一种石榴石结构上转换发光材料及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石榴石结构上转换发光材料及制备方法，属于固体发光材料领域，本发明专利技术公开的石榴石结构上转换发光材料的化学式为Ca

Garnet structure up conversion luminescent material and preparation method thereof

The invention discloses a garnet structure upconversion luminescent material and a preparation method thereof, belonging to the field of solid luminescent materials, and the chemical conversion formula of the garnet structure upconversion luminescent material is Ca

【技术实现步骤摘要】
一种石榴石结构上转换发光材料及制备方法
本专利技术属于固体发光材料领域，具体涉及一种石榴石结构上转换发光材料及制备方法。
技术介绍
随着人们对上转换发光机理的深入研究和转换基质材料的发展，稀土材料的上转换发光已经覆盖整个可见光波段，并且在双频上转换三维立体显示、硅太阳能电池、防伪标记以及生物探针与医学成像等领域均显示出广泛的应用前景。在室温条件下，大多数无机材料并未展示出上转换发光，上转换材料的研究主要集中在基质材料和掺入晶格的低浓度的稀土离子两方面。稀土离子Tm3+、Ho3+和Er3+具有典型的阶梯状能级分布，非常适合作为上转换发光材料的激活离子。而稀土离子Yb3+仅有一个2F5/2激发能级，吸收截面较其他稀土离子大，且吸收位于980nm附近，很适合作为敏化剂离子。稀土离子掺杂的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。理想的基质材料应该具有低的声子能量，可以减少由多光子弛豫造成的无辐射能量损失，提高辐射效率。卤化物的声子能量最低，但是化学性质不稳定，容易吸潮，不利于实际应用；氟化物的声子能量次之，也是目前研究最多的一类上转化发光材料基质，但是氟化物化学稳定性差，合成条件要求较高；氧化物虽然声子能量高，但它的物理化学性质稳定，制备工艺简单，对环境条件要求较低，因此，研究人员希望找到一种上转换材料基质，希望其既能保持氧化物的物理化学稳定性，又能实现较高的上转换发光效率。石榴石结构化合物物理化学性质稳定，这一大类的化学通式可以写为A3B2X3O12，其中A、B和X分别是十二面体、八面体和四面体。稀土离子一般占据十二面体的A格位。稀土离子掺杂的石榴石结构化合物通常称为石榴石发光材料，其中最为著名的是Ce3+掺杂的Y3Al5O12（YAG）黄色荧光粉，其具有很高的量子效率和宽的激发发射光谱，且作为白光发光二极管（W-LEDs）用发光材料已经实现商用。正是因为石榴石发光材料优异的光谱性能，近年来开发了一系列Ce3+掺杂的石榴石发光材料，如Lu3Al5O12:Ce3+和Ca3Sc2Si3O12:Ce3+。目前所开发的新型石榴石发光材料大多集中在下转换研究，多致力于研究其在W-LEDs中应用的可能性，关于稀土离子掺杂石榴石结构的上转换研究较少。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种物理化学性质稳定、制备工艺简单，成本低的石榴石结构上转换发光材料及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种石榴石结构上转换发光材料，石榴石结构上转换发光材料化学式为Ca2La1-x-yYbxMyZr2Ga3O12，其中M为Er3+或Tm3+，且0＜x≤0.12，0＜y≤0.01。石榴石结构上转换发光材料的制备方法，包括如下步骤：（1）按照化学计量比称取可提供Ca、La、Yb、Er或Tm、Zr、Ga、O元素的原料进行混合，得到混合物，其中含Ga原料过量其计算质量的3-8%；（2）向步骤（1）的原料混合物中加入无水乙醇，原料混合物与无水乙醇的体积比为1：0.5-3，然后进行研磨或球磨至粉末状；（3）将步骤（2）所得的混合粉末置于刚玉坩埚中，在空气气氛下进行烧结，烧结温度为1250-1450ºC，保温2-8h。步骤（2）研磨或球磨的次数为1-3次。步骤（3）烧结升温速度为3-10℃/min。步骤（3）烧结保温后，按照3-10℃/min的速度降温至500ºC，然后随炉冷却至室温。可提供Ca、La、Yb、Er或Tm、Zr、Ga、O元素的原料为碳酸钙、氧化镧、氧化镱、氧化铒或氧化铥、氧化锆、氧化镓。