CN116925764A - 一种核壳复合结构增强的稀土下转换发光材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种核壳复合结构增强的稀土下转换发光材料的制备方法。现有的稀土下转换发光材料存在：发光强度低、波长窄、稳定性差等问题。利用核壳复合结构来增强稀土下转换发光性能，存在复杂、成本高等问题。本发明采用核壳复合结构，利用壳层增强材料的稳定性，同时增强对光的吸收和发射的效率，提高发光亮度，其制备方法主要包括：芯体制备、壳体制备、工艺优化与后处理。本发明优点：1.利用核壳复合结构来增强稀土下转换发光性能，提高发光强度和光谱范围。2.制备方法简单，成本低廉，可以大规模生产。3.具有高透光率，可用于太阳能电池的薄膜涂层以提升其光电转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池领域，特别涉及一种用于增强稀土下转换发光性能的核壳复合结构的制备方法，具体涉及到利用Yb3+离子、稀土离子和过渡金属离子制作的一种高透光率且具有宽光谱下转换的稀土下转换发光材料。
背景技术
随着全球能源需求的增长和化石能源的日益枯竭，太阳能作为一种无限可再生的清洁能源备受关注。利用太阳能的主要手段之一是通过太阳能电池实现太阳能到电能的转化，然而，目前太阳能电池的光电转换效率仍然有限，硅基太阳能电池由于光子能量与硅材料间隙间的不匹配，使得光电转换效率最高只能达到25.0％，较低的转换效率限制了其在实际应用中的广泛推广，因此，提高太阳能电池的光电转换效率成为当前研究的热点之一。
稀土元素具有特殊的电子结构和光学性质，在半导体材料中已经得到广泛关注。在太阳能电池中引入稀土元素，通过下转化的方式将高能太阳光转化为低能光，来提高其光电转换效率，降低成本。这种转换材料可以直接应用于现有的电池上，而不受电池种类的限制，不管是硅基太阳能电池，还是薄膜电池。稀土离子发光主要为4f-4f之间的宇称禁止的量子跃迁，其寿命较长，带隙比较窄，4f-5d之间电偶极允许的跃迁，发光寿命比较短，带隙较宽，这些稀土离子的能级结构与光致氧化还原会使得稀土下转换材料存在发光强度低、波长窄、稳定性差、寿命短等问题。
常见的提高稀土发光材料发光强度的方法有掺杂碱金属离子、改变掺杂离子浓度、构造核壳结构等。其中改变掺杂碱金属离子或掺杂离子浓度都需要不断调整最佳掺杂浓度来调控稀土发光材料发光强度，在超过最佳浓度时，会发生浓度猝灭现象，灵活度低，难以控制。而核壳结构可以提高粒子稳定性、增强表面反应活性、改变粒子表面电荷，防止与外部介质发生物理或化学作用，同时很大程度上可以减少浓度猝灭现象，提高实用性。
稀土下转层材料主要被放置于的太阳能电池顶部透明层中，下转换层辐射光子的损失，要减少通过下转换层的折射率匹配的，或通过使用在下转换层上加入减反射涂层。目前大多数下转换的研究也是集中在粉体、玻璃陶瓷以及玻璃。由于粉体的散射性强，不透明，所以大部分下转换粉体不可能应用于太阳电池；而玻璃陶瓷及玻璃虽然具有一定的透过性，但其工艺复杂，成本高，并且其与晶体硅太阳电池集成困难也同样限制了其在晶体硅上的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种增强稀土下转换发光性能，具有高透光率且宽光谱的稳定核壳复合结构的粉末的制备方法。本发明提供的技术步骤如下：
步骤一：宽光谱芯体材料的制备与处理
