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CN109370584B - 一种Yb3+激活的立方结构上转换发光材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种Yb3+激活的立方结构上转换发光材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种Yb3+激活的立方结构上转换发光材料及其制备方法和应用。所述上转换发光材料的化学结构式为：Ba3Lu2‑x‑yYbxMyZn5O11，其中，M为碱金属离子Er3+、Tm3+或Ho3+中的一种；0.001≤x≤0.5，0.001≤y≤0.1。本发明提供的上转换发光材料以氧化物为基质材料，具有原料价格低廉、重复率好、化学热稳定性好等优点，在980nm红外光激发下，能够实现蓝、绿、橙上转换发光；可用于显示照明、激光防伪、荧光标记等领域。本发明提供的制备方法简单可行，易于操作、易于量产、无污染、成本低。

Description

一种Yb3+激活的立方结构上转换发光材料及其制备方法和 应用
技术领域
本发明属于发光材料领域，具体涉及一种Yb3+激活的立方结构上转换发光材料及其制备方法和应用。
背景技术
上转换发光材料是一种重要的功能材料，它所具有的特殊性质使其在激光防伪、生物荧光标记和短波长激光器等领域有广泛的应用，因此制备转换效率高、性能稳定的新型上转换发光材料是当前稀土发光材料的热点之一。
稀土离子掺杂上转换发光材料基质主要分为三类：卤化物、氟化物和氧化物。但目前卤化物和氟化物都存在明显缺陷。卤化物化学性质不稳定，容易吸潮，不利于实际应用。氟化物是目前研究最多的一种上转换发光基质材料，但氟化物化学稳定性差，合成条件高。而氧化物相比而言，化学性能稳定、制备条件要求低，是一种潜在的实现高转化率的上转换发光材料。
稀土镱离子与其他镧系离子相比，它的4f电子所受屏蔽较少，所以镱离子和其他稀土离子容易产生合作发光现象。文献表明，镱离子掺杂的Ba3Lu2Zn5O11至今未见报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中上转换发光材料基质中卤化物、氟化物化学稳定性差，合成条件高，不利于实际应用等缺陷和不足，提供一种Yb3+激活的立方结构上转换发光材料。本发明提供的上转换发光材料以氧化物为基质材料，具有原料价格低廉、重复率好、化学热稳定性好等优点，在980nm红外光激发下，能够实现蓝、绿、橙上转换发光；可用于显示照明、激光防伪、荧光标记等领域。
本发明的另一目的在于提供上述Yb3+激活的立方结构上转换发光材料的制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述Yb3+激活的立方结构上转换发光材料在显示照明、激光防伪或荧光标记领域中的应用。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种Yb3+激活的立方结构上转换发光材料，所述上转换发光材料的化学结构式为：Ba3Lu2-x-yYbxMyZn5O11，其中，M为碱金属离子Er3+、Tm3+或Ho3+中的一种；0.001≤x≤0.5，0.001≤y≤0.1。
本发明提供的上转换发光材料以氧化物为基质材料，具有原料价格低廉、重复率好、化学热稳定性好等优点，在980nm红外光激发下，能够实现蓝、绿、橙上转换发光；可用于显示照明、激光防伪、荧光标记等领域。
优选地，0.1≤x≤0.2。
优选地，0.01≤y≤0.02。
上述上转换发光材料的制备方法，包括如下制备步骤：
S1：将含Ba的化合物、含Lu的化合物、含Yb化合物、含M的化合物和含Zn化合物，研磨混合均匀，得到混合物；
S2：将所述混合物在1250～1450℃、空气气氛中焙烧1～10h，研磨分散即得到所述上转换发光材料。
本发明提供的制备方法简单可行，易于操作、易于量产、无污染、成本低。
本领域常用的含Ba的化合物、含Lu的化合物、含Yb的化合物、含M的化合物、含Zn的化合物均可用于本发明中。
优选地，S1中所述含Ba的化合物为BaO或BaCO3。
优选地，S1中所述含Lu的化合物为Lu2O3。
