綠色上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的制備方法
【專利說(shuō)明】
[0001]技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種稀土摻雜氧化物上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的制備方法。
[0002]【背景技術(shù)】上轉(zhuǎn)換發(fā)光是通過多光子機(jī)制將長(zhǎng)波輻射轉(zhuǎn)換為短波輻射，即吸收的光子能量低于發(fā)射的光子能量。上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料能夠在紅外輻射激發(fā)下發(fā)射出可見光，在顯示顯像、光電子學(xué)器件、新光源、X射線增感屏、核物理、輻射場(chǎng)的探測(cè)和記錄、醫(yī)學(xué)放射學(xué)圖像的各種攝像技術(shù)，印刷標(biāo)識(shí)防偽、光學(xué)傳感、全固化短波長(zhǎng)激光器以及生物標(biāo)識(shí)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。稀土元素因其獨(dú)特的電子層結(jié)構(gòu)，具有一般元素所無(wú)法比擬的光譜性質(zhì)，使得稀土成為一個(gè)巨大的發(fā)光寶庫(kù)，為高新技術(shù)提供了諸多性能優(yōu)越的發(fā)光和激光材料。目前，對(duì)稀土摻雜上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的研宄還主要集中在稀土摻雜氟化物材料，而氧化物基質(zhì)具有力學(xué)性能優(yōu)良、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、損傷閾值且制備工藝簡(jiǎn)單、產(chǎn)率高更適合生產(chǎn)和應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)。它的不足之處:氧化物較高的聲子能量使得以氧化物為基質(zhì)的稀土摻雜發(fā)光材料發(fā)光效率低下，且其微觀形貌較難控制。
[0003]
【發(fā)明內(nèi)容】
本發(fā)明的目的是提供一種微觀形貌較易控制，制備工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，適合批量生產(chǎn)的水母狀稀土摻雜MoO3綠色上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的制備方法。
[0004]本發(fā)明是一種以含鉬的化合物與稀土鹽以一定的質(zhì)量比混合在高溫下通過氣相蒸發(fā)法獲得的水母形狀的稀土摻雜MoO3高效綠色上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料。
[0005]上述水母狀稀土摻雜]?003綠色上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的制備方法如下:
[0006](I)稱取MoO3的原材料與稀土鹽，其中，MoO 3的原材料是七鉬酸銨(NH4)6Mo7O24.4H20、正鉬酸銨(NH4)2MoO4, 二鉬酸銨(NH4)2Mo2O7或四鉬酸銨(NH4) 2Μο4013.2H20，稀土鹽是硝酸鉺 Er (NO3) 3.5H20 和硝酸鐿 Yb (NO3) 3.5H20、氯化鉺ErCl3.6H20和氯化鐿YbCl3.6H20或者氧化鉺Er2O3和氧化鐿Yb 203等，所有原料均為固體晶體粉末；
[0007](2)將上述稱取的物料經(jīng)研磨混均后，裝入氧化鋁坩禍，坩禍上覆蓋有單晶硅片作為襯底，然后一起放入馬弗爐中，在空氣氣氛下以5°C /min?20°C /min的速率升至1000°C?1250°C，并在該溫度保持I?2個(gè)小時(shí)；
[0008](3)保溫結(jié)束后隨爐冷卻，待冷卻至室溫后取出單晶硅片，硅片上沉積的即是水母狀的稀土摻雜氧化鉬綠色上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料。