操作1:将稀土盐A、过渡金属盐B、镱盐与溶液C溶质物质的量分别按照摩尔比(0.01～0.15):(0.01～0.15)：(0.01～0.1)：(0.01～0.1)进行配比得到混合溶液1。将混合溶液1放入搅拌器中搅拌0.5～2h，使得化学物质完全溶解反应；再将其放入不锈钢反应釜中，用100～195摄氏度干燥箱加热，保存12h，等待反应冷却到室温，离心后收集；
其中稀土盐A为稀土氯化物、稀土硝酸盐或稀土氧化物中的一种，稀土离子包括Pr3+，Tb3+，Er3+，Eu3+，Ho3+，Tm3+或Ce3+中的一种；过渡金属盐B为过渡金属氯化物、过渡金属碳酸盐或过渡金属氧化物中的一种，过渡金属离子包括Ti2+，Mn2+，Cr3+，Re4+或Sc3+的一种；镱盐为碳酸镱、氯化镱或硝酸镱中的一种；溶液C的溶质为硝酸盐、尿素、氟化铵和氢氧化钠、乙二醇、十八烷烯和油酸的一种；
操作2：复合粉末进行水洗-球磨-干燥处理
将复合粉末1水洗超过3次以上，并在60-100℃的干燥箱中干燥4-24h。将粉末球磨均匀成混合粉体2，球磨机转速为300-1000rpm，时间为1-2小时。将混合粉体2用恒温干燥箱干燥，温度为80-100℃，干燥时间为10-24h，干燥后获得的球磨产物即为下转换芯体粉末，其平均颗粒尺寸为：20nm-50nm；
步骤二：下转换核壳复合结构材料的制备与处理
操作1：按质量分数5％，称取步骤1所得下转换芯体和外壳溶液，其中外壳材料主要包括氧化物、硫化物、碳酸盐中的一种，其带隙需大于5eV，固体在0-100温度区间具有良好的化学稳定性，质量分数为10％～60％；
操作2：将芯体颗粒悬浮于外壳材料溶液中，放入温度80-100℃微波反应室，功率80-150W。使用磁力搅拌器搅拌20-40分钟，得到核壳复合结构系统下转换发光材料备用溶液；
操作3：将操作2所获得备用溶液过滤干燥，即获得核壳复合结构下转换颗粒材料，干燥温度80-120摄氏度，时间为3-10h。核壳复合结构平均颗粒尺寸：30nm-60nm；
步骤三：核壳复合结构下转换发光粉体材料的后处理工艺
操作1：过滤、水洗
将核壳复合结构下转换颗粒材料，水洗至少4遍以上。在温度为80-100℃真空干燥箱干燥4-10小时，干燥物粉末密封备用；
操作2：球磨退火
将上述操作1所获得备用干燥物粉末放置高能球磨机球磨，转速300-600rpm，球磨6-72h。球磨产物在真空或保护气氛环境下，退火时间2-4小时，温度700-1200℃。制备的核壳复合结构增强稀土下转换发光的颗粒尺寸为25-55nm；
基于以上生产方案，即获得宽光谱、高光学透过率、高稳定性及高分散与长寿命的核壳复合结构下转换发光粉体材料。所获得粉体材料应具有以下特征：可作为硅基太阳能电池组件的稀土下转换发光增强涂层材料，应用于该涂层后，其反射率可降低到10％以下，光电转换效率可提升5％以上。
具体实施方式
为更加具体的解释本发明所述的生产过程与原理，特举出实施例。实施例仅为了解释与说明，并不对本发明范围有所限定。
实施例1
稀土离子-Yb3+-过渡金属核壳复合结构：以镧系稀土铈，镱，过渡金属锰为芯体颗粒主要元素、三氧化二铝为壳体为例，且三氧化二铝带隙为8.8eV。
步骤1：按照摩尔浓度配比的方法，使用共沉淀法制备稀土掺杂下转换颗粒粉体材料，称取1.5mmolCeCl3，1mmolNaCl，0.1mmolMnCl2·4H2O和1mmolYbCl3·6H2O溶解于10ml盐酸溶液(质量浓度分数为36.0％),其中Ce3+的摩尔浓度为0.15mol/L，Mn2+的摩尔浓度为0.01mol/L，Yb3+的摩尔浓度为0.1mol/L。室温下磁力搅拌器以700r/min的速度搅拌1h，使化学物质完全溶解。然后在不锈钢反应器中用干燥箱加热至195℃，保存12小时。将反应器冷却至室温，离心后收集。
