本發(fā)明涉及無機(jī)發(fā)光材料領(lǐng)域,且特別涉及一種鉺離子摻雜鎢鉭酸鋇及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù):
在發(fā)光和顯示領(lǐng)域,稀土離子起著非常重要的作用,稀土離子具有很豐富的4f能級結(jié)構(gòu)。當(dāng)稀土離子摻雜在基質(zhì)材料中,由于晶體場的作用,4f能級發(fā)生劈裂,在不同的能級之間可以發(fā)生電子的躍遷,實(shí)現(xiàn)各種波段的光發(fā)射,可以有可見光發(fā)射,也可以有近紅外光的發(fā)射。
現(xiàn)有的鉺離子(Er3+)摻雜發(fā)光材料,由于Er3+在其摻雜的基質(zhì)中對于光的吸收非常低,且4f能級的吸收諧振效率小。因此,需要利用基質(zhì)材料對光的吸收,再將吸收能量傳遞給Er3+。由此得到Er3+發(fā)射的近紅外光。因此,尋找與Er3+配合度高的基質(zhì)材料,提高發(fā)光材料的穩(wěn)定性和發(fā)光性能已經(jīng)成為該產(chǎn)業(yè)的核心課題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的第一目的在于提供一種鉺離子摻雜鎢鉭酸鋇,以具備較好的穩(wěn)定性和發(fā)光性能。
本發(fā)明的第二目的在于提供一種鉺離子摻雜鎢鉭酸鋇的制備方法,以制備上述的鉺離子摻雜鎢鉭酸鋇。
本發(fā)明的第三目的在于提供一種鉺離子摻雜鎢鉭酸鋇在激光基質(zhì)材料中的應(yīng)用,以滿足在激光工作的不同場景中的應(yīng)用。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明提出一種鉺離子摻雜鎢鉭酸鋇,具有以下化學(xué)式組成:Ba6-6xEr6xTa2WO14,其中0.001≤x≤0.20。
本發(fā)明提出一種鉺離子摻雜鎢鉭酸鋇的制備方法,包括:
按照化學(xué)式Ba6-6xEr6xTa2WO14中各元素的化學(xué)計(jì)量比分別取含有Ba2+的化合物、含有Dy3+的化合物、含有Ta5+的化合物和含有W6+的化合物。將上述化合物進(jìn)行第一次研磨后混合得到混合物。將混合物進(jìn)行第一次煅燒后進(jìn)行第二次研磨得到預(yù)產(chǎn)物。將預(yù)產(chǎn)物進(jìn)行第二次煅燒后進(jìn)行第三次研磨制得。其中,化學(xué)式Ba6-6xEr6xTa2WO14中x的取值范圍為0.001~0.20。
本發(fā)明提出一種鉺離子摻雜鎢鉭酸鋇在激光工作的基質(zhì)材料中的應(yīng)用。
本發(fā)明實(shí)施例的有益效果是:
本發(fā)明實(shí)施例的鉺離子摻雜鎢鉭酸鋇發(fā)光材料,其以鎢氧多面體和鉭氧多面體作為基質(zhì)材料,具有較好的和有效地光吸收性能,并向基質(zhì)材料中摻雜鉺離子,實(shí)現(xiàn)由激發(fā)波長為200~300nm的紫外光至激發(fā)Er3+并發(fā)射出波長為1380~1780nm的近紅外光。即本鉺離子摻雜鎢鉭酸鋇發(fā)光材料是一種將紫外光轉(zhuǎn)換為近紅外光的發(fā)光材料,具有發(fā)光的強(qiáng)度高、光轉(zhuǎn)換效率高、環(huán)境友好和材料穩(wěn)定等特點(diǎn)。
本發(fā)明實(shí)施例的鉺離子摻雜鎢鉭酸鋇發(fā)光材料的制備方法是按照計(jì)量比分別稱取含有Ba2+的化合物、含有Er3+的化合物、含有Ta5+的化合物和含有W6+的化合物,經(jīng)多次研磨和多次煅燒即可制得。因此,本制備方法簡單、無廢氣廢液排放,且還具有原料廣泛廉價(jià)、生產(chǎn)成本較低和產(chǎn)品的物相純等特點(diǎn),制得的發(fā)光材料是一種環(huán)境友好的無機(jī)發(fā)光材料。