优选地，S1中所述含Yb的化合物为Yb2O3、Yb(NO3)3或YbCl3。
优选地，S1中所述含M的化合物为M2O3、M(NO3)3或MCl3。
优选地，S1中所述含Zn化合物为ZnO。
优选地，S2中所述焙烧的温度为1400℃。
优选地，S2中所述焙烧的时间为4h。
上述上转换发光材料在显示照明、激光防伪或荧光标记领域中的应用也在本发明的保护范围内。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供的上转换发光材料以氧化物为基质材料，具有原料价格低廉、重复率好、化学热稳定性好等优点，在980nm红外光激发下，能够实现蓝、绿、橙上转换发光；可用于显示照明、激光防伪、荧光标记等领域。本发明提供的制备方法简单可行，易于操作、易于量产、无污染、成本低。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的一种Yb3+激活的立方结构上转换发光材料的XRD图；
图2为本发明实施例1提供的上转换发光材料的发光光谱图；
图3为本发明实施例2提供的上转换发光材料的激发光谱图；
图4为本发明实施例3提供的上转换发光材料的发光光谱图。
具体实施方式
下面结合实施例进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下例实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照本领域常规条件或按照制造厂商建议的条件；所使用的原料、试剂等，如无特殊说明，均为可从常规市场等商业途径得到的原料和试剂。本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
实施例1
一种Yb3+激活的立方结构上转换发光材料，其化学结构式为Ba3Lu1.89Yb0.1Er0.01Zn5O11，通过如下制备方法制备得到。
选取碳酸钡、氧化镥、氧化锌、氧化镱、氧化铒作起始原料，按各元素摩尔配比Ba:Lu:Zn:Yb:Er =3:1.89:5:0.1:0.01, 对应x=0.1，y=0.01，分别称取5种原料，控制原料混合物总重为20克。进行充分研磨混合，放入高温炉中，在1300℃条件下焙烧4小时，冷却至室温时取出，研磨分散后，得到一种Yb3+激活的立方结构上转换发光材料，其组成为Ba3Lu1.89Yb0.1Er0.01Zn5O11。
图1为本发明实施例1得到的上转换发光材料XRD图，从图中可以看出，谱图与Ba3Lu2Zn5O11相一致，证明成功得到了材料无杂峰。图2为本发明实施例1得到的橙色上转换发光材料的发光光谱图。
实施例2
一种Yb3+激活的立方结构上转换发光材料，其化学结构式为Ba3Lu1.89Yb0.1Ho0.01Zn5O11，通过如下制备方法制备得到。
选取碳酸钡、氧化镥、氧化锌、氧化镱、氧化钬作起始原料，按各元素摩尔配比Ba:Lu:Zn:Yb:Ho =3:1.89:5:0.1:0.01, 对应x=0.1，y=0.01，分别称取5种原料，控制原料混合物总重为20克。进行充分研磨混合，放入高温炉中，在1400℃条件下焙烧2小时，冷却至室温时取出，研磨分散后，得到一种Yb3+激活的立方结构上转换发光材料，其组成为Ba3Lu1.89Yb0.1Ho0.01Zn5O11。图3为本发明实施例2得到的绿色上转换发光材料的发光光谱图。
实施例3
一种Yb3+激活的立方结构上转换发光材料，其化学结构式为Ba3Lu1.89Yb0.1Tm0.01Zn5O11，通过如下制备方法制备得到。
选取碳酸钡、氧化镥、氧化锌、氧化镱、氧化铥作起始原料，按各元素摩尔配比Ba:Lu:Zn:Yb:Tm =3:1.89:5:0.1:0.01, 对应x=0.1，y=0.01，分别称取5种原料，控制原料混合物总重为20克。进行充分研磨混合，放入高温炉中，在1250℃条件下焙烧10小时，冷却至室温时取出，研磨分散后，得到一种Yb3+激活的立方结构上转换发光材料，其组成为Ba3Lu1.89Yb0.1Tm0.01Zn5O11。图4为本发明实施例3得到的蓝色上转换发光材料的发光光谱图。
实施例4
一种Yb3+激活的立方结构上转换发光材料，其化学结构式为Ba3Lu1.998Yb0.001Er0.001Zn5O11，通过如下制备方法制备得到。