[0009]本發(fā)明的稀土 Er離子摻雜MoO3高效綠色上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料是在非平衡條件下自發(fā)生長(zhǎng)的一種具有水母形態(tài)的圓盤形自組織結(jié)構(gòu)，圓盤中心有結(jié)晶良好的八面體MoO3顆粒團(tuán)簇，團(tuán)簇外由圓心到圓周沿半徑方向MoO3顆粒尺寸逐漸減小。高溫條件下鉬酸銨分解，在蒸發(fā)過程中將部分稀土離子帶出并沉積在單晶硅片表面形成稀土摻雜的MoO3材料。由于稀土離子Yb是Er離子有效的敏化劑，從而在980nm波長(zhǎng)激光激發(fā)下能夠獲得高效上轉(zhuǎn)換發(fā)光。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0011](I)本發(fā)明的產(chǎn)品是一種具有特殊形貌的具有高效上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性的稀土摻雜皿003發(fā)光材料，它在980nm波長(zhǎng)激光激發(fā)下能夠獲得高效綠色上轉(zhuǎn)換發(fā)光；
[0012](2)本發(fā)明的制備工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，適合批量生產(chǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所制備的發(fā)光材料的掃描電子顯微鏡照片圖；
[0014]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1所制備的發(fā)光材料局部微觀組織的掃描電子顯微鏡照片圖；
[0015]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1所制備的發(fā)光材料的X射線衍射譜圖；
[0016]圖4為本發(fā)明實(shí)施例1所制備的發(fā)光材料的電子探針圖；
[0017]圖5為本發(fā)明實(shí)施例1所制備的發(fā)光材料在自然光和976nm激光照射下的光學(xué)顯微照片圖；
[0018]圖6為本發(fā)明實(shí)施例1所制備的發(fā)光材料在976nm激光激發(fā)下的發(fā)光光譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面以具體實(shí)施例的方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明:
[0020]實(shí)施例1
[0021](I)稱取 1g 七鉬酸銨(NH4)6Mo7O24.4H20、0.2g 硝酸鉺 Er (NO3) 3.5H20 和 1.8g 硝酸鐿Yb (NO3)3.5H20，所有原料均為固體晶體粉末；
[0022](2)將上述稱取的物料經(jīng)充分研磨混均后，裝入氧化鋁坩禍，然后在坩禍口覆蓋單晶硅片并一起放入馬弗爐中，在空氣氣氛下以5°C /min的速率升至1250°C，并在該溫度保持I個(gè)小時(shí)；
[0023](3)待保溫結(jié)束隨爐冷卻后取出單晶硅片，在單晶硅片表面即得到水母形狀的稀土 Er和Yb離子共摻雜1003綠色上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料。
[0024]從圖1所示的本實(shí)施例所制備的發(fā)光材料掃描電子顯微鏡照片圖可以看出，所制得的發(fā)光材料是直徑在150nm左右、呈現(xiàn)平面水母形狀的圓盤，圓盤中心有大顆粒存在。有些圓盤獨(dú)立分布，有些圓盤重疊在一起，在重疊的地方有明顯的分界線。從圖2所示的本實(shí)施例所制備的發(fā)光材料的局部微觀組織的掃描電子顯微鏡照片圖可以看出，從圓盤中心沿半徑方向往外，晶粒尺寸逐漸減小。從圖3所示的本實(shí)施例所制備的發(fā)光材料的X射線衍射譜圖可以看出，除了單晶硅的衍射峰，其余衍射峰都對(duì)應(yīng)于正方相MoO3，由于摻雜的Er和Yb離子較少，未出現(xiàn)含Er和Yb化合物的衍射峰。從圖4所示的本實(shí)施例所制備的發(fā)光材料的電子探針圖可以看出，圓盤由Mo和O元素組成，由于Er和Yb的含量太少未能檢測(cè)出Er和Yb的分布。從圖5所不的本實(shí)施例所制備的發(fā)光材料在自然光和976nm激光照射下的光學(xué)顯微照片圖可以看出，在976nm激光激發(fā)下圓盤發(fā)射出明顯的可見光，且發(fā)光區(qū)域與圓盤一一對(duì)應(yīng)。從圖6所示的本實(shí)施例所制備的發(fā)光材料在976nm激光激發(fā)下的發(fā)光光譜圖可以看出，在976nm激光激發(fā)下，圓盤在300nm?900nm波段范圍內(nèi)分別發(fā)射出紫夕卜、藍(lán)色、綠色、紅色和紅外上轉(zhuǎn)換發(fā)光，分別對(duì)應(yīng)于Er3+離子的2H9/2— 4I1572, 4F572- 4I1572,2Hn/2— 4Il5/2，4S3/2— 4!15/2，4F9/2— ^15/2^ ^3/2^ 413/2躍迀，其中在 500.?580.的綠色上轉(zhuǎn)換發(fā)光最強(qiáng)。