本發(fā)明實(shí)施例的鉺離子摻雜鎢鉭酸鋇發(fā)光材料在激光工作的基質(zhì)材料中的應(yīng)用,能夠滿足在激光工作的不同場景中的應(yīng)用。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案,下面將對實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹,應(yīng)當(dāng)理解,以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實(shí)施例,因此不應(yīng)被看作是對范圍的限定,對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講,在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下,還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。
圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備樣品Ba5.4Er0.6Ta2WO14的X射線粉末衍射圖譜;
圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備樣品Ba5.4Er0.6Ta2WO14的SEM圖;
圖3為本發(fā)明實(shí)施例1制備樣品Ba5.4Er0.6Ta2WO14在1550nm波長監(jiān)測下的激發(fā)光譜圖;
圖4為本發(fā)明實(shí)施例1制備樣品Ba5.4Er0.6Ta2WO14在365nm波長激發(fā)下的發(fā)光光譜圖;
圖5為本發(fā)明實(shí)施例6制備樣品Ba4.92Er1.08Ta2WO14的X射線粉末衍射圖譜;
圖6為本發(fā)明實(shí)施例6制備樣品Ba4.92Er1.08Ta2WO14的SEM圖;
圖7為本發(fā)明實(shí)施例6制備樣品Ba4.92Er1.08Ta2WO14在1550nm波長監(jiān)測下的激發(fā)光譜圖;
圖8為本發(fā)明實(shí)施例6制備樣品Ba4.92Er1.08Ta2WO14在365nm波長激發(fā)下的發(fā)光光譜圖。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚,下面將對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。實(shí)施例中未注明具體條件者,按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者,均為可以通過市售購買獲得的常規(guī)產(chǎn)品。
下面對本發(fā)明實(shí)施例的鉺離子摻雜鎢鉭酸鋇、其制備方法及其應(yīng)用進(jìn)行具體說明。
鉺離子摻雜鎢鉭酸鋇,其具有以下化學(xué)式組成:Ba6-6xEr6xTa2WO14。其中,x為鉺離子(Er3+)摻雜的摩爾比,為0.001≤x≤0.20。鉺的原子序數(shù)為68,晶體場劈裂的Er3+的基態(tài)能級是4I15/2,Er3+的激發(fā)波長為200~300nm。在鉺離子摻雜鎢鉭酸鋇的X射線衍射圖譜中,當(dāng)鉺離子摻雜鎢鉭酸鋇受到200~300nm波長段內(nèi)的光輻射時(shí),Er3+吸收該光的能量由此激發(fā),Er3+發(fā)生從4I13/2能級到4I15/2基態(tài)能級的躍遷,并發(fā)射出波長為1380~1780nm的近紅外光,其最強(qiáng)發(fā)射峰的波長為1550nm??梢岳斫猓俱s離子摻雜鎢鉭酸鋇由紫外光激發(fā)下能夠發(fā)射出波長位于1550nm的Er3+特征發(fā)射峰,并使得發(fā)射出光為近紅外光。
