一种无机粉体可逆光致变色材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于无机光致变色材料技术领域，公开了一种无机粉体可逆光致变色材料及其制备方法和应用。该材料在紫外光和可见光交替辐照后其表面颜色发生可逆变化，其结构表达式为Sr

【技术实现步骤摘要】
一种无机粉体可逆光致变色材料及其制备方法和应用
本专利技术属于无机光致变色材料
，特别涉及一种无机粉体可逆光致变色材料及其制备方法和应用。
技术介绍
变色材料作为一种智能材料，一直以来是科学家关注和研究的一个热点。其中，光致变色材料是指一种物质在一定波长光照下，其吸收光谱发生了明显变化，从视觉上伴随着该物质颜色产生了变化，而经过另一种波长的光照射后(或加热到一定温度)，该物质又能够恢复到原来的颜色。光致变色材料这种对不同波长光的可逆响应特性，使得这类材料在军事以及日常生活领域有着广泛的应用前景：如光信息存储与记录、光致变色防护和伪装、光调制和光开关、感应器、记忆元件，光致变色镀膜玻璃，变色涂料和纺织品，自显影全息记录照相以及辐射计量等领域。光致变色材料主要分为两大类：有机和无机光致变色材料。尽管关于有机光致变色材料的研究发展速度很快，但是这类材料很多都存在一些缺点：如环境污染、易老化、稳定性差、变色能持续的时间短等。相对比而言，无机光致变色材料具有较高的抗老化性能，变色持续的时间长，很好的热稳定性等优点。因此，开发新型的无机光致变色材料对于光致变色材料的实际应用具有切实的意义。目前，已经报道的关于磷酸盐基的无机光致变色材料有Sr3(Y,Gd)Na(PO4)3F:Eu2+(专利号:201410622062)，Sr3YNa(PO4)3F:Eu2+(J.Mater.Chem.C,Vol.3(36),9435-9443,2015)，Ba5(PO4)3Cl:Eu2+,Y3+(J.Photochem.PhotobiolA,Vol.251,100,2013)等。这几种磷酸盐基的无机光致变色材料基体成分中均含有卤素(如氟，氯)元素，但是卤素在反应过程中会有一定挥发，有可能会产生一些有毒气体，同时影响产物的形成。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种无机粉体可逆光致变色材料，该材料是一类新型Eu2+和Mn2+离子共掺杂磷酸盐基质的无机粉体可逆光致变色材料。本专利技术的再一目的在于提供一种上述无机粉体可逆光致变色材料的制备方法。该方法是通过其他不同稀土元素的共掺杂从而实现对光致变色材料其光致变色程度的可控性。本专利技术的又一目的在于提供上述无机粉体可逆光致变色材料的应用。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种无机粉体可逆光致变色材料，该无机粉体可逆光致变色材料的表达式为Sr9-x-zMg1-yA(PO4)7:xEu2+,yMn2+,zR3+，其中A为碱金属元素Li、Na、K或Rb；R为稀土元素Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu中的至少一种；x为Eu2+的掺杂含量，0＜x≤0.1，y为Mn2+的掺杂含量，0＜y≤0.5，z为R的掺杂含量，0≤z≤0.1。所述无机粉体可逆光致变色材料经紫外光和可见光交替照射后，其颜色会随之发生可逆变化。上述无机粉体可逆光致变色材料的制备方法，包括以下操作步骤：(1)称取原料：根据无机粉体可逆光致变色材料的表达式，按照化学计量比称取含锶化合物，含镁化合物，含碱金属化合物，含磷化合物，含锰化合物，含铕化合物，以及含有R元素的化合物为原料；所述R元素为稀土元素Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu中的至少一种；(2)混合研磨：将步骤(1)中称取的各原料混合研磨至均匀，得到混合物；(3)烧成工艺：将步骤(2)中所得混合物置于刚玉坩埚中，将其放入马弗炉内，在空气环境中升温至350-500℃，保温2-5小时，等待自然降温至室温后取出再次研磨均匀，然后在高温管式炉中升温至1200-1350℃，并通入弱还原气体，在此条件下锻烧5-8小时；待反应结束自然冷却至室温，再次研碎即得到无机粉体可逆光致变色材料。步骤(1)中所述含锶化合物为含锶元素的碳酸盐、硝酸盐或氧化物；所述含镁化合物为含镁元素的碳酸盐、硝酸盐或氧化物；所述含磷化合物为含磷元素的磷酸氢二铵或磷酸二氢铵；所述含碱金属化合物为含碱金属的碳酸盐、硝酸盐或草酸盐化合物，其中碱金属为Li、Na、K或Rb；所述含锰化合物为含锰元素的碳酸盐、草酸盐、氧化物或硝酸盐；所述含铕化合物为铕元素的氧化物或硝酸盐；所述含有R元素的化合物为含有R元素的氧化物或硝酸盐，其中R元素包括Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu中的至少一种。优选的，所述含锶化合物为碳酸锶或硝酸锶；所述含镁化合物为碱式碳酸镁或氧化镁；所述含磷化合物为磷酸氢二铵或磷酸二氢铵；所述含碱金属化合物为碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾或碳酸铷；所述含锰化合物为碳酸锰或草酸锰。步骤(3)中所述的弱还原气体是由体积比为90-80％:10-20％的氮气和氢气混合而成的气体。上述无机粉体可逆光致变色材料在防伪、装饰、感应器、光信息存储与转换、光调制和光开关、以及自显影全息记录照相领域中的应用。本专利技术通过Eu2+和Mn2+共掺杂不含卤素成分磷酸盐基质材料实现了可逆光致变色现象。同时，通过其他不同稀土离子的共掺杂来实现对该材料光致变色现象其变色程度的有效调控。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点及有益效果：本专利技术获得了一类新型Eu2+，Mn2+离子共掺杂磷酸盐基质的无机可逆光致变色材料，制备工艺简单易行，容易合成，可重复性好，适合大规模生产；所合成材料的光致变色特性稳定性高，经过紫外光和可见光交替照射后，产品体色也会随之产生可逆变化，并且具有较好的抗疲劳性；此外，通过其他稀土元素的共掺杂手段可以对本专利技术中无机光致变色材料的颜色变化程度进行一定的调控，从而适应不同应用条件的需求；此类光致变色材料可以防伪、装饰、感应器、光信息存储与转换、光调制和光开关、以及自显影全息记录照相等领域。附图说明图1是本专利技术中实施例1所制备的光致变色材料在经过紫外光和可见光交替照射后的漫反射光谱。图2是本专利技术中实施例2所制备的光致变色材料在经过紫外光和可见光交替照射后的漫反射光谱。图3是本专利技术中实施例4所制备的光致变色材料在经过紫外光和可见光交替照射后的漫反射光谱。图4是本专利技术中实施例6所制备的光致变色材料在经过紫外光和可见光交替照射后的漫反射光谱。图5是本专利技术中实施例7所制备的光致变色材料在经过紫外光和可见光交替照射后的漫反射光谱。图6是本专利技术中实施例9所制备的光致变色材料在经过紫外光和可见光交替照射后的漫反射光谱。图7是本专利技术中实施例11所制备的光致变色材料在经过紫外光和可见光交替照射后的漫反射光谱。图8是本专利技术中实施例12所制备的光致变色材料在经过紫外光和可见光交替照射后的漫反射光谱。图9是本专利技术中实施例13所制备的光致变色材料在经过紫外光和可见光交替照射后的漫反射光谱。图10是本专利技术中实施例14所制备的光致变色材料在经过紫外光和可见光交替照射后的漫反射光谱。图11是本专利技术中实施例15所制备的光致变色材料在经过紫外光和可见光交替照射后的漫反射光谱。图12是本专利技术中实施例16所制备的光致变色材料在经过紫外光和可见光交替照射后的漫反射光谱。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1按照以下表达式中各元素的化学计量比分别称取原材料碳酸锶、碱式碳酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无机粉体可逆光致变色材料，其特征在于：该无机粉体可逆光致变色材料的表达式为Sr