步骤2：水洗，每次用50ml的异丙醇洗涤复合粉末，进行4次的冲洗，并在60℃的干燥箱中干燥4h，干燥后获得初级芯体粉末；
步骤3：通过球磨机进行球磨，球磨机转速为500rpm，球磨时间在1小时，球磨后的平均粒径为24nm；
步骤4：将均匀混合粉体使用恒温干燥箱干燥，温度设置为80℃，干燥24h,干燥后获得的球磨产物即为下转换芯体粉末；
步骤5：按质量分数5％进行配比，称取步骤4所得下转换芯体0.53g、固含量20％纳米三氧化二铝溶胶悬浮液10g，备用；
步骤6：将下转换芯体悬浮于外壳材料溶液中，放入微波反应室中，微波功率100W，在温度100度时使用磁力搅拌器搅拌30分钟即为核壳复合结构稀土下转换发光材料备用溶液；
步骤7：将步骤6所获得备用溶液过滤干燥，干燥温度100摄氏度，时间为4h，即得到核壳复合结构下转换颗粒，平均粒径为36nm；
步骤8：将步骤7干燥后的样品，采用水洗5遍，在温度为100℃真空干燥箱干燥5小时，干燥物粉末密封备用；
步骤9：将步骤8所获得样品放置高能球磨机中球磨，转速300rpm，时间15h。球磨产物在真空环境下退火，时间4小时，退火温度900℃。所制备的核壳复合结构增强的稀土下转换发光材料颗粒平均粒径为32nm；
将退火所制备的粉末材料，在石英Si衬底上喷涂沉积不同厚度的一系类样品，进行紫外/可见分光光度计透光度测试，制备的核壳复合下转换粉末在可见光和红外区均具有良好的透过率，平均透过率均大于89％，整个反射谱中平均反射率为10％，可以同时进行两个波段光子的吸收，分别经过Mn3+-Yb3+和Ce3+-Yb3+离子对的近红外下转换，能够扩展其吸收范围，实现宽光谱下转换；
采用稳态/瞬态荧光光谱仪进行下转换发光谱和寿命衰减曲线测试，在Si衬底上喷涂沉积不同厚度的一系类样品，所有样品在可见和近红外部分均有发射峰。使用积分衰减曲线计算近红外下转换理论量子效率，核壳复合结构下转换发光粉体能量传递效率达到65％，下转换量子效率为175％；
作为硅基太阳能电池组件的稀土下转换发光增强涂层材料，应用于该涂层后，光电转换效率可提升5.5％。
实施例2
稀土离子-Yb3+-过渡金属核壳复合结构：以镧系稀土铈，镱，过渡金属锰为芯体颗粒主要元素、三氧化二铝为壳体为例，且三氧化二铝带隙为8.8eV。
步骤1：按照摩尔浓度配比的方法，使用共沉淀法制备稀土掺杂下转换颗粒粉体材料，称取0.1mmolCeCl3，1mmolNaCl，0.1mmolMnCl2·4H2O和0.1mmolYbCl3·6H2O溶解于10ml盐酸溶液(质量浓度分数为36.0％),其中Ce3+的摩尔浓度为0.01mol/L，Mn2+的摩尔浓度为0.01mol/L，Yb3+的摩尔浓度为0.01mol/L。室温下磁力搅拌器以700r/min的速度搅拌1h，使化学物质完全溶解。然后在不锈钢反应器中用干燥箱加热至195℃，保存12小时。在1h合成的晶体平均尺寸为0.048mm,将反应器冷却至室温，离心后收集。
步骤2：水洗，每次用50ml的异丙醇洗涤复合粉末，进行4次的冲洗，并在60℃的干燥箱中干燥4h，干燥后获得初级芯体粉末；
步骤3：通过球磨机进行球磨，球磨机转速为500rpm，球磨时间在1小时，球磨后的平均粒径为23nm；
步骤4：将均匀混合粉体使用恒温干燥箱干燥，温度设置为80℃，干燥24h,干燥后获得的球磨产物即为下转换芯体粉末；
步骤5：按质量分数5％进行配比，称取步骤4所得下转换芯体0.53g、固含量20％纳米三氧化二铝溶胶悬浮液10g，备用；
步骤6：基于步骤5配方量，将下转换芯体悬浮于外壳材料溶液中，放入微波反应室中，微波功率100W，在温度100度时使用磁力搅拌器搅拌30分钟即为核壳复合结构稀土下转换发光材料备用溶液；
