钨酸盐近红外量子剪裁材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供一种钨酸盐近红外量子剪裁材料及其制备方法与应用，该量子剪裁材料的化学组成式为：Ca0.99-xWO4:0.01Nd3+，xYb3+；其中，Ca0.99-xWO4为基质，Nd3+和Yb3+是掺入的稀土离子，x是掺入的稀土离子Yb3+的摩尔数量，0.01≤x≤0.3。该量子剪裁材料的制备方法是采用传统高温固相煅烧法合成钨酸盐近红外量子剪裁材料。该钨酸盐近红外量子剪裁材料可以被300～700nm的可见光激发，且发射出900～1500nm范围内高强度的近红外光，此波段的光能有效被硅基太阳能电池吸收，经计算得其量子效率高达181％。该钨酸盐近红外量子剪裁材料适用于制备太阳能电池。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种钨酸盐近红外量子剪裁材料及其制备方法与应用；尤其涉及适于太阳能光谱转换的钨酸盐近红外量子剪裁材料及其制备方法与应用。
技术介绍
量子剪裁(Quantum-cutting)，又称为能量下转换(Down-conversion)，是指在一个高能光子的激发下，材料发射出多于一个光子的现象，即量子效率大于100%的现象。量子剪裁效应可应用于绿色照明和等离子体电视的VUV光子激发的高效荧光粉；可应用于高能物理研究和医学诊断的新型闪烁体；可应用于光刻、光化学、激光生物等方面的高效、全固体VUV激光材料等。量子剪裁材料作为一种理想的材料，最近几十年来已逐渐成为研究者关注的焦点。以往对量子剪裁效应的研究局限于可见光区域，最近几年已经开始拓展到近红外领域。不同于可见光量子剪裁荧光粉，近红外量子剪裁是指将一个可见光子转化为两个近红外光子，这样可以使这两个近红外光子得到充分利用，避免了可见光子在向更低能量光子转化过程中的能量损失。量子剪裁效应能够通过单一离子的能级跃迁、离子对之间的能量传递、离子和基质之间的能量传递实现剪裁过程。荷兰乌德勒支大学的A. Meijerink为代表的发光材料研究专家通过设计Tb3+_Yb3+、Pr3+-Yb3+和Tm3+-Yb3+等稀土离子产生量子裁剪发光，在近红外量子剪裁发光领域做出了许多开创性的工作。目前关于量子剪裁的研究主要集中于氟化物等为基质的稀土离子掺杂体系。氟化物的制备过程中使用有毒化学品，并且会生产对人体、环境有害的气体，从而破坏人体健康、污染环境。同时，量子剪裁材料却作为许多新兴高科技产品的基础功能材料，其需求量日益增加。因此，目前非常需要一种适用于太阳光谱转换的、制备过程中对人体及环境无害的、操作简单、制备成本低的近红外量子剪裁材料。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种发光效率高、化学稳定性好的钨酸盐近红外量子剪裁材料。进一步地，本专利技术要解决的技术问题是提供一种制备上述钨酸盐近红外量子剪裁材料的方法。本专利技术的专利技术人进行深入、详细地研究，通过控制化学组成、原料配比以及烧成温度等因素，使制备的荧光材料化学品相稳定，进而影响荧光强度和随温度变化的稳定性，从而解决了上述技术问题。具体方案如下本专利技术所提供的钨酸盐近红外量子剪裁材料，其化学组成式为Ca0.99-xW04:0. OINd3+，xYb3+其中，Ca0.99_xW04为基质，Nd3+，Yb3+是掺入的稀土离子，χ是掺入的稀土离子的3摩尔数量，0. 01彡X彡0. 3。本专利技术的钨酸盐近红外量子剪裁材料的制备方法，其中，钨酸盐近红外量子剪裁材料的化学组成式为Ceiq.99_XW04:0. OlNd3+, xYb3+, Ca0.99_xW04为基质，Nd3+，Yb3+是掺入的稀土离子，χ是掺入的稀土离子的摩尔量，0. 01 ^ x^ 0.3 ；包括如下步骤根据该钨酸盐近红外量子剪裁材料的化学组成式，将钙原料、钨原料、钕原料和镱原料按照化学计量比混合，研磨；将混合后的原料在空气中于300 500°C的温度下，预煅烧；将预煅烧后的物料冷却，再次研磨；将再次研磨后的原料在900 1000°C的温度下煅烧；将煅烧后的物料冷却，研磨，从而获得所述钨酸盐近红外量子剪裁材料。