稀土掺杂TiO2基质发光材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种稀土掺杂ＴｉＯ↓［２］基质发光材料的制备方法。该方法包括如下步骤：（１）将钛酸四正丁酯Ｔｉ（ＯＢｕ）↓［４］溶于乙醇或丙醇中；（２）上述溶液与乙醇或丙醇的冰乙酸水溶液混合；（３）加入可溶性铝盐；（４）加入可溶性稀土盐中的一种或两种；（５）上述混合物陈化得溶胶，干燥得干凝胶，将干凝胶在４００～９５０℃煅烧得稀土掺杂ＴｉＯ↓［２］基质发光材料。本发明专利技术制备的稀土掺杂二氧化钛纳米晶发光材料颗粒均匀，大小在１０－２５ｎｍ之间，本发明专利技术方法工艺简单、无需真空设备、成本低、原料易得且无毒。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无机发光材料合成
，特别是一种稀土掺杂TiCb基 质发光材料的制备方法。
技术介绍
随着科学技术和工业的不断发展，人们对高性能材料的要求越来越髙， 而纳米尺寸的材料为发展高性能新材料以及现有材料性能的改善提供了一 个新的途径。目前在纳米技术和纳米材料的研究中，纳米二氧化钬因其具 有许多与传统的晶体和非晶体完全不同的独特性质，如优良的光学性质、 磁学性质、耐化学腐蚀和化学活性、优良的塑性、很高的硬度和强度等物 理、化学、机械性能，而广泛应用于电子材料、敏化剂、催化剂、化妆品、 功能陶瓷、太阳能电池、传感器等领域。捧杂不同物质的纳米Ti02具有更 加优越的性能。例如掺杂Zn、荧光素具有良好的光学性质，掺杂Ce02具 有热、光催化作用，掺杂W(X体系具有光致氧化作用。稀土离子在可见光 区的发射光谱近年来引起了科技领域的极大兴趣，用稀土作为掺杂剂用纳 米Ti02作为基质制备发光材料将可能成为潜在的集成光学器件。溶胶-凝胶法以其温和的反应条件和灵活多样的操作方法在制备光功能 材料方面得到了广泛的应用。用溶胶-凝胶法制备稀土离子掺杂溶胶-凝胶基 质的发光材料能够使稀土离子的掺杂达到分子水平上的均匀。由醇盐水解 缩聚反应所得到的sol-gel基质具有良好的光学透明性、刚性、化学稳定性 和热稳定性，而且掺杂于基质中的稀土分子之间互相孤立，减小了聚集体 的生成和浓度猝灭，有利于提高材料的发光强度。氧化物具有化学稳定性 好、材料种类多、容易得到三基色等优点，引起了研究者的广泛关注。到 目前为止未发现以稀土掺杂纳米Ti02为基质主体的发光材料的相关报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种制备条件温和、工艺设备简单、不使用有毒溶剂，制备的纳米晶材料颗粒分布均勻的稀土掺杂Ti02基质发光材料的制 备方法，可制备得到红色、蓝色或三基色发光薄膜。 本专利技术的实现过程如下稀土掺杂TK)2基质发光材料的制备方法，包括如下步骤(1) 将钛酸四正丁酯Ti(OBu)4溶于乙醇或丙醇中；(2) 上述溶液与乙醇-冰乙酸-水溶液或丙醇-冰乙酸-水溶液混合；(3) 加入可溶性铝盐，可溶性铝盐选自A1(N03)3 、 A1C13、 A12(S04)3;(4) 加入可溶性稀土Eu"、 TV+或DyS+盐中的一种或两种，可溶性稀 土盐为Eir"、 Tb^或Dy3—的硝酸盐或盐酸盐；(5) 上述混合物陈化得溶胶，干燥得干凝胶，将干凝胶在400-950 。C煅烧得稀土掺杂Ti02基质发光材料；上述步骤中钬酸正丁酯可溶性铝盐稀土可溶盐的摩尔比为1:0.001~ 0.005: 0細-0.016。或通过以下方法制备稀土掺杂Ti02基质发光材料的制备方法，包括如下步骤(1) 将钛酸四正丁酯Ti(OBu)4溶于乙醇或丙醇中；(2) 上述溶液与乙醇水溶液或丙醇水溶液混合；(3) 加入催化量的二乙醇胺、盐酸或冰乙酸催化剂；(4) 加入可溶性铝盐，可溶性铝盐选自A1(N03)3 、 A1C13、 A12(S04)3;(5) 加入可溶性稀土Ei^+、 iV+或Dy^盐中的一种或两种，可溶性稀 土盐为Ew'+、 Tb3—或Dy^的硝酸盐或盐酸盐；(6) 上述混合物陈化得溶胶，干燥得干凝胶，将干凝胶在400- 950 "C煅烧得稀土掺杂Ti02基质发光材料；上述步骤中钛酸正丁酯可溶性铝盐稀土可溶盐的摩尔比为1:0.001 ~ 0.005: 0.001 ~ 0.016。稀土掺杂Ti02基质发光材料的制备过程中，可将溶胶用洁净玻璃或硅 片作基底，釆取浸渍提拉法或旋转涂覆法制膜，薄膜的厚度通过调节提拉速度与提拉次数或匀胶机的转速来控制，湿膜烘干后再进行煅烧。