新型发光晶体材料Na4TaP3O12及其制备方法性能和用途技术

本发明专利技术涉及一种新型发光材料磷酸钽钠及其制备方法和应用，其特征在于：分子式为Na4TaP3O12，于三方晶系，空间群为

New luminescent crystal material Na4TaP3O12 and its preparation methods, properties and uses

The invention relates to a new luminescent material, tantalum phosphate, and its preparation method and application. Its characteristics are: molecular formula is Na4TaP3O12, in three square crystal system, space group is

【技术实现步骤摘要】
新型发光晶体材料Na4TaP3O12及其制备方法性能和用途
本专利技术属于材料化学与无机化学交叉领域，具体涉及一种新型化合物磷酸钽钠的制备、晶体结构，蓝色发光性能以及其在该发光材料领域的应用。
技术介绍
无机磷酸盐晶体材料具有广泛研究和实用价值，在现有的无机晶体材料中占了较大的比例。例如，化合物Ca5(PO4)3OH是人体内牙齿、骨骼等坚硬组织的主要组成部分，了解它的晶体生长过程对于研究生物体的骨化、结石以及动脉硬化等具有重要的意义。除上述的一些领域外，磷酸盐晶体在包括催化化学、发光材料、磁性材料等诸多其它领域亦有着重要的应用。其中，稀土磷酸盐发光材料的制备与性能研究备受研究人员的关注，它们具有高的热稳定性和化学稳定性、较大的折射光率、较低的声子能量以及较大的能级带隙等优点，广泛应用于陶瓷、催化剂载体以及发光材料的基质，特别是作为发光材料的基质的发光粉可应用于白光LED、荧光探针、显示器、生物标记等。另一方面，据研究者报道，含有过渡金属离子（如Zn2+，Ti4+，Zr4+，Nb5+，Ta5+等）或其它离子的无机化合物也能发射出明亮的荧光。与稀土发光材料中的荧光发射是基于稀土离子的4f→4f跃迁不同，这类材料的发光源于材料本体的本征缺陷的发光，称为自激活发光。缺陷发光材料的发光原理有多种，主要包括激活离子发光、半导体发光、交叉发光、自陷激子发光、电荷转移发光、芯—价带转移发光和束缚激子—等离子空穴陷阱发光等。但是一些缺陷发光材料的具体和深层次的发光机理到目前为止都并没有得到完美的解释，缺陷发光仍是一种比较复杂的发光类型。最早的缺陷发光材料在1986年被发现，是一种由硅酸盐—羧酸盐溶胶—凝胶前驱体制备的白色粉末。由于缺陷发光材料低毒性、稳定性好、发光颜色可调、成本低等诸多优点，之后，缺陷发光材料成为有望在某些应用领域替代传统发光材料的新兴材料。开发新型缺陷发光材料一直是国内外研究者的热门话题。对于含有高价钽（V）的晶体化合物，在制备过程中容易形成O2-缺陷，成为缺陷发光中心。例如，四钽酸钡Ba5Ta4O15在255nm紫外光激发下，可以产生350~600nm的一个宽带发射，最强峰位于455nm，对应于蓝光；又如晶体材料BaTa2O6，在240nm紫外光激发下，可以产生350~450nm的一个宽带发射，最强峰位于392nm，对应于近紫外—紫色光。我们认为，将高价钽（V）引入磷酸化合物中，可以制备出新型的缺陷发光材料，基于此，我们开展了Na－Ta－P－O四元体系的研究，发现一例新颖的自激活蓝色发光晶体材料Na4TaP3O12。相关工作，至今末见文献报道。
技术实现思路
本专利技术的目的：（1）提供一种新化合物磷酸钽钠，该化合物分子式为Na4TaP3O12；（2）提供化合物Na4TaP3O12的单晶体制备方法；（3）提供化合物Na4TaP3O12的粉体的制备方法；（4）提供化合物Na4TaP3O12的晶体结构；（5）提供化合物Na4TaP3O12的荧光性能和用途。本专利技术目的在于提供一种新型化合物磷酸钽钠，该化合物的分子式为Na4TaP3O12，属于三方晶系，空间群为R32，单胞参数为a=9.103(1)Å，c=22.012(2)Å，Z=6，V=1579.6(4)Å3。X射线单晶结构分析表明，每个晶体学不对称单元中包含4个Na原子、1个Ta原子、2个P原子、4个氧原子。每个P原子与4个氧原子配位，形成四面体结构的PO4。P–O键键长落在1.486(8)–1.593(9)Å的范围中，而O–P–O的键角在100.9(7)–118.9(9)°范围中。Ta原子与6个O原子配位，形成TaO6八面体结构，该八面体较为规则，Ta–O的距离弥散在1.937(8)–1.939(8)Å较小得范围内。