石榴石结构上转换发光材料作为荧光探针在生物分子荧光标记、三维立体显示、红外探测、防伪和太阳能电池领域的应用。本专利技术公开的石榴石结构上转换发光材料的基质材料为氧化物材料，物理化学性质稳定，制备工艺简单，成本低，所采用的制备方法简单，重复率好，便于利用传统荧光粉企业生成设备直接生成，不需要特殊保护措施，可作为荧光探针，应用于生物分子荧光标记、三维立体显示、红外探测、防伪和太阳能电池等领域。附图说明图1为Ca2La0.949Yb0.05Er0.001Zr2Ga3O12的XRD图。图2为Ca2La0.899Yb0.1Er0.001Zr2Ga3O12在980nm激发下的发射光谱图。图3为Ca2La0.879Yb0.12Tm0.001Zr2Ga3O12在980nm激发下的发射光谱图。图4为Ca2La0.899Yb0.1Er0.001Zr2Ga3O12和Ca2La0.879Yb0.12Tm0.001Zr2Ga3O12的色坐标图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1制备Ca2La0.949Yb0.05Er0.001Zr2Ga3O12绿色上转换发光材料：称取0.2488g碳酸钙，0.1922g氧化镧，0.0122g氧化镱，0.0002g氧化铒，0.3064g氧化锆和0.3670g氧化镓，混合均匀，置于玛瑙研钵中，按照原料混合物与无水乙醇的体积比为1：0.5添加无水乙醇，研磨至粉末状；将研磨混匀的粉末置于刚玉坩埚中，以每分钟3℃/min升温至1350ºC，在空气气氛下进行烧结，保温时间5h，随后以5℃/min降温至500ºC，最后随炉冷却至室温，取出进行研磨，即得到粉末状的Ca2La0.949Yb0.05Er0.001Zr2Ga3O12绿色上转换发光材料。实施例2制备Ca2La0.899Yb0.1Er0.001Zr2Ga3O12绿色上转换发光材料：称取0.2483g碳酸钙，0.1817g氧化镧，0.0244g氧化镱，0.0002g氧化铒，0.3057g氧化锆和0.3662g氧化镓，混合均匀，置于玛瑙研钵中，按照原料混合物与无水乙醇的体积比为1：1添加无水乙醇，研磨至粉末状；将研磨混匀的粉末置于刚玉坩埚中，以每分钟10℃/min升温至1250ºC，在空气气氛下进行烧结，保温时间5h，随后以8℃/min降温至500ºC，最后随炉冷却至室温，取出进行研磨即得到粉末状的Ca2La0.899Yb0.1Er0.001Zr2Ga3O12绿色上转换发光材料。实施例3制备Ca2La0.879Yb0.12Er0.001Zr2Ga3O12绿色上转换发光材料：称取0.2481g碳酸钙，0.1775g氧化镧，0.0293g氧化镱，0.0002g氧化铒，0.3055g氧化锆和0.3660g氧化镓，混合均匀，置于玛瑙研钵中，按照原料混合物与无水乙醇的体积比为1：1.5添加无水乙醇，研磨至粉末状；将研磨混匀的粉末置于刚玉坩埚中，以每分钟8℃/min升温至1450ºC，在空气气氛下进行烧结，保温时间5h，随后以3℃/min降温至500ºC，最后随炉冷却至室温，取出进行研磨即得到粉末状的Ca2La0.879Yb0.12Er0.001Zr2Ga3O12绿色上转换发光材料。实施例4制备Ca2La0.89Yb0.1Er0.01Zr2Ga3O12绿色上转换发光材料：称取0.2482g碳酸钙，0.1798g氧化镧，0.0244g氧化镱，0.0024g氧化铒，0.3056g氧化锆和0.3661g氧化镓，混合均匀，置于玛瑙研钵中，按照原料混合物与无水乙本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石榴石结构上转换发光材料，其特征在于：石榴石结构上转换发光材料化学式为Ca

【技术特征摘要】
1.一种石榴石结构上转换发光材料，其特征在于：石榴石结构上转换发光材料化学式为Ca2La1-x-yYbxMyZr2Ga3O12，其中M为Er3+或Tm3+，且0＜x≤0.12，0＜y≤0.01。2.根据权利要求1所述石榴石结构上转换发光材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：（1）按照化学计量比称取可提供Ca、La、Yb、Er或Tm、Zr、Ga、O元素的原料进行混合，得到混合物，其中含Ga原料过量其计算质量的3-8%；（2）向步骤（1）的原料混合物中加入无水乙醇，原料混合物与无水乙醇的体积比为1：0.5-3，然后进行研磨或球磨至粉末状；（3）将步骤（2）所得的混合粉末置于刚玉坩埚中，在空气气氛下进行烧结，烧结温度为1250-1450ºC，保温2-8h。3.根据权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：史玉茸，王振领，李春阳，白玉梅，宋昊明，黄敬斌，
申请(专利权)人：周口师范学院，
类型：发明
国别省市：河南,41