本专利技术的优点与积极效果本专利技术制备的稀土掺杂二氧化钛纳米晶发 光材料颗粒均匀，大小在10-25nm之间。制备的发光薄膜表面均匀，致密 无开裂，厚度可控。采用的溶胶-凝胶技术具有合成温度低、掺杂均匀、结 构可控，通过后处理工艺可以为发光离子或基团提供多样的配位环境，便 于调整材料的性能。本专利技术方法工艺简单、无需真空设备、成本低、原料 易得且无毒。 具体实施例方式本专利技术制备过程是在室温或加热的条件下，先将钬酸四正丁酯 Ti(OBu)4，无水乙醇或异丙醇混合搅拌'30分钟，再与乙醇或丙醇水溶液混 合起来搅拌l小时，加入二乙醇胺(或盐酸或冰乙酸)，在pH值等于2-3的 条件下，称取定量的可溶性铝盐(A1(N03)3 、 A1C13、 A12(S04)3 )加入到已 经配制好的上述溶液中，水洛加热到7(TC后保温15分钟，自然冷却到室温， 再加入定量的稀土化合物。最后，将混合好的溶液搅拌4小时以上，装入 密封三角瓶中，陈化得溶胶，将上面溶胶在真空干燥箱中5(TC干燥，得到 淡黄色干凝胶，经过研磨，然后在400 95(TC煅烧2~4h,升温速率为 1(TC/min,最后得到稀土掺杂二氧化钛纳米晶发光材料。本专利技术还可制备薄膜发光材料，具体方法如下将预处理过的洁净玻 璃或硅片作基底，采取浸渍提拉法或旋转涂覆法制膜，薄膜的厚度可通过 调节提拉速度与提拉次数或匀胶机的转速来调节。湿膜在室温下晾 15-30min,然后置于干燥箱中IO(TC烘干，自然冷却至室温，重复以上过程可得到不同厚度的薄膜。再将薄膜放入马弗炉中进行退火处理， 一定时间内使炉内温度缓慢升高到所需温度(400~ 950°C),并在此温度下保温，自然冷却到室温即获得发光薄膜。上述步骤中钛酸正丁酯可溶性铝盐稀土可溶盐的摩尔比为1:0.001 ~0.005: 0.001 —0.016。实施例l:制备Eu3、 TK)2红色发光材料所用原料如下钛酸四丁酯(4Ti) 17.0ml异丙醇((CH3)2CHOH ) 15.3ml冰乙酸(CH3COOH) 11.4ml去离子水(H20) 1.8ml硝酸铝(A1(N03)3'9H20) 0.0375g硝酸铕(Eu(N03)3'5H20 ) 0.1712g1 )将5.3ml异丙醇缓慢加入到17.0ml钛酸四正丁酯中，混合搅拌30 min 后，即可以得到混合均勻的钛酸四正丁酯/异丙醇溶液A;2) 将10ml异丙醇和1.8ml去离子水先后缓慢加入到11.4冰乙酸中， 混合搅拌30 min后，即可得到混合均匀的冰乙酸/异丙醇/水溶液B;3) 将溶液B缓慢加入到高速搅拌条件下的A溶液中，将混合溶液继续 搅拌30 min后，然后将溶液升温至70°C,加入0.0375g硝酸铝，搅拌15min， 最后降至室温，加入0.1712g硝酸铕再搅拌4h以上，静置陈化48h，从而 制得稳定、均勻、透明的淡黄色的溶胶；4) 将溶胶在真空干燥箱中5(TC条件下干燥IO小时以上，得到淡黄色 干凝胶，研磨后，放入马弗炉中以1(TC/min的速度升温至70(TC,保温2h 进行退火，得到纳米晶发光材料。蓝光激发下，材料发红光。实施例2:制备Eu2、 Ti02蓝色发光纳米晶所用原料如下钛酸四丁酯(4Ti) 17.0ml异丙醇((CH3)2CHOH ) 15.3ml冰乙酸(CH3COOH) 11.4ml去离子水(H20) 1.8ml硝酸铝(A1(N03)3'9H20) 0.0375g硝酸铕(Eu(N03)3'5H20 ) 0.0425g1 )将5.3 ml异丙醇缓慢加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种稀土掺杂ＴｉＯ↓［２］基质发光材料的制备方法，包括如下步骤：　（１）将钛酸四正丁酯Ｔｉ（ＯＢｕ）↓［４］溶于乙醇或丙醇中；　（２）上述溶液与乙醇－冰乙酸－水溶液或丙醇－冰乙酸－水溶液混合；　（３）加入可溶性铝盐；　 　（４）加入可溶性稀土Ｅｕ↑［３＋］、Ｔｂ↑［３＋］或Ｄｙ↑［３＋］盐中的一种或两种；　（５）上述混合物陈化得溶胶，干燥得干凝胶，将干凝胶在４００～９５０℃煅烧得稀土掺杂ＴｉＯ２基质发光材料；　上述步骤中钛酸正丁酯∶可溶性铝盐∶ 稀土可溶盐的摩尔比为１∶０．００１～０．００５∶０．００１～０．０１６。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡晓云，樊君，刘国敬，潘静，江东，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]