[发明专利]钕掺杂钛酸铋纳米晶上转换材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发光材料及其制备方法，特别是一种钕掺杂钛酸铋纳米晶上转换材料及其制备方法。

背景技术

上转换材料是一种用长波长光子激发而得到短波长光子的荧光发光材料。目前，作为较成熟泵浦源的GaAlAs、AlGaIn和InGaAs的发射波长分别位于979nm～810nm、670nm～690nm和940nm～990nm，这些波长分别处于一些稀土离子，如Nd³⁺、Er³⁺、Ho³⁺和Tm³⁺离子的吸收带上，这也是将这些离子作为激活例子的原因。在这些稀土掺杂离子中，Er³⁺、Ho³⁺、Tm³⁺研究较多，Nd³⁺离子作为激光材料的激活离子已经成熟应用于YAG等激光输出，但作为上转换激活离子的报道较少。

Nd³⁺离子能级图中，在⁴F_3/2以上能级分布非常密集，易发生多声子弛豫过程不利于上转换光谱的输出。然而层状钙钛矿结构的钛酸铋具有相对较小的声子能量，只要Nd³⁺离子的某一能级与它下能级的能隙稍大，而该能级本身辐射跃迁几率较大，以致接近甚至大于多声子弛豫几率，则有可能在该能级形成有效地发射带。基于此选择钛酸铋作为上转换输出的基质材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种钕掺杂钛酸铋纳米晶上转换材料及其制备方法，通过本发明方法制得的上转换纳米晶的物相较纯，在800nm波长的红外辐射激发下，能够实现绿色的上转换发光且发光强度较高，在红外辐射探测和防伪等领域有广泛应用前景。

为实现上述目的，本发明提供了一种钕掺杂钛酸铋纳米晶上转换材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：首先将五水硝酸铋和六水硝酸钕溶解于乙二醇中，加热并不断搅拌，形成均匀溶液A，在该均匀溶液A中，所述硝酸铋的摩尔浓度为3.75mol/L～3.00mol/L，所述硝酸钕的摩尔浓度为0.25mol/L～1.00mol/L；

步骤2：取5ml钛酸四丁酯溶于5ml乙二醇并加入水解控制剂搅拌形成溶液B，所述钛酸四丁酯和乙二醇都为纯物质；

步骤3：将均匀溶液A逐滴加入溶液B中并不断搅拌得溶胶；

步骤4：将溶胶烘干得到凝胶，将凝胶干燥后研磨成粉后热处理即可。

作为本发明的优选实施例，所述步骤1中溶解过程加热温度为50℃；

作为本发明的优选实施例，所述步骤4中，溶胶干燥温度为70℃，1h后变为凝胶；

作为本发明的优选实施例，所述步骤4中，干燥时间为120h；

作为本发明的优选实施例，所述热处理步骤为：以3℃/min升温，其中在100℃保温15min，在300℃、450℃和550℃分别保温60min，在830℃保温30min；

作为本发明的优选实施例，所述水解控制剂为冰醋酸或柠檬酸。

由上述方法制备的钕掺杂钛酸铋纳米晶上转换材料，其化学式为Bi_(4-x)Nd_xTi₃O₁₂，其中x＝0.25～1.0。

由上述方法制备的钕掺杂钛酸铋纳米晶上转换材料，其化学式为Bi_(4-x)Nd_xTi₃O₁₂，其中x＝0.5～0.75。

本发明钕掺杂钛酸铋纳米晶上转换材料及其制备方法至少具有以下优点：

1.本发明采用溶胶-凝胶法，各反应物均在分子水平进行反应，产物粒度可达纳米级，且物相较纯；

2.实验设备简单，凝胶化温度较低为40～70℃，且时间短仅为1h，能达到节能效果；

3.800nm红外激发时能产生绿色发光，发光强度较高且稳定；

4.基底钛酸铋具有较低介电常数、低声子能量，是一种良好的铁电材料，本发明为制备一种新型的铁电-发光材料提供良好的思路。

附图说明

图1是由本发明制备的Bi_(4-x)Nd_xTi₃O₁₂纳米晶的XRD图；

图2是由本发明制备的Bi_(4-x)Nd_xTi₃O₁₂纳米晶的激发光谱图；