專利名稱：釹摻雜鈦酸鉍納米晶上轉換材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種發光材料及其制備方法，特別是一種釹摻雜鈦酸鉍納米晶上轉換材料及其制備方法。
背景技術：
上轉換材料是一種用長波長光子激發而得到短波長光子的熒光發光材料。目前，作為較成熟泵浦源的GaAlAs、AlGaIn和InGaAs的發射波長分別位于979nm 810nm、 670nm 690nm和940nm 990nm，這些波長分別處于一些稀土離子，如NcT、Er3+、Ho3+和Tm3+ 離子的吸收帶上，這也是將這些離子作為激活例子的原因。在這些稀土摻雜離子中，Er3+、 Ho3+、Tm3+研究較多，Nd3+離子作為激光材料的激活離子已經成熟應用于YAG等激光輸出，但作為上轉換激活離子的報道較少。
Nd3+離子能級圖中，在4Fv2以上能級分布非常密集，易發生多聲子弛豫過程不利于上轉換光譜的輸出。然而層狀鈣鈦礦結構的鈦酸鉍具有相對較小的聲子能量，只要Nd3+離子的某一能級與它下能級的能隙稍大，而該能級本身輻射躍遷幾率較大，以致接近甚至大于多聲子弛豫幾率，則有可能在該能級形成有效地發射帶。基于此選擇鈦酸鉍作為上轉換輸出的基質材料。發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種釹摻雜鈦酸鉍納米晶上轉換材料及其制備方法，通過本發明方法制得的上轉換納米晶的物相較純，在SOOnm波長的紅外輻射激發下，能夠實現綠色的上轉換發光且發光強度較高，在紅外輻射探測和防偽等領域有廣泛應用前景。
為實現上述目的，本發明提供了一種釹摻雜鈦酸鉍納米晶上轉換材料的制備方法，包括以下步驟
步驟1 首先將五水硝酸鉍和六水硝酸釹溶解于乙二醇中，加熱并不斷攪拌，形成均勻溶液A，在該均勻溶液A中，所述硝酸鉍的摩爾濃度為3. 75mol/L 3. 00mol/L,所述硝酸釹的摩爾濃度為0. 25mol/L 1. OOmol/L ；
步驟2 取5ml鈦酸四丁酯溶于5ml乙二醇并加入水解控制劑攪拌形成溶液B，所述鈦酸四丁酯和乙二醇都為純物質；
步驟3 將均勻溶液A逐滴加入溶液B中并不斷攪拌得溶膠；
步驟4 將溶膠烘干得到凝膠，將凝膠干燥后研磨成粉后熱處理即可。
作為本發明的優選實施例，所述步驟1中溶解過程加熱溫度為50°C ；
作為本發明的優選實施例，所述步驟4中，溶膠干燥溫度為70°C，lh后變為凝膠；
作為本發明的優選實施例，所述步驟4中，干燥時間為120h ；
作為本發明的優選實施例，所述熱處理步驟為以；TC /min升溫，其中在100°C保溫 15min，在 300°C、450°C和 550°C分別保溫 60min，在 830°C保溫 30min ；
作為本發明的優選實施例，所述水解控制劑為冰醋酸或檸檬酸。
由上述方法制備的釹摻雜鈦酸鉍納米晶上轉換材料，其化學式為Bi(4_x)NdxTi3012， 其中 χ = 0. 25 1. 0。
由上述方法制備的釹摻雜鈦酸鉍納米晶上轉換材料，其化學式為Bi(4_x)NdxTi3012， 其中 χ = 0. 5 0. 75。
本發明釹摻雜鈦酸鉍納米晶上轉換材料及其制備方法至少具有以下優點
1.本發明采用溶膠-凝膠法，各反應物均在分子水平進行反應，產物粒度可達納米級，且物相較純；
2.實驗設備簡單，凝膠化溫度較低為40 70°C，且時間短僅為lh，能達到節能效果；
3. SOOnm紅外激發時能產生綠色發光，發光強度較高且穩定；
4.基底鈦酸鉍具有較低介電常數、低聲子能量，是一種良好的鐵電材料，本發明為制備一種新型的鐵電-發光材料提供良好的思路。


圖1是由本發明制備的Bi(4_x)NdxTi3012納米晶的XRD圖2是由本發明制備的Bi(4_x)NdxTi3012納米晶的激發光譜圖3是由本發明制備的Bi(4_x)NdxTi3012納米晶的發射光譜圖4是由本發明制備的Bi(4_x)NdxTi3012納米晶的不同摻雜濃度的發射強度圖。
