一种亚微米级棒状钪酸钙基上转换发光材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种亚微米级棒状钪酸钙基上转换发光材料及其制备方法。解决现有技术中钪酸钙基稀土上转换发光材料尺寸大及分散性差的技术问题。一种亚微米级棒状钪酸钙基上转换发光材料，是具有以下化学式的化合物：CaSc2(1-x-y)O4：M3+2x，Yb3+2y，其中M为稀土元素Ho、Er、Tm中的一种或几种，x，y为元素摩尔分数，其取值范围：0.0001≤?x?≤?0.10，0.0001?≤y?≤?0.20。本发明专利技术还提供了该发光材料的制备方法，该方法采用水热和退火相结合，具有反应温度低，操作易于控制，对环境无污染等优点。制备的材料形貌规则，尺寸较小，分散性好，发光性能良好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于发光材料
，具体涉及一类红外光激发的亚微米级棒状钪酸钙基上转换发光材料及其制备方法。
技术介绍
稀土上转换发光材料是指材料吸收能量较低的光子却能够发出较高能量的光子的材料，或者也可以说是受到某种光激发时，材料可以发射比激发光波长短的荧光材料。该类荧光材料由于具有较高的光转换效率，而在很多方面都有很好的应用前景，特别是在数据存储传输、光显示、红外探测、荧光防伪、荧光探针、生物传感器、生物成像和太阳能电池等领域。 稀土上转换发光材料根据基质组分的不同，可分为氟化物、卤氧化物、硫化物和氧化物、钪酸钙等。这些基质材料中，氟化物是目前公认的转换效率最高的基质材料。它具有较低的声子能量，减小了由于多光子弛豫造成的无辐射跃迁损失，从而导致较高的上转换发光效率。但是它的化学稳定性差，制作条件苛刻，不易控制，难以集成等缺点也非常突出，从而在一定程度上限制了它的应用。而氧化物虽然比氟化物声子能量高，但它的制备工艺简单，环境条件要求较低，稀土离子的溶解度高，机械强度和化学稳定性好。因此，氧化物是应用的最广泛的基质材料。但是，以氧化物为基质材料的上转换发光材料的上转换效率略低。近几年来，钪酸钙基稀土上转换发光材料由于具有较高的光转换效率而在发光材料领域备受关注。已报道的有CaSc2O4: Ce3+，蓝光激发可以产生强的黄绿光、CaSc2O4:Eu3+，可以获得红光发射、CaSc2O4: Tb3+，在254 nm激发下可以获得蓝光和绿光。上述钪酸钙基稀土上转换发光材料的光转换效率高。但是，它们主要是利用高温固相反应制得的，温度需要达到1500°C，才能够形成纯相CaSc204。因为温度彡1000°C不会形成CaSc2O4相，而在温度达到1200°C时，能够形成CaSc2O4与Sc2O3杂相，只有在温度达到1500°C时，才能形成纯相CaSc2O4t5而当温度达到1500°C时，会由于温度过高导致制得的上转换发光材料是大量球状体粘连在一起的块状体，尺寸大，分散性很差。同时，由于激活剂浓度分布不均匀，还会影响其发光效率。
技术实现思路
本专利技术为解决现有技术中钪酸钙基稀土上转换发光材料尺寸大及分散性差的技术问题，而提供一种形貌规则，分散性好，尺寸较小，发光性能良好的亚微米级棒状钪酸钙基上转换发光材料及其制备方法。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案具体如下本专利技术提供的一种亚微米级棒状钪酸钙基上转换发光材料，该上转换发光材料是具有以下化学式的化合物CaSc2 (1_x_y) O4 M3+2x, Yb3+2y ；其中，M为稀土元素Ho、Er、Tm中的一种或几种；x，y为元素摩尔分数，其取值范围为0. OOOl ≤ X ≤0. 10,0. 0001 ≤ y ≤ 0.20。上述技术方案中，所述的上转换发光材料为正交晶系，具有CaFe2O4结构。上述技术方案中，所述的上转换发光材料的直径为30 200nm，长度为100 700nm。本专利技术提供的一种亚微米级棒状钪酸钙基上转换发光材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤(I)按表达式CaSc2(1_x_y)04:M3+2x，Yb3+2y，x, y为元素摩尔分数，其取值范围为0. 0001 ≤X≤ 0. 10,0. 0001 ≤j ≤ 0. 