步骤7：将步骤6所获得备用溶液过滤干燥，干燥温度100摄氏度，时间为4h，即得到核壳复合结构下转换颗粒材料平均粒径为35nm；
步骤8：将步骤7干燥后的样品，水洗5遍，在温度为100℃真空干燥箱干燥5小时，干燥物粉末密封备用；
步骤9：将步骤8所获得样品放置高能球磨机中球磨，转速300rpm，时间15h。球磨产物在真空环境下退火，时间4小时，退火温度900℃。所制备的核壳复合结构增强的稀土下转换发光材料颗粒平均粒径为30nm；
将退火所制备的粉末材料，在石英Si衬底上喷涂沉积不同厚度的一系类样品，进行紫外/可见分光光度计透光度测试，制备的核壳复合下转换粉末在可见光和红外区均具有良好的透过率，制备的样品平均透过率均大于89％，整个反射谱中平均反射率为10.1％，可以同时进行两个波段光子的吸收，分别经过Mn3+-Yb3+和Ce3+-Yb3+离子对的近红外下转换，能够扩展其吸收范围，实现宽光谱下转换
采用稳态/瞬态荧光光谱仪进行下转换发光谱和寿命衰减曲线测试，在Si衬底上喷涂沉积不同厚度的一系类样品，所有样品在可见和近红外部分均有发射峰。使用积分衰减曲线计算近红外下转换理论量子效率，核壳复合结构下转换发光粉体能量传递效率达到65％，下转换量子效率为170％
作为硅基太阳能电池组件的稀土下转换发光增强涂层材料，应用于该涂层后，光电转换效率可提升5.4％。
实施例3
稀土离子-Yb3+-过渡金属核壳复合结构：以镧系稀土铈，镱，过渡金属锰为芯体颗粒主要元素、三氧化二铝为壳体为例，且三氧化二铝带隙为8.8eV。
步骤1：按照摩尔浓度配比的方法，使用共沉淀法制备稀土掺杂下转换颗粒粉体材料，称取1.5mmolCeCl3，1mmolNaCl，1.5mmolMnCl2·4H2O和1mmol YbCl3·6H2O溶解于10ml盐酸溶液(质量浓度分数为36.0％)中,其中Ce3+的摩尔浓度为0.15mol/L，Mn2+的摩尔浓度为0.15mol/L，Yb3+的摩尔浓度为0.1mol/L。室温下磁力搅拌器以700r/min的速度搅拌1h，使化学物质完全溶解。然后在不锈钢反应器中用干燥箱加热至195℃，保存12小时。在1h合成的晶体平均尺寸为0.055mm,将反应器冷却至室温，离心后收集。
步骤2：水洗，每次用50ml的异丙醇洗涤复合粉末，进行4次的冲洗，并在60℃的干燥箱中干燥4h，干燥后获得初级芯体粉末；
步骤3：通过球磨机进行球磨，球磨机转速为500rpm，球磨时间在1小时，球磨后的平均粒径为25nm；
步骤4：将均匀混合粉体使用恒温干燥箱干燥，温度设置为80℃，干燥24h,干燥后获得的球磨产物即为下转换芯体粉末；
步骤5：按质量分数5％进行配比，称取步骤4所得下转换芯体0.53g、固含量20％纳米三氧化二铝溶胶悬浮液10g，备用；
步骤6：基于步骤5配方量，将下转换芯体悬浮于外壳材料溶液中，放入微波反应室中，微波功率100W，在温度100度时使用磁力搅拌器搅拌30分钟即为核壳复合结构稀土下转换发光材料备用溶液；
步骤7：将步骤6所获得备用溶液过滤干燥，干燥温度100摄氏度，时间为4h，即得到核壳复合结构下转换颗粒材料平均粒径为38nm；
步骤8：将步骤7干燥后的样品，水洗5遍，在温度为100℃真空干燥箱干燥5小时，干燥物粉末密封备用；
步骤9：将步骤8所获得样品放置高能球磨机中，球磨转速300rpm，球磨15h后。球磨产物在真空环境下退火，时间4小时，退火温度900℃。所制备的核壳复合结构增强的稀土下转换发光材料颗粒平均粒径为35nm；