[0025]實(shí)施例2
[0026](I)稱取 1g 正鉬酸銨(NH4) 2Mo04、0.2g 氯化鉺 ErCl3.6H20 和 1.8g 氯化鐿YbCl3.6H20，所有原料均為固體晶體粉末；
[0027](2)將上述稱取的物料經(jīng)充分研磨混均后，裝入氧化鋁坩禍，然后在坩禍口覆蓋單晶硅片并一起放入馬弗爐中，在空氣氣氛下以15°C /min的速率升至1100°C，并在該溫度保持1.5個(gè)小時(shí)；
[0028](3)待保溫結(jié)束隨爐冷卻后取出單晶硅片，在單晶硅片表面即得到水母形狀的稀土 Er和Yb離子共摻雜1003綠色上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料。
[0029]實(shí)施例3
[0030](I)稱取 1g 四鉬酸銨(NH4)2Mo4O13.2Η20、0.2g 氧化鉺 Er2O3和 1.8g 氧化鐿 Yb2O3,所有原料均為固體晶體粉末；
[0031](2)將上述稱取的物料經(jīng)充分研磨混均后，裝入氧化鋁坩禍，然后在坩禍口覆蓋單晶硅片并一起放入馬弗爐中，在空氣氣氛下以20°C /min的速率升至1000°C，并在該溫度保持2個(gè)小時(shí)；
[0032](3)待保溫結(jié)束隨爐冷卻后取出單晶硅片，在單晶硅片表面即得到水母形狀的稀土 Er和Yb離子共摻雜1003綠色上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種水母狀稀土摻雜MoO 3綠色上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的制備方法，其特征在于: (1)稱取MoO3的原材料與稀土鹽，其中，MoO3的原材料是七鉬酸銨(NH4)6Mo7O24.4H20、正鉬酸銨(ΝΗ4)2Μο04、二鉬酸銨(NH4)2Mo2O7或四鉬酸銨(NH 4) 2Μο4013.2H20，稀土鹽是硝酸鉺Er (NO3) 3.5H20 和硝酸鐿 Yb (NO3) 3.5H20、氯化鉺 ErCl3.6H20 和氯化鐿 YbCl3.6H20 或者氧化鉺Er2O3和氧化鐿Yb 203等，所有原料均為固體晶體粉末； (2)將上述稱取的物料經(jīng)研磨混均后，裝入氧化鋁坩禍，坩禍上覆蓋有單晶硅片作為襯底，然后一起放入馬弗爐中，在空氣氣氛下以5°C /min?20°C /min的速率升至1000°C?1250°C，并在該溫度保持I?2個(gè)小時(shí)； (3)保溫結(jié)束后隨爐冷卻，待冷卻至室溫后取出單晶硅片，硅片上沉積的即是水母狀的稀土摻雜氧化鉬綠色上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料。
【專利摘要】一種水母狀稀土摻雜MoO3綠色上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的制備方法：稱取MoO3的原材料與稀土鹽，所有原料均為固體晶體粉末；將上述稱取的物料經(jīng)研磨混均后，裝入氧化鋁坩堝，坩堝上覆蓋有單晶硅片作為襯底，然后一起放入馬弗爐中，在空氣氣氛下以5℃/min～20℃/min的速率升至1000℃～1250℃，并在該溫度保持1～2個(gè)小時(shí)；保溫結(jié)束后隨爐冷卻，待冷卻至室溫后取出單晶硅片，硅片上沉積的即是水母狀的稀土摻雜氧化鉬綠色上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料。本發(fā)明的產(chǎn)品是一種具有特殊形貌的具有高效上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性的稀土摻雜MoO3發(fā)光材料，它在980nm波長(zhǎng)激光激發(fā)下能夠獲得高效綠色上轉(zhuǎn)換發(fā)光，制備工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，適合批量生產(chǎn)。
【IPC分類】C09K11-68
【公開號(hào)】CN104762084
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510167161
【發(fā)明人】曹保勝, 董斌, 吳金磊, 何洋洋, 馮志慶, 王雪寒
【申請(qǐng)人】大連民族學(xué)院
【公開日】2015年7月8日
【申請(qǐng)日】2015年4月10日