根据本专利技术的优选实施方式，上述制备方法中所使用的钙原料选自碳酸钙、硝酸钙和氧化钙中的一种或多种；进一步优选地，上述制备方法中所使用的钨原料为三氧化钨；进一步优选地，上述制备方法中所使用的钕原料选自氧化钕和硝酸钕中的一种或多种； 进一步优选地，上述制备方法中所使用的镱原料选自氧化镱和硝酸镱中的一种或两种。进一步优选地，上述制备方法中所述预煅烧进行2 3小时；所述煅烧进行3 5 小时。进一步优选所制备的钨酸盐近红外量子剪裁材料的平均粒径为IOOnm 100 μ m ； 更优选地，平均粒径为0.5 30 μ m。本专利技术所述的粒径是通过扫描电镜(SEM)随机测量 20个颗粒得出的平均粒径数值。本专利技术的钨酸盐近红外量子剪裁材料Ceiq. 99_XW04:0. OlNd3+, xYb3+(0. 01^x^0.3) 可以用于制备太阳能电池。与现有技术相比，本专利技术的钨酸盐近红外量子剪裁材料的激发光谱非常宽，在可见光区具有非常强的吸收。另外，本专利技术的钨酸盐近红外量子剪裁材料采用了常见的钨酸盐作为基质，合成方法简单、易于制备，且无有毒化学品的排放，无环境污染，是绿色环保节能的新型近红外量子剪裁材料。而且，由于本专利技术的钨酸盐近红外量子剪裁材料化学性质稳定，经计算得其量子效率高达181%，有望改善目前太阳能电池工作效率低的状况。附图说明图1表示本专利技术的钨酸盐近红外量子剪裁材料Qia89WO4:0. OlNd3+,0. IYb3+的XRD 衍射图谱；图2表示本专利技术的钨酸盐近红外量子剪裁材料Ciia89W04:0. OlNd3+,0. IYb3+的室温激发和发射光谱图；图3表示本专利技术的钨酸盐近红外量子剪裁材WQia98WO4:0. OlNd3+, 0. 01 3+在室温下激发的发射光谱图；图4表示本专利技术的钨酸盐近红外量子剪裁材WQia94WO4:0. OlNd3+, 0. 05 3+在室温下激发的发射光谱图5表示本专利技术的钨酸盐近红外量子剪裁材料C￡ia69W04:0. OlNd3+,0. 3Yb3+在室温下激发的发射光谱图；图6表示本专利技术的钨酸盐近红外量子剪裁材料Ciia89W04:0. OlNd3+,0. IYb3+在室温下Nd3+的寿命衰减图；图7表示本专利技术的钨酸盐近红外量子剪裁材WQia98WO4:0. OlNd3+, 0. 01 3+在室温下Nd3+的寿命衰减图；图8表示本专利技术的钨酸盐近红外量子剪裁材WQia94WO4:0. OlNd3+, 0. 05 3+在室温下Nd3+的寿命衰减图；图9表示本专利技术的钨酸盐近红外量子剪裁材料C￡ia69W04:0. OlNd3+,0. 3Yb3+在室温下Nd3+的寿命衰减图；图10表示本专利技术的钨酸盐近红外量子剪裁材料Ceiq. 99_XW04:0. OlNd3+, xYb3+(0. 01^x^0.3)经计算所得能量传递率和量子产率对比图。具体实施例方式根据本专利技术的钨酸盐近红外量子剪裁材料的化学组成为Ca0.99-xW04:0. OlNd3+, xYb3+ (0. 01 彡 χ 彡 0· 3)其中，Qia99IWO4为基质，Nd3+，Yb3+是掺入的稀土离子，χ是掺入的稀土离子的摩尔量，0. 01 ^ X ^ 0. 3ο进一步地，优选掺入稀土离子的摩尔量χ为0. 05,0. 07,0. 1和0. 15。根据本专利技术的一个实施方式，在所述钨酸盐近红外量子剪裁材料中，掺入的稀土离子的量χ为0. 1，即优选所述钨酸盐近红外量子剪裁材料的化学组成式为 Ca0.89W04:0. OlNd3+, 0. IYb3+ 本专利技术的钨酸盐近红外量子剪裁材料的制备方法，其中，钨酸盐近红外量子剪裁材料的化学组成式为Ceiq.99_XW04:0. OlNd3+, xYb3+, Ca0.99_xW04为基质，Nd3+，Yb3+是掺入的稀土离子，χ是掺入的稀土离子的摩尔量，0. 01 ^ x^ 0.3 ；包括如下步骤根据该钨酸盐近红外量子剪裁材料的化学组成式，将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙家跃，杜海燕，曹纯，
申请(专利权)人：北京工商大学，
类型：发明
国别省市：