将退火所制备的粉末材料，在石英Si衬底上喷涂沉积不同厚度的一系类样品，进行紫外/可见分光光度计透光度测试，制备的核壳复合下转换粉末在可见光和红外区均具有良好的透过率，制备的样品平均透过率均大于89％，整个反射谱中平均反射率为9.9％，可以同时进行两个波段光子的吸收，分别经过Mn3+-Yb3+和Ce3+-Yb3+离子对的近红外下转换，能够扩展其吸收范围，实现宽光谱下转换
采用稳态/瞬态荧光光谱仪进行下转换发光谱和寿命衰减曲线测试，在Si衬底上喷涂沉积不同厚度的一系类样品，所有样品在可见和近红外部分均有发射峰。使用积分衰减曲线计算近红外下转换理论量子效率，核壳复合结构下转换发光粉体能量传递效率达到65％，下转换量子效率为180％
作为硅基太阳能电池组件的稀土下转换发光增强涂层材料，应用于该涂层后，光电转换效率可提升5.7％。
实施例4
稀土离子-Yb3+-过渡金属核壳复合结构：以镧系稀土铈，镱，过渡金属锰为芯体颗粒主要元素、三氧化二铝为壳体为例，且三氧化二铝带隙为8.8eV。
步骤1：按照摩尔浓度配比的方法，使用共沉淀法制备稀土掺杂下转换颗粒粉体材料，称取1.5mmolCeCl3，1mmolNaCl，0.1mmolMnCl2·4H2O和1mmol YbCl3·6H2O溶解于10ml盐酸溶液(质量浓度分数为36.0％)中,其中Ce3+的摩尔浓度为0.15mol/L，Mn2+的摩尔浓度为0.01mol/L，Yb3+的摩尔浓度为0.1mol/L。室温下磁力搅拌器以700r/min的速度搅拌1h，使化学物质完全溶解。然后在不锈钢反应器中用干燥箱加热至195℃，保存12小时。在1h合成的晶体平均尺寸为0.058mm,将反应器冷却至室温，离心后收集。
步骤2：水洗，每次用50ml的异丙醇洗涤复合粉末，进行4次的冲洗，并在60℃的干燥箱中干燥4h，干燥后获得初级芯体粉末；
步骤3：通过球磨机进行球磨，球磨机转速为500rpm，球磨时间在1小时，球磨后的平均粒径为28nm；
步骤4：将混合粉体使用恒温干燥箱干燥，温度设置为80℃，干燥24h,干燥后获得的球磨产物即为下转换芯体粉末；
步骤5：按质量分数5％进行配比，称取步骤4所得下转换芯体0.53g、固含量20％纳米三氧化二铝溶胶悬浮液10g，备用；
步骤6：基于步骤5配方量，将下转换芯体悬浮于外壳材料溶液中，放入微波反应室中，微波功率100W，在温度100度时使用磁力搅拌器搅拌30分钟即为核壳复合结构稀土下转换发光材料备用溶液；
步骤7：将步骤6所获得备用溶液过滤干燥至，干燥温度100摄氏度，时间为4h，即得到核壳复合结构下转换颗粒材料平均粒径为42nm；
步骤8：将步骤7干燥后的样品，水洗5遍，在温度为100℃真空干燥箱干燥5小时，干燥物粉末密封备用；
步骤9：将步骤8所获得样品放置高能球磨机中，球磨转速300rpm，球磨15h后。球磨产物在真空环境下退火，时间4小时，退火温度900℃。所制备的核壳复合结构增强的稀土下转换发光材料颗粒平均粒径为38nm；
将退火所制备的粉末材料，在石英Si衬底上喷涂沉积不同厚度的一系类样品，进行紫外/可见分光光度计透光度测试，制备的核壳复合下转换粉末在可见光和红外区均具有良好的透过率，制备的样品平均透过率均大于89％，整个反射谱中平均反射率为9.8％，可以同时进行两个波段光子的吸收，分别经过Mn3+-Yb3+和Ce3+-Yb3+离子对的近红外下转换，能够扩展其吸收范围，实现宽光谱下转换
采用稳态/瞬态荧光光谱仪进行下转换发光谱和寿命衰减曲线测试，在Si衬底上喷涂沉积不同厚度的一系类样品，所有样品在可见和近红外部分均有发射峰。使用积分衰减曲线计算近红外下转换理论量子效率，核壳复合结构下转换发光粉体能量传递效率达到65％，下转换量子效率为178％