20，中各物质的化学计量比分别量取Ca(NO3)2、Sc(NO3)3、Yb (NO3)3，以及量取 Tm (NO3) 3、Er(NO3)3、Ho (NO3)3 中的一种或者多种，配制得到混合溶液；(2)用碱性醇溶液调节步骤(I)配制的混合溶液的pH为10 13.5，搅拌，得到悬浊液；(3)将步骤(2)中的悬浊液放入反应釜中，于16(Tl90°C下，反应5 15小时，得到反应物前驱体；(4)退火处理反应物前驱体，以热进热出的方式进行焙烧，焙烧温度为60(Ti20(rc，焙烧时间为f 3小时，得到最终产物钪酸钙基上转换发光材料。在上述技术方案中，所述的碱性醇溶液为氢氧化钠或氢氧化钾的乙醇溶液。在上述技术方案中，步骤(4)中的焙烧温度为60(T90(TC。本专利技术的技术效果在于本专利技术提供的亚微米级棒状钪酸钙基上转换发光材料为红外光激发的亚微米级棒状的发光材料，与传统方法制备的钪酸钙基上转换发光材料相比，颗粒小，形貌规则，分散性好。如实施例1，2，3制备的样品的扫描电镜照片可知，样品为微纳米棒状，其直径为30 200_，长度为100 700nm，分散性较好。本专利技术制备的上转换发光材料，在980nm的波长的红外光激发下可观察到明亮的40(T850nm的可见光。与传统方法制备的钪酸钙基上转换发光材料相比，发光亮度进一步提高了1. 5倍。并且，该材料的物化性能稳定，远优于氟化物基质材料；发光效率也高于常用氧化物基质材料。本专利技术提供的亚微米级棒状钪酸钙基上转换发光材料的制备方法，是采用水热和退火相结合，具有可控性好，反应温度低，对设备要求低，无污染等优点。在制备过程中，需要用碱的醇溶液调节反应物的pH值，这样反应物才能够成相；退火处理时，是以热进热出的方式进行焙烧，焙烧只需达到60(Ti20(rc，就能够制备得到粉末分散性好，不会发生团聚，颗粒尺寸较小的状钪酸钙基上转换发光材料。特别是当焙烧温度为60(T900°C时，制备得到的上转换发光材料的分散性更好，颗粒尺寸更小。如扫描电镜照片见图1，合成的微纳米棒直径为3(T40 nm，长度为100 200 nm，分散性较好。附图说明图1 为实施例1 =CaSc1.89804Tm3+0.002, Yb3^1 的扫描电镜照片。图2 为实施例1: CaSc1.89804:Tm3+。. 002，Yb3+。.:的 XRD 衍射图谱。图3为实施例1:CaSCl.89804:Tm3+0.002, Yb3+。.:在980 nm激发下的上转换发射谱。图4为实施例2 =CaSc1.8804 Er \。2，Yb3+。」的扫描电镜照片。图5为实施例2 =CaSc1.8804 Er \。2，Yb3+。」在980 nm激发下的上转换发射光谱。图6 为实施例 3 =CaSc1.8804: Ho3+。.。2，Yb3+。.:的扫描电镜照片。图7为实施例3 =CaSc1.8804 Ho3+0.02, Yb3+。.:在980 nm激发下的上转换发射光谱。图8 为实施例 4 ^aSc1 89404: Tm \ 00i, Er \ 002, Yb3+。.:在 980 nm 激发下的上转换发射光谱。具体实施例方式本专利技术具体实施例方式·(I)按表达式 CaSc2(h_y)04 :M3+2x，Yb3+2y，(0. 0001 彡 x 彡 0. 10 ；0. 0001 ^ y ^0. 20)中各物质的化学计量比分别量取Ca(NO3)2 'Sc(NO3)3 'Yb(NO3)3，以及量取Tm(NO3)3'Er (NO3)3、Ho (NO3)3中的一种或者多种于烧杯中，加入无水乙醇，无水乙醇体积为反应釜溶剂的70%，利用磁力搅拌器充分搅拌，得到均匀的混合溶液；其中Ca(NO3)2标准溶液的配制以Ca (NO3) 2为原料，配制成浓度为0. 5mol/L的标准溶液；其中，Sc(NO3) 3、Yb (NO3) 3、Tm(NO3) 3、Ho (NO3) 3 及 Er (本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种亚微米级棒状钪酸钙基上转换发光材料，其特征在于，该上转换发光材料是具有以下化学式的化合物：CaSc2(1?x?y)O4：M3+2x，Yb3+2y；其中，M为稀土元素Ho、Er、Tm中的一种或几种；x，y为元素摩尔分数，其取值范围为：0.0001≤?x?≤?0.10，0.0001?≤y?≤?0.20。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张家骅，李静，张霞，郝振东，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：