專利名稱：一種無機(jī)納米轉(zhuǎn)光劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
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本發(fā)明涉及一種無機(jī)納米轉(zhuǎn)光劑及其制備方法，無機(jī)納米轉(zhuǎn)光劑能夠?qū)⒆?外光、黃綠光和近紅外光轉(zhuǎn)換成能夠為植物光合作用高效利用的紅光。
背景技術(shù)：
根據(jù)研究，植物主要是依靠葉綠素來進(jìn)行光合作用的。研究表明，藍(lán)紫光
和紅橙光與葉綠素a和b分子結(jié)構(gòu)的吸收光譜相匹配，有利于植物的光合作用。 而紫外光不僅對光合作用無益，還容易引起高分子材料和作物枝干的老化，促進(jìn) 土壤中各種病菌的繁殖生長。因此，將改變太陽光光譜成分(將有害的紫外光和 無效的黃綠光以及部分的紅外光能量轉(zhuǎn)換成植物所需的藍(lán)紫光和紅橙光)的熒光 材料作為轉(zhuǎn)光劑加入薄膜中，改善光合作用光質(zhì)，提高光能利用率，促進(jìn)作物優(yōu) 質(zhì)增產(chǎn)已成為目前研究的熱點(diǎn)。
稀土有機(jī)轉(zhuǎn)光劑是目前國內(nèi)外研究較多的一類，但是現(xiàn)行研究的稀土有機(jī) 轉(zhuǎn)光劑基本都是以銪(III)作為發(fā)光中心離子(CN1243146 、 CN1974715A 、 CN1186835、 CN1434097)， 一方面氧化銪在稀土氧化物中價格不菲；另一方面， 銪(m)的特征熒光最強(qiáng)位于613nm左右(對應(yīng)于Ev^+的5D0—7F2的躍遷)、轉(zhuǎn)光 效率高，但是與葉綠素對紅光的最大吸收光譜范圍存在較大偏差(葉綠素a和b 對紅光的最大吸收分別位于b660nm和643nm),因此總的太陽光能利用率不夠 理想。此外，稀土有機(jī)轉(zhuǎn)光劑的合成過程一般都會產(chǎn)生毒害性氣體及污染，特別 是稀土有機(jī)轉(zhuǎn)光劑易老化，長期使用過程中光轉(zhuǎn)換性能易于光衰減，效率降低， 在實(shí)際應(yīng)用中遇到很多困難。
目前，國內(nèi)外對E一+、 Yb"共摻RYF4 (R=Li， Na)研究較多且研究的內(nèi)容 僅僅涉及該種材料在980nrn激發(fā)光下的上轉(zhuǎn)換發(fā)光性能。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了改進(jìn)現(xiàn)有稀土有機(jī)轉(zhuǎn)光劑性能不穩(wěn)定、價格昂貴以及
發(fā)射光譜和葉綠素的吸收光譜存在較大偏差、光能利用率低等不足而提供的一種 無機(jī)納米轉(zhuǎn)光劑，本發(fā)明的另一目的是提供上述材料的制備方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案為本發(fā)明通過選擇稀土離子中價格相對低廉、熒光發(fā) 射最大值和葉綠素最大吸收峰位相接近的鉺(III)作為發(fā)光中心離子，Yl^+為敏 化離子，以低聲子能量的堿金屬氟化物為基質(zhì)成分，運(yùn)用水(溶劑)熱法合成可 高效發(fā)射紅光的無機(jī)納米轉(zhuǎn)光材料。
本發(fā)明的具體技術(shù)方案為 一種無機(jī)納米轉(zhuǎn)光劑，其特征在于其化學(xué)式為
RErxYb^F4，其中0.006<x<0.1 ， R至少為堿金屬Na或Li中的一種。
本發(fā)明還提供了上述無機(jī)納米轉(zhuǎn)光劑的制備方法，其具體步驟如下按照化
學(xué)計量關(guān)系RErxYb^F4，其中0.006<x<0.1,稱取需要量的堿金屬氟化物、稀土
化合物和氟化氫銨，再加入溶劑，溶解攪拌后加入反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行加熱反應(yīng)；將合
成的產(chǎn)物洗滌烘干，即可得到納米轉(zhuǎn)光劑RErxYb^F4。
其中上述的稀土化合物為E一+和Yt^+的氧化物、稀土硝酸鹽或鹵化物；堿金
屬氟化物中的堿金屬至少為Na或Li中的一種。
所述的氟化氫銨摩爾用量與稀土化合物的摩爾量之比為1.5~2.0:1。 所述的溶劑至少為水或無水乙醇中的一種，溶劑用量為每摩爾RErxYb^F4
加入5.0-20.0升；溶液用量越大，反應(yīng)前驅(qū)體的濃度越低，反應(yīng)產(chǎn)物的平均粒徑越小。