鉺離子摻雜鎢鉭酸鋇的制備方法,包括:
(1)按照化學(xué)式Ba6-6xEr6xTa2WO14中各元素的化學(xué)計(jì)量比分別稱取含有鋇離子(Ba2+)的化合物,含有鉺離子(Er3+)的化合物,含有鉭離子(Ta5+)的化合物和含有鎢離子(W6+)的化合物。
其中,含有Ba2+的化合物選自氧化鋇(BaO)、碳酸鋇(BaCO3)和硝酸鋇Ba(NO3)2中的一種??梢岳斫?,在制備本鉺離子摻雜鎢鉭酸鋇,含有Ba2+的化合物可以單獨(dú)使用BaO,也可以單獨(dú)使用BaCO3,還可以單獨(dú)使用Ba(NO3)2。也可以理解,含有Ba2+的化合物可以使用BaO和BaCO3的混合物,也可以使用BaO和Ba(NO3)2的混合物,還可以使用BaCO3和Ba(NO3)2的混合物。還可以理解,含有Ba2+的化合物可以使用BaO、BaCO3和Ba(NO3)2的混合物。
含有Er3+的化合物選自氧化鉺(Er2O3)和硝酸鉺(Er(NO3)3·5H2O)中的一種。可以理解,在制備本鉺離子摻雜鎢鉭酸鋇,含有Er 3+的化合物可以單獨(dú)使用Er2O3,也可以單獨(dú)使用Er(NO3)3·5H2O。也可以理解,含有Er3+的化合物可以使用Er2O3和Er(NO3)3·5H2O的混合物。
含有Ta5+的化合物選自五氧化二鉭(Ta2O5)。
含有W6+的化合物為氧化鎢(WO3)和鎢酸銨((NH4)10W12O41)中的一種??梢岳斫?,在制備本鉺離子摻雜鎢鉭酸鋇,含有W6+的化合物可以單獨(dú)使用WO3,也可以單獨(dú)使用(NH4)10W12O41。也可以理解,含有W6+的化合物可以使用WO3和鎢酸銨(NH4)10W12O41的混合物。
可以理解,鎢氧多面體和鉭氧多面體是作為本鉺離子摻雜鎢鉭酸鋇的基質(zhì)材料,鎢氧多面體和鉭氧多面體均具有較好的和有效地光吸收性能。鉺離子作為向基質(zhì)材料中的摻雜離子,由激發(fā)波長為200~300nm的紫外光激發(fā)Er3+并發(fā)射出波長為1380~1780nm近紅外光。
(2)將取得的含有Ba2+的化合物、含有Er3+的化合物、含有Ta5+的化合物和含有W6+的化合物分別研磨,即為第一次研磨。將研磨后的上述各種化合物混合均勻,得到混合物。將混合物置于馬弗爐中,在空氣氣氛下進(jìn)行第一次煅燒。其煅燒溫度為600~1100℃,煅燒時(shí)間為1~15h,將經(jīng)過第一次煅燒得到的燒結(jié)塊進(jìn)行第二次研磨得到預(yù)產(chǎn)物。
(3)將預(yù)產(chǎn)物置于馬弗爐中,在空氣氣氛下進(jìn)行第二次煅燒。其煅燒溫度為1100~1350℃,煅燒時(shí)間為1~15h。將經(jīng)過第二次煅燒得到的燒結(jié)塊進(jìn)行第三次研磨得到最終產(chǎn)物,即為鉺離子摻雜鎢鉭酸鋇。
作為第二次煅燒的煅燒溫度和煅燒時(shí)間的進(jìn)一步方案,優(yōu)選地:煅燒溫度為1150~1330℃,煅燒時(shí)間為2~11h。更優(yōu)選地:煅燒溫度為1180~1300℃,煅燒時(shí)間為2.5~9h。更進(jìn)一步優(yōu)選地:煅燒溫度為1180~1280℃,煅燒時(shí)間為3~8h。
承上述,本鉺離子摻雜鎢鉭酸鋇的制備方法簡單,且在制備的過程中無廢氣廢液的排放。制得的鉺離子摻雜鎢鉭酸鋇具備較好的穩(wěn)定性。且作為將紫外光轉(zhuǎn)換為近紅外光的發(fā)光材料,還具有發(fā)光的強(qiáng)度高和光轉(zhuǎn)換效率高等特點(diǎn)。
