專利名稱：氟鋁酸鹽近紅外量子剪裁材料及其制備方法與應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型的近紅外量子剪裁材料及其制備方法與應(yīng)用，尤其涉及一種氟鋁酸鹽近紅外量子剪裁材料及其制備方法與應(yīng)用。
背景技術(shù)：
量子剪裁(下轉(zhuǎn)換)型近紅外發(fā)光材料它將一個(gè)高能量光子(波長(zhǎng)范圍通常為 300-500nm)裁剪為多個(gè)波長(zhǎng)λ ^ IOOOnm近紅外光子量子。剪裁效應(yīng)能夠通過單一離子的能級(jí)躍遷、離子對(duì)之間的能量傳遞、離子和基質(zhì)之間的能量傳遞實(shí)現(xiàn)剪裁過程。以往對(duì)量子剪裁效應(yīng)的研究局限于可見光區(qū)域，最近幾年已經(jīng)開始拓展到近紅外領(lǐng)域。近紅外量子剪裁是指將一個(gè)可見光子轉(zhuǎn)化為兩個(gè)近紅外光子，避免了可見光子在向更低能量光子轉(zhuǎn)化過程中的能量損失，它可以有效提高太陽(yáng)能電池的效率及穩(wěn)定性，因此把太陽(yáng)能光譜中的可見光和紫外光轉(zhuǎn)換為近紅外光的新型熒光體是目前發(fā)光材料研究的主要任務(wù)。目前使用最普遍的基質(zhì)為稀土離子摻雜的氟化物體系。但制備過程中會(huì)生產(chǎn)對(duì)人體、環(huán)境有害的氣體，破壞人體健康、污染環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種發(fā)光強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、量子效率高的氟鋁酸鹽近紅外量子剪裁材料。本發(fā)明所提供的氟鋁酸鹽近紅外量子剪裁材料，其化學(xué)組成為化學(xué)組成式為Sr3(cl 99_x)A104F:O. OlCe3+, xYb3+，(O 彡 x 彡 O. I)。其中，O彡 X 彡 O. 01，0· 01 彡 X 彡 O. 02,0. 02 彡 x 彡 O. 03,0. 03 彡 x 彡 O. 04， O. 04 ^ X ^ O. 05,0. 05 ^ X ^ O. 06,0. 06 ^ X ^ O. 07,0. 07 ^ X ^ O. 08,0. 08 ^ X ^ O. 09 或 O. 09 彡 X 彡 O. 10。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種氟鋁酸鹽近紅外量子剪裁材料的制備方法。本發(fā)明所提供的氟鋁酸鹽近紅外量子剪裁材料的制備方法，包括如下步驟按化學(xué)組成式Sr3(Q.99_X)A104F:O. OlCe3+,xYb3+ (O彡x彡O. I)的摩爾配比，稱取鍶原料、鋁原料、氟原料、鈰原料和鐿原料；所述原料研磨混勻后在CO的還原氣氛下，以600°C /h升溫到1200°C，在1200°C恒溫4小時(shí)，冷卻后，研磨，得到氟鋁酸鹽近紅外量子剪裁材料。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，所述鍶原料選自碳酸鍶、硝酸鍶和氧化鍶中的任一種或任幾種。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，所述鋁原料選自氧化鋁、氫氧化鋁和碳酸鋁中的任一種或任幾種。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，所述氟原料選自氟化鍶和氟化氨中的任一種或任幾種。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，所述鈰原料選自氧化鈰和硝酸鈰中的任一種或任幾種。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，所述鐿原料選自氧化鐿和硝酸鐿中的任一種或任幾種。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，O彡X彡O. 01,0. 01彡X彡O. 02,0. 02彡x彡O. 03， O. 03 ^ X ^ O. 04，O. 04 ^ X ^ O. 05,0. 05 ^ X ^ O. 06,0. 06 ^ X ^ O. 07,0. 07 ^ X ^ O. 08, O. 08 彡 X 彡 O. 09 或 O. 09 彡 X 彡 O. 10。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的新型的近紅外量子剪裁材料可以被200 500nm的近紫外光激發(fā)，激發(fā)光譜非常寬，在近紫外區(qū)(200 500nm)具有強(qiáng)的吸收其發(fā)射峰位于近紅外(900 1200nm)范圍內(nèi)。經(jīng)計(jì)算得其量子效率最高達(dá)185%，是一種適用于太陽(yáng)能電池的新型近紅外量子剪裁材料。本發(fā)明的新型的近紅外量子剪裁材料采用了常見的氟鋁酸鹽為基質(zhì)，合成方法簡(jiǎn)單，易于操作，環(huán)保。