上述反應(yīng)釜優(yōu)選聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜，加熱反應(yīng)溫度為160 22(TC， 反應(yīng)時間為12 96小時。合成產(chǎn)物的洗滌采用無水乙醇超聲離心洗滌，洗滌2~3 次。
本發(fā)明所制得的無機(jī)納米轉(zhuǎn)光劑外觀呈白色，平均粒徑為10 400nm。該轉(zhuǎn) 光劑可將紫外光、藍(lán)綠光及近紅外光高效率地轉(zhuǎn)換為645 665nm的紅光。
有益效果
本發(fā)明選用低聲子能量的氟化物作為轉(zhuǎn)光劑的基體，鉺離子作為轉(zhuǎn)光劑的 發(fā)光中心離子，可將紫外光、藍(lán)綠光及近紅外光高效率地轉(zhuǎn)換為645 665nm的
紅光，實(shí)現(xiàn)發(fā)射光譜與葉綠素a和b光合作用紅光吸收光譜的匹配'有效提高了
紫外光及近紅外光能的利用效率。此外'與銪(ni)有機(jī)轉(zhuǎn)光劑相比'無機(jī)納米轉(zhuǎn)
光劑RErxYb"xF4顯著降低了轉(zhuǎn)光劑的生產(chǎn)成本，提高了轉(zhuǎn)光劑光能轉(zhuǎn)換性能的
穩(wěn)定性。
本發(fā)明采用的合成方法具有方便、快捷、合成效率高以及產(chǎn)物性能穩(wěn)定等優(yōu) 點(diǎn)。納米轉(zhuǎn)光劑可以根據(jù)使用需求添加到薄膜、有機(jī)玻璃等材料中，將紫外光、 藍(lán)綠光以及紅外光轉(zhuǎn)換成植物光合作用所需的紅光，可以達(dá)到改善光合作用光 質(zhì)，提高光能利用率，促進(jìn)作物優(yōu)質(zhì)增產(chǎn)的目的。
圖1為NaEro.o6Ybo.94F4的激發(fā)圖譜(^n^653nm)。 圖2為IiEr,Yb,F4的發(fā)射圖譜(Xex-980nm)。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1 (LiErfl.。1YbG.99F4):
按摩爾比0.99:0.01:1稱取9.7632gYb203、 0.0958gEr2O3及L3234gLiF，加入 250ml蒸餾水?dāng)嚢杌旌希跀嚢柽^程中加入4.3656g氟化氫銨，然后將上述原料 裝入聚四氟乙烯內(nèi)襯且可攪拌的密封反應(yīng)釜內(nèi)，在180'C下反應(yīng)72h;將合成好 的產(chǎn)物用無水乙醇超聲分散、離心洗滌3次后放入烘箱5(TC烘干24h，制得平均 粒徑約為400nm的轉(zhuǎn)光劑LiEra()1Ybo.99F4。本轉(zhuǎn)光劑可在245 450nrn的紫外一 可見光區(qū)以及近紅外波段975 986nm波長光的激發(fā)下發(fā)射出較強(qiáng)的653nm紅 光。其發(fā)射圖譜如圖2所示。
實(shí)施例2 (NaEr,Yb0.94F4):
按摩爾比0.94:0.06:1稱取9.2701gYb2O3、 0.5749gEr2O3及2.1423gNaF,加 入500ml蒸餾水?dāng)嚢杌旌?，在攪拌過程中加入4.3656g氟化氫銨，然后將上述原 料裝入聚四氟乙烯內(nèi)襯且可攪拌的密封反應(yīng)釜內(nèi)，在20(TC下反應(yīng)96h;將合成 好的產(chǎn)物用無水乙醇超聲分散、離心洗滌3次后放入烘箱50'C烘干24h，得到平 均粒徑約為180nrn轉(zhuǎn)光劑NaEr謹(jǐn)Yb,F4。本轉(zhuǎn)光劑在240 450nm的紫外一可 見光區(qū)以及近紅外波段975 986nm波長光的激發(fā)下發(fā)射出較強(qiáng)的650nm紅光。 其激發(fā)圖譜如圖l所示。
實(shí)施例3 (NaEro.o3Yb,F4):
按摩爾比0.94:0.06:1稱取11.1662gYbF3、 0.3371 gErF3及2.1423gNaF，加入 卯0ml蒸餾水?dāng)嚢杌旌?，在攪拌過程中加入4.3656g氟化氫銨，然后將上述原料 裝入聚四氟乙烯內(nèi)襯且可攪拌的密封反應(yīng)釜內(nèi)，在22(TC下反應(yīng)48h;將合成好 的產(chǎn)物用無水乙醇超聲分散、離心洗滌3次后放入烘箱5(TC烘干24h，得到平均 粒徑約為53nm的轉(zhuǎn)光劑NaErao6Yba94F4 。本轉(zhuǎn)光劑在240 450nm的紫外一可 見光區(qū)以及近紅外波段975 986nm波長光的激發(fā)下發(fā)射出較強(qiáng)的651nm紅光。
