一种增强稀土Er离子光致发光的复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种增强稀土Er离子光致发光的复合材料及其制备方法。该复合材料包括Er掺杂的铁电材料以及ZnO，其中Er掺杂的铁电材料的化学式为xEr:0.94Bi0.5Na0.5TiO3‑0.06BaTiO3(简写为xEr:BNTBT)，其中x为Er与BNTBT的摩尔比，且x＝0.0050、0.0075或0.0100；ZnO与Er掺杂的铁电材料的摩尔比为0.1、0.2、0.3或0.4。通过把稀土Er离子掺杂到铁电材料中，并进一步与ZnO形成复合材料，在激光照射下，可观察Er离子的显著增强的光致发光。本方法与其他传统方法相比，具有能显著增强稀土Er离子光致发光等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种能增强铁电材料中掺杂的稀土Er离子光致发光的复合材料及其制备方法，属于材料科学/光学领域。
技术介绍
稀土光致发光材料在光纤技术、显示技术、激光、生物医学等领域具有非常重要的应用。一般情况下，稀土离子需掺杂到其他材料中而形成发光材料。通常采用的宿主材料的晶体结构不能实时调控，这不利于研究晶体结构对发光性质进行调控的物理过程。由于无机钙钛矿氧化物铁电材料能够在外电场下产生结构相变，因此把稀土离子掺杂到铁电材料中，通过外加电场实时调控宿主铁电材料的结构，可以实时调控稀土发光的性质，这将有助于深入理解晶体结构对稀土发光性质的调控机制。因此，近年来，稀土掺杂的铁电材料得到了广泛的研究。然后，与其他稀土掺杂的宿主相比，稀土掺杂的铁电材料对稀土发光性质的增强效应小，难以满足实用要求。这使得增强稀土离子在铁电宿主材料中的发光性质显得尤为迫切。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有稀土掺杂铁电材料的光致发光性能弱的问题，提供一种基于稀土掺杂铁电材料的复合材料及其制备方法。通过把稀土Er离子掺杂到铁电材料0.94Bi0.5Na0.5TiO3-0.06BaTiO3(xEr:BNTBT)中，并进一步与ZnO形成复合材料(xEr:BNTBT/yZnO)，在激光照射下，可观察Er离子的显著增强的光致发光。本专利技术采用的技术方案如下：一种增强稀土Er离子光致发光的复合材料，包括Er掺杂的铁电材料以及ZnO，Er掺杂的铁电材料的化学式为xEr:0.94Bi0.5Na0.5TiO3-0.06BaTiO3，简写为xEr:BNTBT，其中x为Er与BNTBT的摩尔比，且x＝0.0050、0.0075或0.0100；ZnO与所述Er掺杂的铁电材料的摩尔比为0.1、0.2、0.3或0.4。上述复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)制备Er掺杂的xEr:BNTBT：把Er2O3、Bi2O3、NaCO3、TiO2和BaCO3原始粉末按照化学配比，放入球磨罐并加入无水乙醇，通过球磨法混合均匀；烘干后将混合粉末在900摄氏度预烧3小时；再次通过球磨法混合均匀并烘干后，将粉末在1100摄氏度烧结3小时，获得单相的xEr:BNTBT粉末；(2)将步骤(1)所制备得到的xEr:BNTBT粉末与ZnO粉末通过球磨法混合均匀，其中ZnO与xEr:BNTBT的摩尔比y为0.1、0.2、0.3或0.4；粉末压片后在950-1150摄氏度下烧结30-90分钟，获得致密的xEr:BNTBT/yZnO复合陶瓷。本专利技术使用铁电复合材料作为母体，调控稀土Er离子的光致发光性质，其有益效果在于：1、样品制备方法简便、效率高，与传统的更换掺杂宿主的做法相比，本专利技术的方法成本较低、效率高；2、与不引入ZnO形成复合陶瓷的方法相比，本专利技术方法使用Er:BNTBT和ZnO构成复合陶瓷，复合陶瓷能够更有效地提高发光强度。本专利技术制备的复合材料在激光光源的激发下，与没有ZnO的xEr:BNTBT单相陶瓷相比，复合陶瓷中稀土Er离子光致发光获得显著增强，增强倍数可达4.5倍。附图说明图1为本专利技术方法中制备得到的xEr:BNTBT/yZnO复合陶瓷样品(x＝0.0100,y＝0.4)的扫描电子显微镜图像。