[发明专利]一种双稀土元素掺杂的氧化锆发光粉

说明书

技术领域

    本发明涉及一种纳米氧化锆发光粉，具体涉及一种双稀土元素掺杂的氧化锆发光粉。

背景技术

金属氧化物折射率高、制备工艺简单，环境条件要求低而性能稳定，作为发光材料的基质报道较多，常见的粉末基质以氧化物为主，有ZnO、Gd₂O₃、ZrO₂和TiO₂等。作为宽禁带的ZrO₂的声子能量较低，与一般的氧化物相比更高，使其成为非常有潜力的发光基质材料。大量的研究证实，以ZrO₂作为基质的上转换发光材料能够实现在长波(如红外)辐射激发下发射出可见光，甚至紫外光，因此，该材料的制备将在光纤通讯技术、纤维放大器、三维立体显示、生物分子荧光标识、红外辐射探测等领域具有广泛的应用前景。

有人已利用ZrO₂的高折射率和可见光区的高透光性制备以ZrO₂为基质的发光材料，其中最主要的是以Eu³⁺、Tb³⁺、Sm³⁺、Yb³⁺等稀土离子作为发光中心，将其掺入到ZrO₂晶格中或晶格的间隙位置中。利用稀土离子的本征电子跃迁，在一定的激发光源（一般是汞蒸气在电场下发出的紫外光，其99%以上的能量集中在254nm处紫外光）的照射下，稀土离子发生本征电子跃迁至激发态，这一激发态在回到基态的过程中需要放出能量相应于激发态至基态的能量差的光子，从而获得稳定波长的发光。通常情况下，稀土离子的上转换强度随掺杂浓度的增加而增大。但是当掺杂浓度过大时，由于稀土离子间的距离缩短，相互作用增强，导致处于高能级的稀土离子很容易将其能量通过表面缺陷传递给基质材料，从而降低荧光发射强度，这就是浓度猝灭现象。为了实现高效的上转换辐射，如何减弱浓度猝灭效应成为人们关注的热点。

目前在ZrO₂基发光材料制备过程中，主要方法有溶胶-凝胶法、共沉淀法、水热法、醇-水溶液法、共沸蒸馏法、微波水热法、反相胶束法以及微乳液法等。专利(CN 103571470 A)提出利用稀土铥钬共掺杂二氧化锆实现其上转换发光性能，方法通过溶液雾化法获得前驱体，而后在1000°C左右煅烧获得稀土铥钬共掺杂二氧化锆粉。通过该方法，获得了一种由长波辐射激发出蓝光的铥钦共掺杂二氧化锆玻璃上转换发光材料。专利（CN 102660273 A）提出了一种稀土Er掺杂的纳米氧化锆上转换荧光粉的制备方法，该方法通过溶胶凝胶法，在800℃烧结下获得白色的前驱荧光粉，最后再将前驱荧光粉于1100℃-1400℃条件下煅烧得到稀土掺杂纳米氧化锆上转换荧光粉。稀土离子掺杂材料上转换荧光的各种应用都需要较高的发光效率作为基础，而目前各种稀土掺杂发光材料的效率都不是很高，极大限制了上转换荧光的实用化。所以稀土离子掺杂材料上转换发光的一个主要研究方向就是如何提高材料的上转换效率。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种发光效率高的纳米氧化锆发光粉。

为了达到上述目的，本发明提供了一种双稀土元素掺杂的氧化锆发光粉，由以下步骤制备：

（1）将氧氯化锆八水合物溶解于30ml溶剂中，形成0.1-0.4mol/L的ZrCl₂O溶液；

（2）将钇的无机盐溶解于溶剂中，形成0.02-0.04mol/L的溶液；

（3）将铒的无机盐溶解于溶剂中，形成0.01-0.03mol/L的溶液；

（4）向步骤（1）中配置好的ZrCl₂O溶液中加入3-5 ml的调制液；

（5）按钇元素与锆元素的摩尔比1:45~1:18，将步骤（2）中制备的溶液加入到步骤（4）所得溶液中；

（6）按钇元素与铒元素的摩尔比1:2~1:5，将步骤（3）中制备的溶液加入到步骤（5）所得溶液中；

（7）调节步骤（6）所得溶液的pH值至4-8；

（8）将步骤（7）所得溶液倒入密闭容器中，并保持180-200℃反应24-48 小时；

（9）取出反应后的溶液，进行抽滤得到白色沉淀物；

（10）将步骤（9）所得白色沉淀物烘干，研磨，放入密封的氧化铝坩埚中，在600~800℃的空气气氛下煅烧，即得所述氧化锆发光粉；

所述溶剂采用去离子水；所述调制液采用乳酸或丙三醇，优选乳酸。