铒离子掺杂含二氧化铈纳米晶上转换发光玻璃陶瓷及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种铒离子掺杂含二氧化铈纳米晶上转换发光玻璃陶瓷及其制备方法和应用，所述玻璃陶瓷组成通式为：aCeO2‑bAl2O3‑cSiO2‑dNa2O:eEr

Erbium-doped CeO_2 nanocrystalline upconversion luminescent glass-ceramics and their preparation methods and Applications

【技术实现步骤摘要】
铒离子掺杂含二氧化铈纳米晶上转换发光玻璃陶瓷及其制备方法和应用
本专利技术涉及发光功能材料领域，具体涉及一种铒离子掺杂含二氧化铈纳米晶上转换发光玻璃陶瓷及其制备方法和应用。
技术介绍
稀土离子上转换发光能将长波长光转换为短波长光，是实现光学频率变换的一种重要手段，因在光显示、光通讯、光存储、生物标记、太阳能电池增效、防伪等领域有着巨大的应用价值而受到人们的广泛关注。在上转换发光材料中，基质材料的声子能量是影响上转换发光效率的主要因素之一，较低的声子能量能降低无辐射弛豫几率的发生，提高稀土离子亚稳态能级的荧光寿命，从而有效提高上转换发光效率。二氧化铈具有低的声子能量，良好的化学与光热稳定性，且因其具备与稀土氧化物相同的结构、相近的离子半径的独特优点，是一种优异的稀土离子掺杂上转换基质材料。但粉体材料由于具有较为严重的光散射以及易受环境影响等不足之处，限制了其实际应用。为了克服这一缺陷，探索一种简便易行的稀土离子掺杂无机纳米颗粒均匀分散于透明玻璃基体材料的组分配方与制备方法，以便提高材料的发光性能，增强上转换效率具有重要意义。溶胶-凝胶法是一种简便、可控的制备稀土离子掺杂玻璃陶瓷发光材料的方法，具有广泛的应用前景。我们组在前期研究中通过溶胶凝胶方法成功制备了铒离子掺杂的CeO2-SiO2纳米复合材料(Opt.Mater.Express7(2017)1007)，发现其具有较好的近红外发光性能。但研究中发现该组分玻璃存在在高温热处理易失透，机械强度较差等不足之处，局限了其应用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题之一，在于提供一种铒离子掺杂含二氧化铈纳米晶上转换发光玻璃陶瓷，其具有良好的透明性、致密性及机械强度，还具有强上转换发光性能，是一种理想的上转换发光材料。本专利技术是这样实现上述技术问题之一的：一种铒离子掺杂含二氧化铈纳米晶上转换发光玻璃陶瓷，所述玻璃陶瓷组成通式为：aCeO2-bAl2O3-cSiO2-dNa2O:eEr3+,其中a、b、c、d和e为各组分的摩尔分数，a+b+c+d+e＝100，其取值范围分别为5≤a≤20，5≤b≤20，50≤c≤85，1≤d≤10，0.1≤e≤5。本专利技术要解决的技术问题之二，在于提供一种铒离子掺杂含二氧化铈纳米晶上转换发光玻璃陶瓷的制备方法，该制备方法简便，制备的玻璃陶瓷具有良好的透明性、致密性及机械强度，还具有强上转换发光性能，是一种理想的上转换发光材料。本专利技术是这样实现上述技术问题之二的：一种铒离子掺杂含二氧化铈纳米晶上转换发光玻璃陶瓷的制备方法，所述玻璃陶瓷是基于上述的一种铒离子掺杂含二氧化铈纳米晶上转换发光玻璃陶瓷；所述制备方法步骤如下：(1)取一定量正硅酸乙酯(TEOS)溶于乙醇(EA，CH3CH2OH)获得前驱体溶液A，将硝酸铝(Al(NO3)3)、硝酸铈(Ce(NO3)3)、硝酸钠(NaNO3)和硝酸铒(Er(NO3)3)溶于去离子水中获得前驱体溶液B；(2)将A与B两种前驱体溶液混合，并加入少量硝酸作为催化剂，在室温下搅拌，制得清澈的溶胶；(3)将溶胶倒入容器中形成湿凝胶，在室温下陈化后，经干燥，制得干凝胶；(4)热处理制得玻璃陶瓷材料。进一步地，具体的所述制备方法步骤如下：(1)取一定量正硅酸乙酯(TEOS)溶于乙醇(EA，CH3CH2OH)获得前驱体溶液A，将硝酸铝(Al(NO3)3)、硝酸铈(Ce(NO3)3)、硝酸钠(NaNO3)和硝酸铒(Er(NO3)3)溶于去离子水中获得前驱体溶液B；(2)将A与B两种前驱体溶液混合，并加入少量硝酸作为催化剂，在室温下搅拌2-4h，制得清澈的溶胶；(3)将溶胶倒入容器中形成湿凝胶，在室温下陈化后，经80-160℃干燥一周，制得干凝胶；(4)在600℃～1100℃热处理制得玻璃陶瓷材料。本专利技术要解决的技术问题之三，在于提供一种铒离子掺杂含二氧化铈纳米晶上转换发光玻璃陶瓷的应用，该玻璃陶瓷在三维显示和光纤等领域具有重要的应用前景。本专利技术是这样实现上述技术问题之三的：一种铒离子掺杂含二氧化铈纳米晶上转换发光玻璃陶瓷的应用，所述玻璃陶瓷是基于上述的一种铒离子掺杂含二氧化铈纳米晶上转换发光玻璃陶瓷，所述玻璃陶瓷在三维显示、光纤材料中的应用。本专利技术具有如下优点：本专利技术制备方法简便，玻璃基体结构稳定，抗晶化能力强，获得的玻璃陶瓷材料具有良好的透明性、致密性及机械强度，Er3+离子进入了具有低声子能量的二氧化铈纳米晶中，具有强上转换发光性能，即在980nm激光照射下，在520-580nm和640-690nm发射带具有较强的上转换荧光，且通过调控二氧化铈含量可调控该材料上转换发光强度，在三维显示、光纤等领域具有重要应用前景。【附图说明】下面参照附图结合实施例对本专利技术作进一步的说明。图1为本专利技术实施例1制得的玻璃陶瓷样品的XRD图谱。图2为本专利技术实施例2制得的样品在980nm激光照射下的上转换光谱。图3为本专利技术实施例3制得的样品在980nm激光照射下的上转换光谱。图4为本专利技术实施例4制得的样品在980nm激光照射下的上转换光谱。【具体实施方式】参阅图1-4，本专利技术涉及一种铒离子掺杂含二氧化铈纳米晶上转换发光玻璃陶瓷，所述玻璃陶瓷组成通式为：aCeO2-bAl2O3-cSiO2-dNa2O:eEr3+,其中a、b、c、d和e为各组分的摩尔分数，a+b+c+d+e＝100，其取值范围分别为5≤a≤20，5≤b≤20，50≤c≤85，1≤d≤10，0.1≤e≤5。本专利技术还涉及上述一种铒离子掺杂含二氧化铈纳米晶上转换发光玻璃陶瓷的制备方法，所述制备方法步骤如下：(1)取一定量正硅酸乙酯(TEOS)溶于乙醇(EA，CH3CH2OH)获得前驱体溶液A，将硝酸铝(Al(NO3)3)、硝酸铈(Ce(NO3)3)、硝酸钠(NaNO3)和硝酸铒(Er(NO3)3)溶于去离子水中获得前驱体溶液B；(2)将A与B两种前驱体溶液混合，并加入少量硝酸作为催化剂，在室温下搅拌，制得清澈的溶胶；(3)将溶胶倒入容器中形成湿凝胶，在室温下陈化后，经干燥，制得干凝胶；(4)热处理制得玻璃陶瓷材料。较优的，所述制备方法步骤如下：(1)取一定量正硅酸乙酯(TEOS)溶于乙醇(EA，CH3CH2OH)获得前驱体溶液A，将硝酸铝(Al(NO3)3)、硝酸铈(Ce(NO3)3)、硝酸钠(NaNO3)和硝酸铒(Er(NO3)3)溶于去离子水中获得前驱体溶液B；(2)将A与B两种前驱体溶液混合，并加入少量硝酸作为催化剂，在室温下搅拌2-4h，制得清澈的溶胶；(3)将溶胶倒入容器中形成湿凝胶，在室温下陈化后，经80-160℃干燥一周，制得干凝胶；(4)在600℃～1100℃热处理制得玻璃陶瓷材料。本专利技术还涉及上述铒离子掺杂含二氧化铈纳米晶上转换发光玻璃陶瓷的应用，所述玻璃陶瓷在三维显示、光纤材料中的应用。以下结合具体实施例对本专利技术作进一步的说明。实施例1：取15ml正硅酸乙酯(TEOS)溶于20ml乙醇(EA，CH3CH2OH)，搅拌30min获得前驱透明溶液A；将8.682g硝酸铈(Ce(NO3)3)、1.8757g硝酸铝(Al(NO3)3)、0.0850g硝酸钠(NaNO3)和2.2150g硝酸铒(Er(NO3)3)溶于去离子水中进行水解反应，搅拌1h后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铒离子掺杂含二氧化铈纳米晶上转换发光玻璃陶瓷，其特征在于：所述玻璃陶瓷组成通式为：aCeO2‑bAl2O3‑cSiO2‑dNa2O:eEr