圖I為本發(fā)明的氟鋁酸鹽近紅外量子剪裁材料Sr2.97A104F :0. OlCe3+的XRD衍射圖
為本發(fā)明的氟鋁酸鹽近紅外量子剪裁材料Sr2.94A104F:0. OlCe3+, O. OlYb3+的為本發(fā)明的氟鋁酸鹽近紅外量子剪裁材料Sr2.82A104F:0. OlCe3+, O. 05Yb3+的圖2
XRD衍射圖譜圖3
XRD衍射圖譜；圖4為本發(fā)明的氟鋁酸鹽近紅外量子剪裁材料Sr2.67A104F:0. OlCe3+,O. IYb3+的 XRD衍射圖譜。圖5為本發(fā)明的氟鋁酸鹽近紅外量子剪裁材料Sr2.97A104F:0.01Ce3+在室溫下的激發(fā)和發(fā)射光譜圖；圖6為本發(fā)明的氟鋁酸鹽近紅外量子剪裁材料Sr2.94A104F:0. OlCe3+, O. OIYb3+在室溫下的用980nm和464nm檢測(cè)得到激發(fā)光譜圖；圖7為本發(fā)明的氟鋁酸鹽近紅外量子剪裁材料Sr2.94A104F:0. OlCe3+, O. OIYb3+在室溫下401nm激發(fā)的發(fā)射光譜圖；圖8為本發(fā)明的氟鋁酸鹽近紅外量子剪裁材料Sr2.82A104F:0. OlCe3+, O. 05Yb3+在室溫下401nm激發(fā)的發(fā)射光譜圖；圖9為本發(fā)明的氟鋁酸鹽近紅外量子剪裁材料Sr2.67A104F:0. OlCe3+, O. IYb3+在室溫下401nm激發(fā)的發(fā)射光譜圖；圖10為本發(fā)明的氟鋁酸鹽近紅外量子剪裁材料Sr2.97A104F:0. OlCe3+在室溫下 Ce3+的壽命衰減圖；圖11為本發(fā)明的氟鋁酸鹽近紅外量子剪裁材料Sr2.94A104F:0. OlCe3+, O. OlYb3+在室溫下Ce3+的壽命衰減圖；圖12為本發(fā)明的氟鋁酸鹽近紅外量子剪裁材料Sr2.82A104F:0. OlCe3+, O. 05Yb3+在室溫下Ce3+的壽命衰減圖；圖13為本發(fā)明的氟鋁酸鹽近紅外量子剪裁材料Sr2.67A104F:0. OlCe3+, O. IYb3+在室溫下Ce3+的壽命衰減圖；圖14為本發(fā)明的氟鋁酸鹽近紅外量子剪裁材料Sr3(Q.99_X)A104F:0. OlCe3+, xYb3+(O ^ X ^ O. I)經(jīng)計(jì)算所得能量傳遞率和量子產(chǎn)率對(duì)比圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I :氟鋁酸鹽近紅外量子剪裁材料Sr2.97A104F:0. OlCe3+的制備分別稱取碳酸鍶(SrCO3)O. 7324g、氟化鍶(SrF2) O. 1256g、氧化鋁(Al2O3) O. 1019g、 氧化鈰(CeO2)O. 0034g。將上述原料在瑪瑙研缽研磨混勻后，裝入剛玉坩堝中，放入高溫爐， 在CO的還原氣氛下，以600°C /h升溫到1200°C，在1200°C恒溫4小時(shí)，冷卻，取出塊狀材料，進(jìn)行研磨得到粉末狀的樣品。該樣品的XRD衍射圖見圖1，通過與SrAlO4F的標(biāo)準(zhǔn)卡片對(duì)比，發(fā)現(xiàn)衍射峰位置完全一致，說明摻雜少量的Ce3+對(duì)基質(zhì)的晶格結(jié)構(gòu)無影響。樣品在 40Inm下激發(fā)，該樣品的室溫激發(fā)和發(fā)射光譜見圖5，近紫外區(qū)的發(fā)射主峰位于464nm，近紅外區(qū)無發(fā)射。該樣品的壽命衰減圖譜見圖10，通過二次擬合，計(jì)算得到Ce3+的熒光壽命為 O. 035 μ S0實(shí)施例2 :氟鋁酸鹽近紅外量子剪裁材料Sr2.94A104F:0. OlCe3+, O. OlYb3+的制備分別稱取碳酸鍶(SrCO3)O. 7279g、氟化鍶(SrF2) O. 1256g、氧化鋁(Al2O3) O. 1019g、 氧化鈰(CeO2)O. 0034g和氧化鐿(Yb2O3)O. 0039g。