【技术特征摘要】
1.一种无机粉体可逆光致变色材料，其特征在于：该无机粉体可逆光致变色材料的表达式为Sr9-x-zMg1-yA(PO4)7:xEu2+,yMn2+,zR3+，其中A为碱金属元素Li、Na、K或Rb；R为稀土元素Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu中的至少一种；x为Eu2+的掺杂含量，0＜x≤0.1，y为Mn2+的掺杂含量，0＜y≤0.5，z为R的掺杂含量，0≤z≤0.1。2.根据权利要求1所述的一种无机粉体可逆光致变色材料，其特征在于：所述无机粉体可逆光致变色材料经紫外光和可见光交替照射后，其颜色会随之发生可逆变化。3.根据权利要求1所述的一种无机粉体可逆光致变色材料的制备方法，其特征在于包括以下操作步骤：(1)称取原料：根据无机粉体可逆光致变色材料的表达式，按照化学计量比称取含锶化合物，含镁化合物，含碱金属化合物，含磷化合物，含锰化合物，含铕化合物，以及含有R元素的化合物为原料；所述R元素为稀土元素Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu中的至少一种；(2)混合研磨：将步骤(1)中称取的各原料混合研磨至均匀，得到混合物；(3)烧成工艺：将步骤(2)中所得混合物置于刚玉坩埚中，将其放入马弗炉内，在空气环境中升温至350-500℃，保温2-5小时，等待自然降温至室温后取出再次研磨均匀，然后在高温管式炉中升温至1200-1350℃，并通入弱还原气体，在此条件...

【专利技术属性】
技术研发人员：金亚洪，胡义华，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44