實(shí)施例4 (NaEro.03Ybo.97F4 ):
按摩爾比0.94:0.06:1稱取11.1662gYbF3、 0.3371gErF3及2.1423gNaF，加入 750ml蒸餾水與150ml無水乙醇的混合溶液中攪拌混合，在攪拌過程中加入 4.3656g氟化氫銨，然后將上述原料裝入聚四氟乙烯內(nèi)襯且可攪拌的密封反應(yīng)釜 內(nèi)，在200。C下反應(yīng)72h;將合成好的產(chǎn)物用無水乙醇超聲分散、離心洗滌3次 后放入烘箱5(TC烘干24h，得到平均粒徑約為74nm的轉(zhuǎn)光劑NaEro.06Ybo.94F4。 本轉(zhuǎn)光劑在240 450nm的紫外一可見光區(qū)以及近紅外波段975 986nm波長光 的激發(fā)下發(fā)射出較強(qiáng)的651nm紅光。
權(quán)利要求
1. 一種無機(jī)納米轉(zhuǎn)光劑，其特征在于其化學(xué)式為RErxYb1-xF4，其中0.006<x<0.1，R至少為堿金屬Na或Li中的一種。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無機(jī)納米轉(zhuǎn)光劑，其特征在于轉(zhuǎn)光劑外觀呈白色，平 均粒徑為10 400nm。
3. —種如權(quán)利要求1所述無機(jī)納米轉(zhuǎn)光劑的制備方法，其具體步驟如下按照 化學(xué)計量關(guān)系RErxYb^F4，其中0.006<x<0.1，稱取需要量的堿金屬氟化物、 稀土化合物和氟化氫銨，再加入溶劑，溶解攪拌后加入反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行加熱反 應(yīng)；將合成的產(chǎn)物洗滌烘干，即可得到無機(jī)納米轉(zhuǎn)光劑RErxYb^F4。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于所用的稀土化合物為Er^+和Yb3+ 的氧化物、稀土硝酸鹽或鹵化物；堿金屬氟化物中的堿金屬至少為Na或Li 中的一種。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于氟化氫鉸用量與稀土化合物的 摩爾量之比為1.5~2.0:1。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于所述的溶劑至少為水或無水乙 醇中的一種，溶劑用量為每摩爾RErxYb^F4加入5.0-20.0升。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于加熱反應(yīng)溫度為160 220°C， 反應(yīng)時間為12 96小時。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于合成產(chǎn)物的洗滌采用無水乙醇 超聲離心洗滌，洗滌2 3次。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無機(jī)納米轉(zhuǎn)光劑及其制備方法，是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)按照化學(xué)計量關(guān)系REr<sub>x</sub>Yb<sub>1-x</sub>F<sub>4</sub>，0.006＜x＜0.1，稱量需要量的堿金屬氟化物、稀土化合物、氟氫化銨以及溶劑，溶解攪拌后加入聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜內(nèi)，160～220℃加熱反應(yīng)后洗滌烘干，即可得到性能穩(wěn)定的無機(jī)納米轉(zhuǎn)光劑REr<sub>x</sub>Yb<sub>1-x</sub>F<sub>4</sub>。本發(fā)明提供的轉(zhuǎn)光劑可將紫外光、藍(lán)綠光及近紅外光高效率地轉(zhuǎn)換為645～665nm的紅光。
文檔編號C01F17/00GK101392175SQ20081015495
公開日2009年3月25日 申請日期2008年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月30日
發(fā)明者倪亞茹, 許仲梓, 郭曉蓓, 陸春華 申請人:南京工業(yè)大學(xué)