PO4四面体和TaO6八面体之间通过共用顶点氧原子的方式相互连接，形成了三维的[TaP3O12]4-∞阴离子网络结构，Na+阳离子分布于[TaP3O12]4-∞阴离子网络结构中并通过离子键作用与其相连，起到平衡电荷以及支撑骨架，形成了化合物Na4TaP3O12的整体晶体结构，如图1所示。其中，Na–O的距离在2.320(10)–2.918(12)Å范围中。本专利技术目的在于提供一种新化合物磷酸钽钠Na4TaP3O12单晶的培养方法，其特征在于：本专利技术培养单晶的方法称为高温助熔剂法，具体过程是将化合物的组分在高温下溶解于助熔剂中，形成均一透明的高温熔液，然后通过缓慢降温法形成过饱和溶液，晶体逐渐析出并长大。本专利技术采用Na2O−P2O5的混合物体系为助熔剂，难熔氧化物Ta2O5为溶质，Na2O、P2O5、Ta2O5的摩尔比为10：7：1左右，晶体的生长温度范围为800−650℃，降温速率为0.5−5℃。具体操作步骤如下：将反应原料钠源化合物、磷源化合物、钽源化合物混合均匀并充分碾磨15−60min，加热至850−950℃熔融，恒温10−30h使熔体均匀透明，然后按照0.5−5℃的速率降温至650℃，然后自然冷却后，得到含Na4TaP3O12单晶体。采用的化合物原料为，钠源化合物为氧化钠或草酸钠或碳酸钠或硝酸钠或氯化钠或氟化钠或硫化钠，磷源化合物为磷酸或五氧化二磷或磷酸二氢铵或磷酸氢二铵或磷酸铵，钽源化合物为五氧化二钽或五氯化钽。本专利技术提供了一种新化合物磷酸钽钠Na4TaP3O12粉末相的高温固相制备方法，具体步骤如下：将含钠、钽、磷的化合物原料按钠、钽、磷摩尔比为4:1:3比例称量后，通过玛瑙研钵碾磨成粉末并充分混合，然后使用马弗炉在750−850℃煅烧20−40小时，冷却至室温，即可获得化合物Na4TaP3O12的纯粉末相。本专利技术提供了新化合物磷酸钽钠Na4TaP3O12的性能和用途，其特征在于：在近紫外光激发下，该化合物可以发射出明亮的蓝色荧光，可作为蓝色荧光粉用于发光材料
本专利技术制备的蓝色荧光粉Na4TaP3O12在空气中长时间放置不会潮解，相结构不会发生改变，化学稳定性和热稳定性高。通过该工艺制备得到的荧光粉无杂质存在，并且该制备方法工艺简单，成本低廉。附图说明图1是本专利技术制得的磷酸钽钠晶体的三维结构图；图2是本专利技术制得的磷酸钽钠晶体材料的粉末衍射和单晶数据模拟的对比图；其中下图是根据晶体结构拟合得到的X射线衍射图谱，上图是采用高温固相法的磷酸钽钠纯相粉末X射线衍射测试图谱;图3是本专利技术制得的磷酸钽钠发光材料的荧光激发谱图；图4是本专利技术制得的磷酸钽钠发光材料的荧光发射谱图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的保护范围并不限于所述内容。实施例1：采用助溶剂法生长化合Na4TaP3O12的尺寸为0.2mm左右的单晶体，适合用于单晶衍射实验，以确定化合物的分子式与精细晶体结构。晶体生长加热装置为普通马弗炉，热感设备为铂铑热电偶。选用Na2O−P2O5的混合物作为助熔剂，自发成核生长晶体Na4TaP3O12。晶体所用原料为Na2CO3、NH4H2PO4、Ta2O5。具体操作步骤如下：将上述原料按一定剂量称好后，用玛瑙研钵碾磨并混合均匀，装入铂金坩埚中并压实，在马弗炉中升温至900℃至混合物完全熔化，形成均匀透明的淡黄色液体，恒温15小时后，按照1℃/h的速率降温至650℃，关闭加热炉电源。待马弗炉自本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型发光晶体材料磷酸钽钠，其特征在于：该晶体材料的化学式为Na4TaP3O12，属于三方晶系，空间群为

【技术特征摘要】
1.一种新型发光晶体材料磷酸钽钠，其特征在于：该晶体材料的化学式为Na4TaP3O12，属于三方晶系，空间群为R32，单胞参数为a=9.103(1)Å，c=22.012(2)Å，Z=6，V=1579.6(4)Å3。2.一种权利要求1所述的发光材料磷酸钽钠单晶的培养方法，其特征在于具体步骤为：将反应原料钠源化合物、磷源化合物、钽源化合物混合均匀并充分碾磨15−60min，加热至850−950℃熔融，恒温10−30h使熔体均匀透明，然后按照0.5−5℃的速率降温至650℃，然后自...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵丹，马召，张丽娜，段培高，马名杰，张瑞娟，张爱芸，李英杰，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南,41