图2(a)为制备得到的xEr:BNTBT/yZnO复合陶瓷样品(x＝0.0050,y＝0.1,0.2,0.3,0.4)的光致发光图。图2(b)为制备得到的xEr:BNTBT/yZnO复合陶瓷样品(x＝0.0075,y＝0.1,0.2,0.3,0.4)的光致发光图。图2(c)为制备得到的xEr:BNTBT/yZnO复合陶瓷样品(x＝0.0100,y＝0,0.1,0.2,0.3,0.4)的光致发光图。具体实施方式实施例1：将xEr:BNTBT(x＝0.0050,0.0075,0.0100)粉末与ZnO(y＝0.1)粉末混合均匀后压片，在1150摄氏度烧结90分钟后，获得xEr:BNTBT/yZnO复合陶瓷；将上述样品在激光激发下，测量发光性质。实施例2：将xEr:BNTBT(x＝0.0050,0.0075,0.0100)粉末与ZnO(y＝0.2)粉末混合均匀后压片，在1050摄氏度烧结90分钟后，获得xEr:BNTBT/yZnO复合陶瓷；将上述样品在激光激发下，测量发光性质。实施例3：将xEr:BNTBT(x＝0.0050,0.0075,0.010)粉末与ZnO(y＝0.3)粉末混合均匀后压片，在1000摄氏度烧结60分钟后，获得xEr:BNTBT/yZnO复合陶瓷；将上述样品在激光激发下，测量发光性质。实施例4：将xEr:BNTBT(x＝0.0050,0.0075,0.010)粉末与ZnO(y＝0.4)粉末混合均匀后压片，在950摄氏度烧结30分钟后，获得xEr:BNTBT/yZnO复合陶瓷；将上述样品在激光激发下，测量发光性质。测试结果：图1为制备得到的xEr:BNTBT/yZnO复合陶瓷样品(x＝0.0100,y＝0.4)的扫描电子显微镜图像。可以看出，ZnO颗粒互相独立并且存在于Er:BNTBT基底中，构成了0-3型复合陶瓷。其他y≠0的成分都具有此微结构特征。图2(a)为制备得到的xEr:BNTBT/yZnO复合陶瓷样品(x＝0.0050,y＝0.1,0.2,0.3,0.4)的光致发光图，图2(b)为制备得到的xEr:BNTBT/yZnO复合陶瓷样品(x＝0.0075,y＝0.1,0.2,0.3,0.4)的光致发光图，图2(c)为制备得到的xEr:BNTBT/yZnO复合陶瓷样品(x＝0.0100,y＝0,0.1,0.2,0.3,0.4)的光致发光图。可以看到，随着ZnO含量(y值)的增加，陶瓷样品的发光强度都显著增加，与没有ZnO(y＝0)相比，发光强度的增加倍数可达4.5倍。如上所述，本专利技术方法使用Er:BNTBT和ZnO构成0-3型的复合陶瓷，在激光光源的激发下，与没有ZnO的xEr:BNTBT单相陶瓷相比，复合陶瓷中稀土Er离子的光致发光获得了显著增强，增强倍数可达4.5倍，这对实现稀土掺杂铁电材料的应用至关重要。本专利技术的样品制备方法简便、效率高。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种增强稀土Er离子光致发光的复合材料，包括Er掺杂的铁电材料以及ZnO，其特征在于，Er掺杂的铁电材料的化学式为xEr:0.94Bi0.5Na0.5TiO3‑0.06BaTiO3，简写为xEr:BNTBT，其中x为Er与BNTBT的摩尔比，且x＝0.0050、0.0075或0.0100；ZnO与所述Er掺杂的铁电材料的摩尔比为0.1、0.2、0.3或0.4。

【技术特征摘要】
1.一种增强稀土Er离子光致发光的复合材料，包括Er掺杂的铁电材料以及ZnO，其特征在于，Er掺杂的铁电材料的化学式为xEr:0.94Bi0.5Na0.5TiO3-0.06BaTiO3，简写为xEr:BNTBT，其中x为Er与BNTBT的摩尔比，且x＝0.0050、0.0075或0.0100；ZnO与所述Er掺杂的铁电材料的摩尔比为0.1、0.2、0.3或0.4。2.如权利要求1所述一种增强稀土Er离子光致发光的复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备Er掺杂的xEr:BNTBT：把Er2O3、Bi2O3、NaCO3、TiO2和BaCO3原始粉末按照化学配比，混合均匀；烘干后将混合粉末在9...

【专利技术属性】
技术研发人员：张善涛，耿晓玉，张骥，朱学艺，胡斌，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32