將上述原料在瑪瑙研缽研磨混勻后，裝入剛玉坩堝中，放入高溫爐，在CO的還原氣氛下，以600°C /h升溫到1200°C，在1200°C恒溫4 小時(shí)，冷卻，取出塊狀材料，進(jìn)行研磨得到粉末狀的樣品。該樣品的XRD衍射圖見圖2，通過與SrAlO4F的標(biāo)準(zhǔn)卡片對(duì)比，發(fā)現(xiàn)衍射峰位置完全一致，說明摻雜少量的Ce3+，Yb3+對(duì)基質(zhì)的晶格結(jié)構(gòu)無影響。該樣品在980nm波長(zhǎng)檢測(cè)下測(cè)得的激發(fā)光譜與該樣品在464nm波長(zhǎng)檢測(cè)下測(cè)出的激發(fā)光譜見圖6，通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)他們的峰型相似，并且主峰都在401nm。說明401nm 激發(fā)下Ce3+ — Yb3+可發(fā)生能量傳遞。樣品在401nm下激發(fā)，該樣品的室溫發(fā)射光譜見圖7， 近紫外區(qū)的發(fā)射主峰位于464nm，近紅外區(qū)無發(fā)射主峰位于980nm。該樣品的壽命衰減圖譜見圖11，通過二次擬合，計(jì)算得到Ce3+的熒光壽命為O. 029 μ S。實(shí)施例3 :氟鋁酸鹽近紅外量子剪裁材料Sr2.82A104F:0. OlCe3+, O. 05Yb3+分別稱取碳酸鍶(SrCO3)O. 7103g、氟化鍶(SrF2) O. 1256g、氧化鋁(Al2O3) O. 1019g、 氧化鈰(CeO2)O. 0034g和氧化鐿(Yb2O3) O. 0197g。將上述原料在瑪瑙研缽研磨混勻后，裝入剛玉坩堝中，放入高溫爐，在CO的還原氣氛下，以600°C /h升溫到1200°C，在1200°C恒溫4 小時(shí)，冷卻，取出塊狀材料，進(jìn)行研磨得到粉末狀的樣品。該樣品的XRD衍射圖見圖3，通過與SrAlO4F的標(biāo)準(zhǔn)卡片對(duì)比，發(fā)現(xiàn)衍射峰位置完全一致，說明摻雜少量的Ce3+，Yb3+對(duì)基質(zhì)的晶格結(jié)構(gòu)無影響。樣品在401nm下激發(fā)，該樣品的室溫發(fā)射光譜見圖8，近紫外區(qū)的發(fā)射主峰位于464nm,近紅外區(qū)無發(fā)射主峰位于980nm。該樣品的壽命衰減圖譜見圖12,通過二次擬合方法，計(jì)算得到Ce3+的熒光壽命為O. 020 μ S0實(shí)施例4 :氟鋁酸鹽近紅外量子剪裁材料Sr2.67A104F:0. OlCe3+, O. IYb3+分別稱取碳酸鍶(SrCO3)O. 6882g、氟化鍶(SrF2) O. 1256g、氧化鋁(Al2O3) O. 1019g、 氧化鈰(CeO2)O. 0034g和氧化鐿(Yb2O3)O. 0394g。將上述原料在瑪瑙研缽研磨混勻后，裝入剛玉坩堝中，放入高溫爐，在CO的還原氣氛下，以600°C /h升溫到1200°C，在1200°C恒溫4 小時(shí)，冷卻，取出塊狀材料，進(jìn)行研磨得到粉末狀的樣品。該樣品的XRD衍射圖見圖4，通過與SrAlO4F的標(biāo)準(zhǔn)卡片對(duì)比，發(fā)現(xiàn)衍射峰位置完全一致，說明摻雜少量的Ce3+，Yb3+對(duì)基質(zhì)的晶格結(jié)構(gòu)無影響。樣品在401nm下激發(fā)，該樣品的室溫發(fā)射光譜見圖9，近紫外區(qū)的發(fā)射主峰位于464nm,近紅外區(qū)無發(fā)射主峰位于980nm。該樣品的壽命衰減圖譜見圖13,通過二次擬合，計(jì)算得到Ce3+的熒光壽命為O. 016 μ S。。
近紅外量子剪裁材料Sr2 97AlO4FiO. 01Ce3\ Sr2 94AlO4F:O. OlCe3+, O. OlYb3+, CaSr2.S2AlO4F: O. OlCe3+, O. 05Yb3+、Sr2 67AlO4FiO. OlCe3+, O. IYb3+ 經(jīng)計(jì)算所得的衰減壽命分別為 O. 035 μ S，O. 029 μ S，O. 020 μ S，O. 016 μ s ;量子產(chǎn)率分別 % 0,42. 28 %, 78. 30 %， 185.21%。壽命和量子產(chǎn)率相對(duì)于Yb3+摻雜量的變化對(duì)比如圖14所示由圖14可以看出，Ce3+的熒光壽命隨著Yb3+摻雜濃度的增加逐漸下降，進(jìn)一步證明Ce3+的能量傳遞給了 Yb3+。量子產(chǎn)率隨Yb3+摻雜濃度的增加逐漸增加，當(dāng)Yb3+的摻雜濃度為10% Ce3+ — Yb3+的下轉(zhuǎn)換量子效率達(dá)到185. 2%，說明Ce3+、Yb3+共摻的近紅外量子剪裁熒光材料，有較高的量子效率，具有應(yīng)用于單晶硅太陽(yáng)能電池的潛能。
