一种基于Pr3+单掺和Pr3+/Gd3+共掺的紫外上转换多功能材料及其制备方法技术

技术编号：40775838 阅读：7 留言：0更新日期：2024-03-25 20:22

本发明专利技术提供一种基于Pr<supgt;3+</supgt;单掺和Pr<supgt;3+</supgt;/Gd<supgt;3+</supgt;共掺的紫外上转换多功能材料及其制备方法，属于材料技术领域，本发明专利技术掺杂及基质材料包括硅酸盐和磷酸盐，磷酸盐一类材料的化学通式为M<subgt;a</subgt;Ln(PO<subgt;4</subgt;)<subgt;b</subgt;：xPr<supgt;3+</supgt;，yGd<supgt;3+</supgt;，硅酸盐一类的化学通式为Ca<subgt;2</subgt;Al<subgt;2</subgt;SiO<subgt;7</subgt;：Pr<supgt;3+</supgt;/Gd<supgt;3+</supgt;，Ba<subgt;2</subgt;Y<subgt;3</subgt;(SiO<subgt;4</subgt;)<subgt;3</subgt;F：Pr<supgt;3+</supgt;/Gd<supgt;3+</supgt;和BaY<subgt;2</subgt;Si<subgt;3</subgt;O<subgt;10</subgt;：Pr<supgt;3+</supgt;/Gd<supgt;3+</supgt;，两类材料均可通过高温固相反应法、共沉淀制备。该类材料可吸收蓝光和黄光等可见光子，将蓝光或蓝光+黄光通过多光子上转换过程实现其紫外C和紫外B波段高能光子发射的功能，基于该类材料优异的紫外C和紫外B上转换发光性能及Pr<supgt;3+</supgt;、Gd<supgt;3+</supgt;激活剂离子的能级结构，可被应用于荧光标记、食品安全、环境保护和医学健康等领域。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料，尤其涉及一种基于pr3+单掺和pr3+/gd3+共掺的紫外上转换多功能材料及其制备方法。

技术介绍

1、紫外光因为具有波长短能量高的特性，肉眼不可见，对热辐射不敏感，地球太阳光谱“日盲”(如紫外c波段)，可与生物体、光电子材料与器件等产生良好的相互作用，使其在荧光测温与传感、光催化、日盲标签、灭杀细菌、皮肤疾病的光医疗等方面具有广泛的应用。目前在紫外光技术应用领域常见的人工光源是气体放电类型灯具，但这类光源具有外形体积大、使用寿命短以及使用过程中灯泡温度高等缺点。近年来出现的紫外led在某些方面改进了气体放电类型紫外光源的不足，但是目前紫外led芯片制备工艺复杂、生产成本高以及外量子效率低，因此通过现有商用和高效激发源(如led光源、太阳光、连续及脉冲激光器等)，开发新材料与新器件，通过上转换获得有效的紫外光发射，并实现其相关实际应用是当前热门且有意义的话题。

技术实现思路

1、本专利技术的目的在于提供一种基于pr3+单掺和pr3+/gd3+共掺的紫外上转换多功能材料，其特征在于，掺杂的基质材料包括硅酸盐或磷酸盐，当掺杂的基质材料为硅酸盐时，转换后的多功能材料的化学通式为ca2al2sio7:pr3+/gd3+，ba2y3(sio4)3f:pr3+/gd3+和bay2si3o10:pr3+/gd3+；

2、当掺杂的基质材料为磷酸盐时，转换后的多功能材料的化学通式为：maln(po4)b:xpr3+,ygd3+，其中，m为mg、ca、sr、ba、zn或

3、进一步地，当pr3+单掺或pr3+/gd3+共掺ca2al2sio7，该材料的化学通式分别为：ca2-xal2sio7:xpr3+或ca2-x-yal2sio7:xpr3+,ygd3+，其中，x＝0.001-0.10，y＝0-0.30；

4、当pr3+单掺ba2y3(sio4)3f时，该材料的化学通式为ba2y3-x(sio4)3f:xpr3+或ba2-xy3(sio4)3f:xpr3+当pr3+/gd3+共掺ba2y3(sio4)3f时，该材料的化学通式为ba2y3-x-y(sio4)3f:xpr3+,ygd3+或ba2-x-yy3(sio4)3f:xpr3+,ygd3+，其中x＝0.001-0.10，y＝0-0.60；

5、当pr3+单掺bay2si3o10时，该材料的化学通式为bay2-xsi3o10:xpr3+或ba1-xy2si3o10:xpr3+，当pr3+/gd3+共掺bay2si3o10时，该材料的化学通式为bay2-x-ysi3o10:xpr3+,ygd3+或ba1-x-yy2si3o10:xpr3+,ygd3+，其中，x＝0.001-0.05，y＝0-0.60；