鉺離子摻雜鎢鉭酸鋇在激光工作的基質(zhì)材料中的應(yīng)用??梢岳斫猓杀俱s離子摻雜鎢鉭酸鋇作為的激光工作的基質(zhì)材料具有廣泛應(yīng)用,例如:信息通訊、傳感分析、激光測距、生物材料和醫(yī)學(xué)材料等領(lǐng)域中的應(yīng)用。可以理解,通過本鉺離子摻雜鎢鉭酸鋇作為的激光工作的基質(zhì)材料具有廣泛的應(yīng)用場景。
以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明的特征和性能作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
實(shí)施例1
根據(jù)化學(xué)式Ba5.4Dy0.6Ta2WO14各元素的化學(xué)計(jì)量比,分別稱取2.6641g的BaCO3、0.2869g的Er2O3、1.105g的Ta2O5和0.6339g的(NH4)10W12O41。將上述各種化合物進(jìn)行第一次研磨后混合均勻,得到混合物。將得到的混合物置于馬弗爐中進(jìn)行第一次煅燒,即在空氣氣氛下,并在1100℃的煅燒溫度和1h的煅燒時(shí)間下進(jìn)行煅燒。而后,經(jīng)過自然冷卻后進(jìn)行二次研磨得到預(yù)產(chǎn)物。將預(yù)產(chǎn)物再次置于馬弗爐中進(jìn)行第二次煅燒,即在空氣氣氛下,并在1300℃的煅燒溫度和3h的煅燒時(shí)間下進(jìn)行煅燒。而后,再次經(jīng)過自然冷卻后進(jìn)行三次研磨,研磨均勻后得到的即為鉺離子摻雜鎢鉭酸鋇。
對制得的鉺離子摻雜鎢鉭酸鋇進(jìn)行X射線(XRD)測試、掃描電鏡(SEM)測試、1550nm波長監(jiān)測下的激發(fā)光譜測試和365nm波長激發(fā)下的發(fā)光光譜圖測試,其結(jié)果見圖1~圖4。
從圖1中可以看出,即XRD測試結(jié)果顯示本實(shí)施例制備的鉺離子摻雜鎢鉭酸鋇具有結(jié)晶度好的特點(diǎn),且是一種單相發(fā)光材料。
從圖2中可以看出,即SEM測試結(jié)構(gòu)顯示本實(shí)施例制備的鉺離子摻雜鎢鉭酸鋇具有顆粒結(jié)晶度好且無雜相的特點(diǎn),且其平均粒徑為2.64μm。
從圖3和圖4中可以看出,本鉺離子摻雜鎢鉭酸鋇吸收波長為200~300nm的光并發(fā)射出主波為1380~1780nm的近紅外光。由此可知,本實(shí)施例制備的鉺離子摻雜鎢鉭酸鋇能夠有效的將近紫外光轉(zhuǎn)換為近紅外光。
實(shí)施例2
根據(jù)化學(xué)式Ba5.994Er0.006Ta2WO14各元素的化學(xué)計(jì)量比,分別稱取2.2977g的BaO、0.0067g的Er(NO3)3·6H2O、1.105g的Ta2O5和0.5796g的WO3。將上述各種化合物進(jìn)行第一次研磨后混合均勻,得到混合物。將得到的混合物置于馬弗爐中進(jìn)行第一次煅燒,即在空氣氣氛下,并在600℃的煅燒溫度和15h的煅燒時(shí)間下進(jìn)行煅燒。而后,經(jīng)過自然冷卻后進(jìn)行第二次研磨得到預(yù)產(chǎn)物。將預(yù)產(chǎn)物再次置于馬弗爐中進(jìn)行第二次煅燒,即在空氣氣氛下,并在1150℃的煅燒溫度和4h的煅燒時(shí)間下進(jìn)行煅燒。而后,再次經(jīng)過自然冷卻后進(jìn)行三次研磨,研磨均勻后得到的即為鉺離子摻雜鎢鉭酸鋇。