權(quán)利要求
1.一種氟鋁酸鹽近紅外量子剪裁材料，其化學(xué)組成式為Sr3(o.99-x)A104F:0. OlCe3+, xYb3+，(O ≤ x ≤ O. I)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氟鋁酸鹽近紅外量子剪裁材料，其特征在于，O ≤ X ≤ O. 01，O. 01 ≤ X ≤ O. 02，O. 02 ≤ X ≤ O. 03，O. 03≤ x ≤ O. 04，O. 04 ≤ x ≤ O. 05， O. 05 ≤ O. 06,0. 06≤X≤O. 07,0. 07 ≤ x ≤ O. 08,0. 08 ≤ x ≤ O. 09 或 O. 09≤ x ≤ O. 10。
3.一種氟鋁酸鹽近紅外量子剪裁材料的制備方法，包括如下步驟按化學(xué)組成式Sr3(a99_X)A104F:O. OlCe3+, xYb3+(0 ^ x ^ O. I)的摩爾配比，稱取鍶原料、 鋁原料、氟原料、鈰原料和鐿原料；所述原料研磨混勻后于CO的還原氣氛下，以600°C /h升溫到1200°C，在1200°C恒溫4 小時(shí)，冷卻后，得到氟鋁酸鹽近紅外量子剪裁材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氟鋁酸鹽近紅外量子剪裁材料的制備方法，其特征在于，所述鍶原料選自碳酸鍶、硝酸鍶和氧化鍶中的任一種或任幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的氟鋁酸鹽近紅外量子剪裁材料的制備方法，其特征在于， 所述鋁原料選自氧化鋁、氫氧化鋁和碳酸鋁中的任一種或任幾種。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氟鋁酸鹽近紅外量子剪裁材料的制備方法，其特征在于，所述氟原料選自氟化鍶和氟化氨中的任一種或任幾種。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氟鋁酸鹽近紅外量子剪裁材料的制備方法，其特征在于，所述鈰原料選自氧化鈰和硝酸鈰中的任一種或任幾種。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氟鋁酸鹽近紅外量子剪裁材料的制備方法，其特征在于，所述鐿原料選自氧化鐿和硝酸鐿中的任一種或任幾種。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氟鋁酸鹽近紅外量子剪裁材料的制備方法，其特征在于， O ≤ X ≤ O. 01，0· 01 ≤ X ≤ O. 02,0. 02 ≤ x ≤ O. 03,0. 03 ≤ x ≤ O. 04,0. 04 ≤ x ≤ O. 05， O. 05≤X≤O. 06,0. 06 ≤ O. 07,0. 07 ≤ x ≤ O. 08,0. 08 ≤ x ≤ O. 09 或 O. 09 ≤ x ≤ O. 10。
10.權(quán)利要求I或2所述的氟鋁酸鹽近紅外量子剪裁材料在制備太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氟鋁酸鹽近紅外量子剪裁材料及其制備方法與應(yīng)用。該氟鋁酸鹽近紅外量子剪裁材料，其化學(xué)組成式為Sr3(0.99-x)AlO4F:0.01Ce3+，xYb3+，(0≤x≤0.1)。該氟鋁酸鹽近紅外量子剪裁材料的制備方法，包括如下步驟按上述化學(xué)組成式的摩爾配比，稱取鍶原料、鋁原料、氟原料、鈰原料和鐿原料；各種原料研磨混勻后，在CO的還原氣氛下，以600℃/h升溫到1200℃，在1200℃下恒溫4小時(shí)，冷卻后，得到粉末狀的氟鋁酸鹽近紅外量子剪裁材料。本發(fā)明的氟鋁酸鹽近紅外量子剪裁材料發(fā)光強(qiáng)度高，穩(wěn)定性好，量子效率高，環(huán)保。
文檔編號(hào)C09K11/64GK102585811SQ20121000223
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月5日
發(fā)明者孫家躍, 孫翊寧, 杜海燕 申請(qǐng)人:北京工商大學(xué)