6、当pr3+单掺maln(po4)b时，该材料的化学通式为：m3ln(po4)3:xpr3+或m9ln(po4)7:xpr3+，当该材料的化学通式为m3ln(po4)3:xpr3+时，则具体为：m3-xprxln(po4)3或m3ln1-xprx(po4)3，且x＝0.001-0.20；当该材料的化学通式为m9ln(po4)7:xpr3+时，则具体为：m9-xprxln(po4)7或m9ln1-xprx(po4)7，且x＝0.001-0.50；

7、当pr3+/gd3+共掺maln(po4)b时，该材料的化学通式为：m3ln(po4)3:xpr3+,ygd3+或m9ln(po4)7:xpr3+,ygd3+，当该材料的化学通式为m3ln(po4)3:xpr3+,ygd3+时，则具体为：m3-x-yprxgdyln(po4)3或m3ln1-x-yprxgdy(po4)3，且x＝0.001-0.20，y＝0-0.80；当该材料的化学通式为m9ln(po4)7:xpr3+,ygd3+时，则具体为：m9-x-yprxgdyln(po4)7或m9ln1-x-yprxgdy(po4)7，且x＝0.001-0.50，y＝0-1.00。

8、进一步地，此类材料通过吸收可见光子，将蓝光或蓝光+黄光通过多光子上转换过程实现其在紫外c波段和紫外b波段上的高能光子发射的功能，当掺杂的基质材料为磷酸盐时，通过引入碱金属元素或添加助溶剂优化其产物材料的发光性能。

9、进一步地，碱金属元素为li、na、k和rb其中任意一种；助溶剂为h3bo3和nh4f。

10、进一步地，碱金属元素为li，则当pr3+单掺maln(po4)b时，且该材料的化学通式分别为m3ln(po4)3:xpr3+或m9ln(po4)7:xpr3+时，则具体还分别为：m3-2xprxlixln(po4)3或m9-2xprxlixln(po4)7；

11、当pr3+/gd3+共掺maln(po4)b，且该材料的化学通式分别为：m3ln(po4)3:xpr3+,ygd3+或m9ln(po4)7:xpr3+,ygd3+时，具体还分别为：m3-2x-2yprxgdylix+yln(po4)3或m9-2x-2yprxgdylix+yln(po4)7。

12、一种基于pr3+单掺和pr3+/gd3+共掺的紫外上转换多功能材料的制备方法，其特征在于，通过高温固相反应法或共沉淀法进行制备，其中，当掺杂的基质材料为硅酸盐时，还通过溶胶凝胶法进行材料的制备。

13、进一步地，通过高温固相反应法进行制备，具体包括如下步骤：

14、s1：基于紫外上转换磷酸盐多功能材料的具体成分，称量各原料，并将各原料加入研钵中充分研磨均匀；

15、s2：将研磨后的产物转移至器皿中，设定升温速率为5℃/分钟，当烧结完成后，取出产物使其急速冷却至室温，最后将冷却后的产物转移至研钵中充分研磨，得到最终的紫外上转换磷酸盐多功能材料。

16、进一步地，各原料基于需要制备的多功能材料称取，包括基础原料和添加原料，当掺杂的基质材料为硅酸盐时，基础原料包括：caco3、baco3、al2o3、y2o3、sio2和nh4f中的任意多种组合，添加原料包括pr6o11、pr(no3)3·6h2o和gd2o3中的一种或两种；

17、当掺杂的基质材料为磷酸盐时，基础原料包括：mco3或其他含m化合物、ln2o3或其他含ln化合物和nh4h2po4或其他易分解的磷酸盐，添加原料包括pr(no3)3·6h2o或其他含pr的化合物、gd2o3或其他含gd化合物以及li2co3或其他碱金属化合物中的一种或多种组合。

18、进一步地，当制备的材料的化学式为ca2-x-yal2sio7:xpr3+,ygd3+时，原料caco3、al2o3、sio2、pr6o11和gd2o3的称量的质量比为：2-x-y：2：1：x：y，x＝本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种基于Pr3+单掺和Pr3+/Gd3+共掺的紫外上转换多功能材料，其特征在于，掺杂的基质材料包括硅酸盐或磷酸盐，当掺杂的基质材料为硅酸盐时，转换后的多功能材料的化学通式为Ca2Al2SiO7:Pr3+/Gd3+，Ba2Y3(SiO4)3F:Pr3+/Gd3+和BaY2Si3O10:Pr3+/Gd3+；

2.根据权利要求1所述的基于Pr3+单掺和Pr3+/Gd3+共掺的紫外上转换多功能材料，其特征在于，当Pr3+单掺或Pr3+/Gd3+共掺Ca2Al2SiO7，该材料的化学通式分别为：Ca2-xAl2SiO7:xPr3+或Ca2-x-yAl2SiO7:xPr3+,yGd3+，其中，x＝0.001-0.10，y＝0-0.30；

