[發明專利]二氧化鈦納米晶基質敏化紅色發光材料及其制備方法

無效

• 申請號: 200810071788.X
• 申請日: 2008-09-16
• 公開（公告）號: CN101676362A
• 公開（公告）日: 2010-03-24
• 發明（設計）人: 陳學元;羅文欽;李仁富;劉永升
• 申請（專利權）人: 中國科學院福建物質結構研究所
• 主分類號: C09K11/78
• 分類號: C09K11/78;C01G23/053
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及納米熒光材料，尤其是涉及一種Sm³⁺摻雜二氧化鈦納米晶紅色發光材料。

背景技術

稀土離子是一類良好的發光中心，具有發光譜線窄，發光壽命長等優點，在光電子器件、液晶顯示器、生物熒光標記等方面得到廣闊的應用，受到國內外學者的普遍關注。但由于稀土離子自身f-f之間電子的躍遷是對稱性禁阻的，直接激發稀土離子的效率很低，因而，通過各種方式對稀土離子進行敏化是提高稀土離子發光效率的有效途徑。TiO₂是一種寬禁帶半導體，它具有高的化學熱穩定性，高折射率以及在可見光透光率好等優點，是一種良好的發光基質。目前，國內外對稀土摻雜二氧化鈦進行了廣泛的研究，以期能夠實現TiO₂對稀土離子的敏化發光，從而得到一種高效的發光材料。各研究表明，通過合理控制合同條件，可以實現二氧化鈦納米晶到稀土離子的能量傳遞。但由于離子半徑大的三價稀土離子很難以替代Ti離子的形式摻雜進入TiO₂中，因而國內外大多數得到的只是稀土離子在TiO₂表面的弱發光，極大限制了這類材料的實際應用。三價釤離子Sm³⁺是一種重要的紅色發光材料的激活離子。實現Sm³⁺離子在TiO₂納米晶中的有效摻雜，實現從TiO₂到Sm³⁺高效的能量傳遞，有望得到一種高效的紅色熒光材料。

發明內容

本發明提出通過TiO₂納米晶基質的敏化作用實現Sm³⁺高效紅色發光。

本發明制備的TiO₂納米晶的組分為：xSm³⁺-(1-x)TiO₂(其中x＝0.5-6mol％)。

本發明采用如下制備工藝：室溫下，將醋酸釤(Sm(CH₃OO)₃·6H₂O)、蒸餾水和無水乙醇在燒杯中混和均勻，得到透明溶液A，在另一燒杯中加入鈦酸四正丁酯、無水乙醇，混和均勻得到透明溶液B，將溶液A和溶液B混合均勻得到透明溶液C，攪拌溶液C直至出現白色沉淀，然后將C轉移到高壓釜中，在低于150℃下保溫，使其充分沉淀。

X射線粉末衍射實驗表明制備出來的Sm:TiO₂納米晶是純的鈦銳礦結構。掃描電鏡和透射電鏡表明得到的是由小顆粒納米晶組成的1um左右的球狀多晶聚集體。通過選擇在TiO₂的帶隙進行激發，能得到強的、尖銳的Sm³⁺離子紅色發光。表明此發明得到的Sm:TiO₂納米材料是一種優良的紅色納米熒光材料。

本發明材料制備工藝簡單、成本低，可以進行批量生產。本發明與目前國內外制備的Sm:TiO₂納米晶相比，Sm³⁺離子可以有效地摻雜到TiO₂納米晶中Ti的格點位置，而且實現了從TiO₂到Sm³⁺離子的高效能量傳遞，是一種優良的新型紅色發光材料。

附圖說明

圖1：摻Sm³⁺2mol％TiO₂500℃煅燒2小時后的XRD圖；

圖2：(a)摻Sm³⁺2mol％的TiO₂500℃煅燒2小時后的常溫激發和發射譜，(b)樣品的低溫(10K)發射譜，從上到下選擇的激發波長分別為：332nm，416.2nm；

圖3：從TiO₂納米晶到Sm³⁺離子的能量傳遞機理示意圖。

具體實施方式