【技术特征摘要】
1.一种铒离子掺杂含二氧化铈纳米晶上转换发光玻璃陶瓷，其特征在于：所述玻璃陶瓷组成通式为：aCeO2-bAl2O3-cSiO2-dNa2O:eEr3+,其中a、b、c、d和e为各组分的摩尔分数，a+b+c+d+e＝100，其取值范围分别为5≤a≤20，5≤b≤20，50≤c≤85，1≤d≤10，0.1≤e≤5。2.一种铒离子掺杂含二氧化铈纳米晶上转换发光玻璃陶瓷的制备方法，其特征在于：所述玻璃陶瓷是基于权利要求1所述的一种铒离子掺杂含二氧化铈纳米晶上转换发光玻璃陶瓷；所述制备方法步骤如下：(1)取一定量正硅酸乙酯溶于乙醇获得前驱体溶液A，将硝酸铝、硝酸铈、硝酸钠和硝酸铒溶于去离子水中获得前驱体溶液B；(2)将A与B两种前驱体溶液混合，并加入少量硝酸作为催化剂，在室温下搅拌，制得清澈的溶胶；(3)将...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小燕，余运龙，关翔锋，周国忠，胡丽华，
申请(专利权)人：福建江夏学院，
类型：发明
国别省市：福建,35