具體實施方式
實施例1
本發明釹摻雜鈦酸鉍納米晶材料的化學式為Bi(4_x)NdxTi3012，x = 0. 25。
其制備方法包括以下步驟
步驟一取五水硝酸鉍和六水硝酸釹溶解于乙二醇中，50°C加熱并不斷攪拌形成均勻溶液A，在該均勻溶液A中，所述硝酸鉍的摩爾濃度為3. 75mol/L，所述硝酸釹的摩爾濃度為 0. 25mol/L ；
步驟二 取5ml鈦酸四丁酯溶于5ml乙二醇并加入2ml水解控制劑冰醋酸攪拌形成溶液B ；
步驟三將溶液A逐滴加入溶液B并不斷攪拌得溶膠；
步驟四溶膠置于70°C烘箱Ih后得到凝膠，120h后干燥研磨成粉，熱處理過程以 3V Mn 升溫，其中 100°C保溫 15min，300°C、45(rC和 550°C分別保溫 60min，830°C保溫 30mino
實施例2
本發明釹摻雜鈦酸鉍納米晶材料的化學式為Bi(4_x)NdxTi3012，x = 0. 50。
其制備方法包括以下步驟
步驟一取五水硝酸鉍和六水硝酸釹溶解于乙二醇中，50°C加熱并不斷攪拌形成均勻溶液A，在該均勻溶液A中，所述硝酸鉍的摩爾濃度為3. 5mol/L，所述硝酸釹的摩爾濃度為 0. 5mol/L ；
步驟二 取5ml鈦酸四丁酯溶于5ml乙二醇并加入2ml水解控制劑冰醋酸攪拌形成溶液B ；
步驟三將溶液A逐滴加入溶液B并不斷攪拌得溶膠；
步驟四溶膠置于70°C烘箱Ih后得到凝膠，120h后干燥研磨成粉，熱處理過程以 3V Mn 升溫，其中 100°C保溫 15min，300°C、45(rC和 550°C分別保溫 60min，830°C保溫 30mino
實施例3
本發明釹摻雜鈦酸鉍納米晶材料的化學式為Bi(4_x)NdxTi3012，x = 0. 75。
其制備方法包括以下步驟
步驟一取五水硝酸鉍和六水硝酸釹溶解于乙二醇中，50°C加熱并不斷攪拌形成均勻溶液A，在該均勻溶液A中，所述硝酸鉍的摩爾濃度為3. 25mol/L，所述硝酸釹的摩爾濃度為 0. 75mol/L ；
步驟二 取5ml鈦酸四丁酯溶于5ml乙二醇并加入2ml水解控制劑冰醋酸攪拌形成溶液B ；
步驟三將溶液A逐滴加入溶液B并不斷攪拌得溶膠；
步驟四溶膠置于70°C烘箱Ih后得到凝膠，120h后干燥研磨成粉，熱處理過程以 3V Mn 升溫，其中 100°C保溫 15min，300°C、45(rC和 550°C分別保溫 60min，830°C保溫 30mino
實施例4
本發明釹摻雜鈦酸鉍納米晶材料的化學式為Bi(4_x)NdxTi3012，x = l. 00。
其制備方法包括以下步驟
步驟一取3. OOmol/L五水硝酸鉍和1. OOmol/L六水硝酸釹溶解于乙二醇中，50°C 加熱并不斷攪拌形成均勻溶液A，在該均勻溶液A中，所述硝酸鉍的摩爾濃度為3mol/L，所述硝酸釹的摩爾濃度為lmol/L ；
步驟二 取5ml鈦酸四丁酯溶于5ml乙二醇并加入2ml水解控制劑冰醋酸攪拌形成溶液B ；
步驟三將溶液A逐滴加入溶液B并不斷攪拌得溶膠；
步驟四溶膠置于70°C烘箱Ih后得到凝膠，120h后干燥研磨成粉，熱處理過程以 3V Mn 升溫，其中 100°C保溫 15min，300°C、45(rC和 550°C分別保溫 60min，830°C保溫 30mino
實施例5
本發明釹摻雜鈦酸鉍納米晶材料的化學式為Bi(4_x)NdxTi3012，χ = 0. 25 1. 0。
其制備方法包括以下步驟
步驟一取五水硝酸鉍和六水硝酸釹溶解于乙二醇中，50°C加熱并不斷攪拌形成均勻溶液A，在該均勻溶液A中，所述硝酸鉍的摩爾濃度為3 3. 5mol/L，所述硝酸釹的摩爾濃度為0. 45 1. Omol/L ；
步驟二 取5ml鈦酸四丁酯溶于5ml乙二醇并加入2ml水解控制劑冰醋酸攪拌形成溶液B ；