作为硅基太阳能电池组件的稀土下转换发光增强涂层材料，应用于该涂层后，光电转换效率可提升5.9％。
实例5：
稀土离子-Yb3+-过渡金属核壳复合结构：以锕系稀土铕，镱，过渡金属钪为芯体颗粒主要元素、二氧化硅为壳体为例，且二氧化硅带隙为8.9eV。
步骤1：按照摩尔浓度配比的方法，使用溶剂热法制备稀土掺杂下转换粉体颗粒，称取0.1mmol的Eu(NO3)3·6H2O，0.1mmol的Sc(NO3)3·H2O，0.4mmol的Yb(NO3)3·6H2O和2mmolNaNO3溶解于10ml聚乙二醇中，混合均匀。再将2.5g的氟化铵溶解于10ml聚乙二醇中，将二者溶液快速混合。其中Eu3+的摩尔浓度为0.05mol/L，Sc3+的摩尔浓度为0.05mol/L，Yb3+的摩尔浓度为0.02mol/L。室温下磁力搅拌器以900r/min的速度搅拌30min，使化学物质完全溶解。然后在放置于不锈钢高压釜中，在干燥箱200℃下加热保存12小时，等待反应器冷却至室温，将反应得到的溶液离心收集。
步骤2：水洗，每次用50ml的无水乙醇洗涤复合粉末，进行5次的冲洗，并在80℃的干燥箱中干燥24h，干燥后获得初级芯体粉末；
步骤3：通过球磨机进行球磨，球磨机转速为350rpm，球磨时间在1小时，球磨后的平均粒径为20nm；
步骤4：将混合粉体使用恒温干燥箱干燥，温度设置为80℃，干燥24h，干燥后获得的球磨产物即为下转换芯体粉末；
步骤5：按质量分数5％进行配比，称取步骤4所得下转换芯体0.53g、硅溶胶5g(固含量为40％)，加入6ml水中进行稀释，备用；
步骤6：将下转换芯体悬浮于外壳材料溶液中，放入微波反应室中，微波功率100W，在温度100度时使用磁力搅拌器搅拌40分钟即为核壳复合结构稀土下转换发光材料备用溶液；
步骤7：将步骤6所获得备用溶液过滤干燥，干燥温度120摄氏度，时间为10h，即得到核壳复合结构下转换颗粒材料平均粒径为30nm；
步骤8：将步骤7干燥后的样品，水洗5遍，在温度为100℃真空干燥箱干燥6小时，干燥物粉末密封备用；
步骤9：将步骤8所获得样品放置高能球磨机中，球磨转速300rpm，球磨15h。球磨产物在真空环境下退火，时间4小时，退火温度900℃。所制备的核壳复合结构增强的稀土下转换发光材料颗粒平均粒径为26nm；
将退火所制备的粉末材料，在石英Si衬底上喷涂沉积不同厚度的一系类样品，进行紫外/可见分光光度计透光度测试，制备的核壳复合下转换粉末在可见光和红外区均具有良好的透过率，制备的样品平均透过率均大于90％，整个反射谱中平均反射率为9.3％，可以同时进行两个波段光子的吸收，分别经过Eu3+-Yb3+和Sc3+-Yb3+离子对的近红外下转换，能够扩展其吸收范围，实现宽光谱下转换。
采用稳态/瞬态荧光光谱仪进行下转换发光谱和寿命衰减曲线测试，在Si衬底上喷涂沉积不同厚度的一系类样品，所有样品在可见和近红外部分均有发射峰。使用积分衰减曲线计算近红外下转换理论量子效率，下转换量子效率为190％。
作为硅基太阳能电池组件的稀土下转换发光增强涂层材料，应用于该涂层后，光电转换效率可提升6.5％。
上述仅为本发明的用于示例性说明或解释本发明的原理而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案和思想的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换、修改、改进等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种核壳复合结构增强的稀土下转换发光材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：下转换芯体的制备