3.根据权利要求2所述的基于Pr3+单掺和Pr3+/Gd3+共掺的紫外上转换多功能材料，其特征在于，此类材料通过吸收可见光子，将蓝光或蓝光+黄光通过多光子上转换过程实现其在紫外C波段和紫外B波段上的高能光子发射的功能，当掺杂的基质材料为磷酸盐时，通过引入碱金属元素或添加助溶剂优化其产物材料的发光性能。

4.根据权利要求

5.根据权利要求4所述的基于Pr3+单掺和Pr3+/Gd3+共掺的紫外上转换多功能材料，其特征在于，所述碱金属元素为Li，则当Pr3+单掺MaLn(PO4)b时，且该材料的化学通式分别为M3Ln(PO4)3:xPr3+或M9Ln(PO4)7:xPr3+时，则具体还分别为：M3-2xPrxLixLn(PO4)3或M9-2xPrxLixLn(PO4)7；

6.一种基于Pr3+单掺和Pr3+/Gd3+共掺的紫外上转换多功能材料的制备方法，用于制备如权利要求1-5中任意一项所述的基于Pr3+单掺和Pr3+/Gd3+共掺的紫外上转换多功能材料，其特征在于，通过高温固相反应法或共沉淀法进行制备，其中，当掺杂的基质材料为硅酸盐时，还通过溶胶凝胶法进行材料的制备。

7.根据权利要求6所述的基于Pr3+单掺和Pr3+/Gd3+共掺的紫外上转换多功能材料的制备方法，其特征性在于，通过高温固相反应法进行制备，具体包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的一类Pr3+单掺或Pr3+/Gd3+共掺MaLn(PO4)b紫外上转换磷酸盐多功能材料的制备方法，其特征性在于，所述各原料基于需要制备的多功能材料称取，包括基础原料和添加原料，当掺杂的基质材料为硅酸盐时，所述基础原料包括：CaCO3、BaCO3、Al2O3、Y2O3、SiO2和NH4F中的任意多种组合，所述添加原料包括Pr6O11、Pr(NO3)3·6H2O和Gd2O3中的一种或两种；

9.根据权利要求8所述的一类Pr3+单掺或Pr3+/Gd3+共掺MaLn(PO4)b紫外上转换磷酸盐多功能材料的制备方法，其特征性在于，当制备的材料的化学式为Ca2-x-yAl2SiO7:xPr3+,yGd3+时，原料CaCO3、Al2O3、SiO2、Pr6O11和Gd2O3的称量的质量比为：2-x-y：2：1：x：y，x＝0.001-0.10，y＝0-0.30；

10.根据权利要求9所述的一类Pr3+单掺或Pr3+/Gd3+共掺MaLn(PO4)b紫外上转换磷酸盐多功能材料的制备方法，其特征性在于，所述S1中，当掺杂的基质材料为硅酸盐时，所述器皿为马弗炉；当掺杂的基质材料为磷酸盐时，所述器皿为氧化铝干锅；

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【技术特征摘要】

1.一种基于pr3+单掺和pr3+/gd3+共掺的紫外上转换多功能材料，其特征在于，掺杂的基质材料包括硅酸盐或磷酸盐，当掺杂的基质材料为硅酸盐时，转换后的多功能材料的化学通式为ca2al2sio7:pr3+/gd3+，ba2y3(sio4)3f:pr3+/gd3+和bay2si3o10:pr3+/gd3+；

2.根据权利要求1所述的基于pr3+单掺和pr3+/gd3+共掺的紫外上转换多功能材料，其特征在于，当pr3+单掺或pr3+/gd3+共掺ca2al2sio7，该材料的化学通式分别为：ca2-xal2sio7:xpr3+或ca2-x-yal2sio7:xpr3+,ygd3+，其中，x＝0.001-0.10，y＝0-0.30；

3.根据权利要求2所述的基于pr3+单掺和pr3+/gd3+共掺的紫外上转换多功能材料，其特征在于，此类材料通过吸收可见光子，将蓝光或蓝光+黄光通过多光子上转换过程实现其在紫外c波段和紫外b波段上的高能光子发射的功能，当掺杂的基质材料为磷酸盐时，通过引入碱金属元素或添加助溶剂优化其产物材料的发光性能。

4.根据权利要求3所述的基于pr3+单掺和pr3+/gd3+共掺的紫外上转换多功能材料，其特征在于，所述碱金属元素为li、na、k和rb其中任意一种；所述助溶剂为h3bo3和nh4f。

5.根据权利要求4所述的基于pr3+单掺和pr3+/gd3+共掺的紫外上转换多功能材料，其特征在于，所述碱金属元素为li，则当pr3+单掺maln(po4)b时，且该材料的化学通式分别为m3ln(po4)3:xpr3+或m9ln(po4)7:xpr3+时，则具体还分别为：m3-2xprxlixln(po4)3或m9-2xprxlixln(po4)7；

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【专利技术属性】
技术研发人员：禹德朝，李本春，袁旭军，赵闪闪，庄松林，张大伟，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：

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