步驟三將溶液A逐滴加入溶液B并不斷攪拌得溶膠；
步驟四溶膠置于70°C烘箱Ih后得到凝膠，120h后干燥研磨成粉，熱處理過程以 3V Mn 升溫，其中 100°C保溫 15min，300°C、45(rC和 550°C分別保溫 60min，830°C保溫 30mino
在上述各個實施例中，步驟2形成溶液B時，所加入的鈦酸四丁酯和乙二醇都是純物質。
請參閱圖1所示，將由本發明方法所制得的粉體用日本理學D/maX2000PCX-射線衍射儀分析樣品，其產物與JCPDS編號為35-0795的一致。
由圖2和圖3可知，當本發明粉體受到SOOnm紅外輻射激發時，在534nm有強的發射峰，說明經過能量的吸收和傳遞，其發射出波長為534nm的綠光。
請參閱圖4所示可知，由該圖可以看出，發光性能隨著摻雜濃度的增大而減小，最后趨于一定值。
權利要求
1.一種釹摻雜鈦酸鉍納米晶上轉換材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟 步驟1 首先將五水硝酸鉍和六水硝酸釹溶解于乙二醇中，加熱并不斷攪拌，形成均勻溶液A，在該均勻溶液A中，所述硝酸鉍的摩爾濃度為3. 75mol/L 3. 00mol/L,所述硝酸釹的摩爾濃度為0. 25mol/L 1. OOmol/L ；步驟2 取5ml鈦酸四丁酯溶于5ml乙二醇并加入水解控制劑攪拌形成溶液B，所述鈦酸四丁酯和乙二醇都是純物質；步驟3 將均勻溶液A逐滴加入溶液B中并不斷攪拌得溶膠； 步驟4 將溶膠烘干得到凝膠，將凝膠干燥后研磨成粉后熱處理即可。
2.如權利要求1所述的釹摻雜鈦酸鉍納米晶上轉換材料的制備方法，其特征在于所述步驟1中溶解過程加熱溫度為50°C。
3.如權利要求1所述的釹摻雜鈦酸鉍納米晶上轉換材料的制備方法，其特征在于所述步驟4中，溶膠干燥溫度為70°C，Ih后變為凝膠。
4.如權利要求1所述的釹摻雜鈦酸鉍納米晶上轉換材料及其制備方法，其特征在于 所述步驟4中，干燥時間為120h。
5.如權利要求1所述的釹摻雜鈦酸鉍納米晶上轉換材料及其制備方法，其特征在于 所述熱處理步驟為以3°C /min升溫，其中在100°C保溫15min，在300°C、450°C和550°C分別保溫60min，在830°C保溫30min。
6.如權利要求1所述的釹摻雜鈦酸鉍納米晶上轉換材料及其制備方法，其特征在于 所述水解控制劑為冰醋酸或檸檬酸。
7.一種由權利要求1至6中任意一項所述的釹摻雜鈦酸鉍納米晶上轉換材料的制備方法所制備的釹摻雜鈦酸鉍納米晶上轉換材料，其特征在于其化學式為Bi(4_x)NdxTi3012，其中 χ = 0. 25 1. 0。
8.如權利要求7所述的釹摻雜鈦酸鉍納米晶上轉換材料，其特征在于其化學式為 Bi(4_x)NdxTi3O12，其中 χ = 0. 5 0. 75。
全文摘要
本發明提供了一種釹摻雜鈦酸鉍納米晶上轉換材料及其制備方法，1.硝酸鉍和硝酸釹加熱溶解于乙二醇中形成均勻溶液A，2.鈦酸四丁酯溶于乙二醇并加入水解控制劑冰醋酸形成溶液B，3.將溶液A逐滴加入溶液B并不斷攪拌得溶膠，4.溶膠置于40℃～70℃烘箱1h后得到凝膠，干燥研磨成粉后400℃～830℃熱處理30min即可。有本發明方法得到的通過本發明方法制得的釹摻雜鈦酸鉍納米晶上轉換材料的化學式為Bi(4-x)NdxTi3O12，其中x＝0.25～1.0。該上轉換納米晶物相較純，800nm波長的紅外輻射激發下，能夠實現綠色的上轉換發光且發光強度較高，在紅外輻射探測和防偽等領域有廣泛應用前景。
文檔編號C09K11/74GK102517011SQ20111036309
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月16日 優先權日2011年11月16日
發明者劉丹, 石軒, 蒲永平 申請人:陜西科技大學