1).将稀土盐A、过渡金属盐B、镱盐与溶液C以溶质物质的量计算分别按照摩尔比进行配比(0.01～0.15):(0.01～0.15)：(0.01～0.1)：(0.01～0.1)得到混合溶液1；
2).将混合溶液1放入搅拌器中搅拌0.5～2h，使得化学物质完全溶解反应；再将其放入不锈钢反应釜中，用100～195摄氏度干燥箱加热，保存12h，等待反应冷却到室温，离心后收集；
3).水洗复合粉末，进行3次以上的冲洗，并在60～100℃的干燥箱中干燥4～24h，干燥后获得初级芯体粉末；
4).通过球磨机进行球磨，球磨机转速为300～1000rpm，球磨时间在1～2小时；
5).将混合粉体使用恒温干燥箱干燥，温度设置为80～100℃，干燥10～24h，干燥后获得的球磨产物即为下转换芯体粉末，平均粒径为20～50nm；
步骤二：下转换壳体制备
下转换芯体与外壳溶液按下转换芯体质量分数为5％进行配比得到混合溶液2；混合溶液2进行微波磁力搅拌处理后，获得核壳复合结构系统下转换发光材料备用溶液；备用溶液过滤干燥，干燥温度80～120摄氏度，时间为3～10h，得到核壳复合结构下转换颗粒材料,平均粒径为30～60nm；
步骤三：发光粉体材料的后处理工艺
将干燥后的样品，水洗至少4遍以上，在温度为80～100℃真空干燥箱干燥4～10h，干燥物粉末密封备用；将所获得样品放置高能球磨机中，球磨转速300～600rpm，球磨6～72h后，球磨产物在真空环境或者保护气氛下退火，时间2～4小时，温度700～1200℃。
2.根据权利要求1的制备方法，其特征在于：所述的步骤一中1的稀土盐A为稀土氯化物、稀土硝酸盐或稀土氧化物中的一种，其中稀土元素包括镨、铽、铒、铕、钬、铥或者铈。
3.根据权利要求1的制备方法，其特征在于：所述的步骤一中1的过渡金属盐B为过渡金属氯化物、过渡金属碳酸盐或过渡金属氧化物中的一种，其中过渡金属元素主要包括钛、锰、铬、钪、铼。
4.根据权利要求1的制备方法，其特征在于：所述的步骤一中1的镱盐为碳酸镱、氯化镱或硝酸镱中的一种。
5.根据权利要求1的制备方法，其特征在于：所述的步骤一中1的溶液C的溶质为硝酸盐、尿素、氟化铵和氢氧化钠、乙二醇、十八烷烯和油酸的一种。
6.根据权利要求1的制备方法，其特征在于：所述的步骤二中1的外壳溶液中外壳材料包括于氧化硅、三氧化二铝、氧化锆中的一种，其禁带宽度大于5eV，质量分数为10％～60％。。
7.根据权利要求1的制备方法，其特征在于：所述的步骤二中混合溶液2的芯体颗粒悬浮于外壳溶液，微波处理的功率80～150W，温度80～100℃，进行磁力搅拌器搅拌20～30分钟。
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| CN202310759851.3A Pending CN116925764A (zh) | 2023-06-27 | 2023-06-27 | 一种核壳复合结构增强的稀土下转换发光材料的制备方法 |
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-
2023
- 2023-06-27 CN CN202310759851.3A patent/CN116925764A/zh active Pending
Patent Citations (9)
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