[发明专利]二氧化钛纳米晶基质敏化红色发光材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米荧光材料，尤其是涉及一种Sm³⁺掺杂二氧化钛纳米晶红色发光材料。

背景技术

稀土离子是一类良好的发光中心，具有发光谱线窄，发光寿命长等优点，在光电子器件、液晶显示器、生物荧光标记等方面得到广阔的应用，受到国内外学者的普遍关注。但由于稀土离子自身f-f之间电子的跃迁是对称性禁阻的，直接激发稀土离子的效率很低，因而，通过各种方式对稀土离子进行敏化是提高稀土离子发光效率的有效途径。TiO₂是一种宽禁带半导体，它具有高的化学热稳定性，高折射率以及在可见光透光率好等优点，是一种良好的发光基质。目前，国内外对稀土掺杂二氧化钛进行了广泛的研究，以期能够实现TiO₂对稀土离子的敏化发光，从而得到一种高效的发光材料。各研究表明，通过合理控制合同条件，可以实现二氧化钛纳米晶到稀土离子的能量传递。但由于离子半径大的三价稀土离子很难以替代Ti离子的形式掺杂进入TiO₂中，因而国内外大多数得到的只是稀土离子在TiO₂表面的弱发光，极大限制了这类材料的实际应用。三价钐离子Sm³⁺是一种重要的红色发光材料的激活离子。实现Sm³⁺离子在TiO₂纳米晶中的有效掺杂，实现从TiO₂到Sm³⁺高效的能量传递，有望得到一种高效的红色荧光材料。

发明内容

本发明提出通过TiO₂纳米晶基质的敏化作用实现Sm³⁺高效红色发光。

本发明制备的TiO₂纳米晶的组分为：xSm³⁺-(1-x)TiO₂(其中x＝0.5-6mol％)。

本发明采用如下制备工艺：室温下，将醋酸钐(Sm(CH₃OO)₃·6H₂O)、蒸馏水和无水乙醇在烧杯中混和均匀，得到透明溶液A，在另一烧杯中加入钛酸四正丁酯、无水乙醇，混和均匀得到透明溶液B，将溶液A和溶液B混合均匀得到透明溶液C，搅拌溶液C直至出现白色沉淀，然后将C转移到高压釜中，在低于150℃下保温，使其充分沉淀。

X射线粉末衍射实验表明制备出来的Sm:TiO₂纳米晶是纯的钛锐矿结构。扫描电镜和透射电镜表明得到的是由小颗粒纳米晶组成的1um左右的球状多晶聚集体。通过选择在TiO₂的带隙进行激发，能得到强的、尖锐的Sm³⁺离子红色发光。表明此发明得到的Sm:TiO₂纳米材料是一种优良的红色纳米荧光材料。

本发明材料制备工艺简单、成本低，可以进行批量生产。本发明与目前国内外制备的Sm:TiO₂纳米晶相比，Sm³⁺离子可以有效地掺杂到TiO₂纳米晶中Ti的格点位置，而且实现了从TiO₂到Sm³⁺离子的高效能量传递，是一种优良的新型红色发光材料。

附图说明

图1：掺Sm³⁺2mol％TiO₂500℃煅烧2小时后的XRD图；

图2：(a)掺Sm³⁺2mol％的TiO₂500℃煅烧2小时后的常温激发和发射谱，(b)样品的低温(10K)发射谱，从上到下选择的激发波长分别为：332nm，416.2nm；

图3：从TiO₂纳米晶到Sm³⁺离子的能量传递机理示意图。

具体实施方式