选取碳酸钡、氧化镥、氧化锌、氧化镱、氯化铒作起始原料，按各元素摩尔配比Ba:Lu:Zn:Yb:Er =3:1.998:5:0.001:0.001, 对应x=0.001，y=0.001，分别称取5种原料，控制原料混合物总重为20克。进行充分研磨混合，放入高温炉中，在1450℃条件下焙烧1小时，冷却至室温时取出，研磨分散后，得到一种Yb3+激活的立方结构上转换发光材料，其组成为Ba3Lu1.998Yb0.001Er0.001Zn5O11。该上转换发光材料的荧光光谱性质同实施例1中类似。
实施例5
一种Yb3+激活的立方结构上转换发光材料，其化学结构式为Ba3Lu1.48Yb0.5Ho0.02Zn5O11，通过如下制备方法制备得到。
选取氧化钡、氧化镥、氧化锌、硝酸镱、氯化钬作起始原料，按各元素摩尔配比Ba:Lu:Zn:Yb:Ho =3:1.48:5:0.5:0.02, 对应x=0.5，y=0.02，分别称取5种原料，控制原料混合物总重为20克。进行充分研磨混合，放入高温炉中，在1350℃条件下焙烧6小时，冷却至室温时取出，研磨分散后，得到一种Yb3+激活的立方结构上转换发光材料，其组成为Ba3Lu1.48Yb0.5Ho0.02Zn5O11。该上转换发光材料的荧光光谱性质同实施例2中类似。
实施例6
一种Yb3+激活的立方结构上转换发光材料，其化学结构式为Ba3Lu1.7Yb0.2Tm0.1Zn5O11，通过如下制备方法制备得到。
选取氧化钡、氧化镥、氧化锌、氯化镱、硝酸铥作起始原料，按各元素摩尔配比Ba:Lu:Zn:Yb:Tm =3:1.7:5:0.5:0.02, 对应x=0.2，y=0.1，分别称取5种原料，控制原料混合物总重为20克。进行充分研磨混合，放入高温炉中，在1300℃条件下焙烧8小时，冷却至室温时取出，研磨分散后，得到一种Yb3+激活的立方结构上转换发光材料，其组成为Ba3Lu1.7Yb0.2Tm0.1Zn5O11。该上转换发光材料的荧光光谱性质同实施例3中类似。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种Yb3+激活的立方结构上转换发光材料，其特征在于，所述上转换发光材料的化学结构式为：Ba3Lu2-x-yYbxMyZn5O11，其中，M为Er3+、Tm3+或Ho3+ 中的一种；0.001≤x≤0.5，0.001≤y≤0.1。
2.根据权利要求1所述上转换发光材料，其特征在于，0.1≤x≤0.2。
3.根据权利要求1所述上转换发光材料，其特征在于，0.01≤y≤0.02。
4.权利要求1~3任一所述上转换发光材料的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：
S1：将含Ba的化合物、含Lu的化合物、含Yb的化合物、含M的化合物和含Zn的化合物，研磨混合均匀，得到混合物；
S2：将所述混合物在1250～1450℃、空气气氛中焙烧1～10h，研磨分散即得到所述上转换发光材料。
5.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，S1中所述含Ba的化合物为BaO或BaCO3。
6.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，S1中所述含Lu的化合物为Lu2O3。
7.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，S1中所述含Yb的化合物为Yb2O3、Yb(NO3) 3或YbCl3。
8.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，S1中所述含M的化合物为M2O3 、M(NO3 )3或MCl3。
9.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，S1中所述含Zn的化合物为ZnO。
10.权利要求1~3任一所述上转换发光材料在制备显示照明、激光防伪或荧光标记产品中的应用。
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