對制得的鉺離子摻雜鎢鉭酸鋇進(jìn)行X射線(XRD)測試、掃描電鏡(SEM)測試、1550nm波長監(jiān)測下的激發(fā)光譜測試和365nm波長激發(fā)下的發(fā)光光譜圖測試,其結(jié)果與實(shí)施例1測試結(jié)果一致。
實(shí)施例3
根據(jù)化學(xué)式Ba4.8Er1.2Ta2WO14各元素的化學(xué)計(jì)量比,分別稱取3.1361g的Ba(NO3)2、1.3299g的Er(NO3)3·6H2O、1.105g的Ta2O5和0.5796g的WO3。將上述各種化合物進(jìn)行第一次研磨后混合均勻,得到混合物。將得到的混合物置于馬弗爐中進(jìn)行第一次煅燒,即在空氣氣氛下,并在600℃的煅燒溫度和5h的煅燒時(shí)間下進(jìn)行煅燒。而后,經(jīng)過自然冷卻后進(jìn)行二次研磨得到預(yù)產(chǎn)物。將預(yù)產(chǎn)物再次置于馬弗爐中進(jìn)行第二次煅燒,即在空氣氣氛下,并在1170℃的煅燒溫度和5h的煅燒時(shí)間下進(jìn)行煅燒。而后,再次經(jīng)過自然冷卻后進(jìn)行第三次研磨,研磨均勻后得到的即為鉺離子摻雜鎢鉭酸鋇。
對制得的鉺離子摻雜鎢鉭酸鋇進(jìn)行X射線(XRD)測試、掃描電鏡(SEM)測試、1550nm波長監(jiān)測下的激發(fā)光譜測試和365nm波長激發(fā)下的發(fā)光光譜圖測試,其結(jié)果與實(shí)施例1測試結(jié)果一致。
實(shí)施例4
根據(jù)化學(xué)式Ba5.1Er0.9Ta2WO14各元素的化學(xué)計(jì)量比,分別稱取2.5161g的BaCO3、0.9974g的Dy(NO3)3·6H2O、1.105g的Ta2O5和0.6339g的WO3。將上述各種化合物進(jìn)行第一次研磨后混合均勻,得到混合物。將得到的混合物置于馬弗爐中進(jìn)行第一次煅燒,即在空氣氣氛下,并在700℃的煅燒溫度和6h的煅燒時(shí)間下進(jìn)行煅燒。而后,經(jīng)過自然冷卻后進(jìn)行第二次研磨得到預(yù)產(chǎn)物。將預(yù)產(chǎn)物再次置于馬弗爐中進(jìn)行第二次煅燒,即在空氣氣氛下,并在1200℃的煅燒溫度和6h的煅燒時(shí)間下進(jìn)行煅燒。而后,再次經(jīng)過自然冷卻后進(jìn)行三次研磨,研磨均勻后得到的即為鉺離子摻雜鎢鉭酸鋇。
對制得的鉺離子摻雜鎢鉭酸鋇進(jìn)行X射線(XRD)測試、掃描電鏡(SEM)測試、1550nm波長監(jiān)測下的激發(fā)光譜測試和365nm波長激發(fā)下的發(fā)光光譜圖測試,其結(jié)果與實(shí)施例1測試結(jié)果一致。
實(shí)施例5
根據(jù)化學(xué)式Ba5.7Dy0.3Ta2WO14各元素的化學(xué)計(jì)量比,分別稱取2.8121g的BaCO3、0.2869g的Dy2O3、1.105g的Ta2O5和0.5796g的WO3。將上述各種化合物進(jìn)行第一次研磨后混合均勻,得到混合物。將得到的混合物置于馬弗爐中進(jìn)行第一次煅燒,即在空氣氣氛下,并在800℃的煅燒溫度和4h的煅燒時(shí)間下進(jìn)行煅燒。而后,經(jīng)過自然冷卻后進(jìn)行第二次研磨得到預(yù)產(chǎn)物。將預(yù)產(chǎn)物再次置于馬弗爐中進(jìn)行第二次煅燒,即在空氣氣氛下,并在1220℃的煅燒溫度和7h的煅燒時(shí)間下進(jìn)行煅燒。而后,再次經(jīng)過自然冷卻后進(jìn)行第三次研磨,研磨均勻后得到的即為鉺離子摻雜鎢鉭酸鋇。
對制得的鉺離子摻雜鎢鉭酸鋇進(jìn)行X射線(XRD)測試、掃描電鏡(SEM)測試、1550nm波長監(jiān)測下的激發(fā)光譜測試和365nm波長激發(fā)下的發(fā)光光譜圖測試,其結(jié)果與實(shí)施例1測試結(jié)果一致。
