据权利要求3所述的可自激活的紫外长余辉发光材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中的预烧温度为800℃，预烧时间为2h。
5.根据权利要求3所述的可自激活的紫外长余辉发光材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中的焙烧温度为1000℃~1300℃，焙烧时间为5h。
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