實(shí)施例6
根據(jù)化學(xué)式Ba4.92Er1.08Ta2WO14各元素的化學(xué)計(jì)量比,分別稱取2.4273g的BaCO3、0.5164g的Er2O3、1.105g的Ta2O5和0.6339g的(NH4)10W12O41。將上述各種化合物進(jìn)行第一次研磨后混合均勻,得到混合物。將得到的混合物置于馬弗爐中進(jìn)行第一次煅燒,即在空氣氣氛下,并在900℃的煅燒溫度和6h的煅燒時(shí)間下進(jìn)行煅燒。而后,經(jīng)過自然冷卻后進(jìn)行第二次研磨得到預(yù)產(chǎn)物。將預(yù)產(chǎn)物再次置于馬弗爐中進(jìn)行第二次煅燒,即在空氣氣氛下,并在1250℃的煅燒溫度和8h的煅燒時(shí)間下進(jìn)行煅燒。而后,再次經(jīng)過自然冷卻后進(jìn)行第三次研磨,研磨均勻后得到的即為鉺離子摻雜鎢鉭酸鋇。
對制得的鉺離子摻雜鎢鉭酸鋇進(jìn)行X射線(XRD)測試、掃描電鏡(SEM)測試、1550nm波長監(jiān)測下的激發(fā)光譜測試和365nm波長激發(fā)下的發(fā)光光譜圖測試,其結(jié)果見圖5~圖8。
從圖5中可以看出,即XRD測試結(jié)果顯示本實(shí)施例制備的鉺離子摻雜鎢鉭酸鋇具有結(jié)晶度好的特點(diǎn),且是一種純相發(fā)光材料。
從圖6中可以看出,即SEM測試結(jié)構(gòu)顯示本實(shí)施例制備的鉺離子摻雜鎢鉭酸鋇的顆粒分散均勻,且其平均粒徑為3.08μm。
從圖7和圖8中可以看出,本鉺離子摻雜鎢鉭酸鋇吸收波長為200~3500nm的光并發(fā)射出波長為1380~1780nm的近紅外光。由此可知,本實(shí)施例制備的鉺離子摻雜鎢鉭酸鋇能夠有效的將紫外光轉(zhuǎn)換為近紅外光。
綜上所述,本發(fā)明實(shí)施例的鉺離子摻雜鎢鉭酸鋇,其以鎢氧多面體和鉭氧多面體作為基質(zhì)材料,具有較好的和有效地光吸收性能,并向基質(zhì)材料中摻雜鉺離子,實(shí)現(xiàn)由激發(fā)波長為200~300nm的紫外光激發(fā)Er3+并發(fā)射出波長為1380~1780nm的近紅外光光。即本鉺離子摻雜鎢鉭酸鋇是一種將紫外光轉(zhuǎn)換為綠光的發(fā)光材料,具有發(fā)光的強(qiáng)度高、光轉(zhuǎn)換效率高、環(huán)境友好和材料穩(wěn)定等特點(diǎn)。
本發(fā)明實(shí)施例的鉺離子摻雜鎢鉭酸鋇的制備方法是按照計(jì)量比分別稱取含有Ba2+的化合物、含有Er3+的化合物、含有Ta5+的化合物和含有W6+的化合物,經(jīng)多次研磨和多次煅燒即可制得。因此,本制備方法簡單、無廢氣廢液排放,且還具有原料廣泛廉價(jià)、生產(chǎn)成本較低和產(chǎn)品的物相純等特點(diǎn),制得的鉺離子摻雜鎢鉭酸鋇是一種環(huán)境友好的無機(jī)發(fā)光材料。
以上所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例,而不是全部的實(shí)施例。本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍,而是僅僅表示本發(fā)明的選定實(shí)施例?;诒景l(fā)明中的實(shí)施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例,都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。