[發(fā)明專利]無鉛鐵電上轉(zhuǎn)換熒光材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710337929.7
• 申請日: 2017-05-15
• 公開（公告）號: CN107057699B
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 羅來慧;黃胤鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 寧波大學(xué)
• 主分類號: C09K11/78
• 分類號: C09K11/78;G01K11/14
• 代理公司: 寧波誠源專利事務(wù)所有限公司 33102
• 代理人: 景豐強(qiáng);葉桂萍

本發(fā)明涉及一種無鉛鐵電上轉(zhuǎn)換熒光材料，包括結(jié)構(gòu)為ABO₃的鈣鈦礦無鉛鐵電陶瓷材料，其特征在于：該無鉛鐵電陶瓷材料的化學(xué)式為Na_0.5Bi_0.5?x?yYb_xTm_yTiO₃，其中，0.005≤x≤0.02；0.00005≤y≤0.001，通過在A位添加稀土元素敏化劑Yb³⁺以及稀土元素激活劑Tm³⁺取代Bi³⁺，進(jìn)而實現(xiàn)缺陷基上轉(zhuǎn)換發(fā)光。本發(fā)明還公開了該材料的制備方法。固有點缺陷替代無鉛鐵電陶瓷材料中發(fā)射綠光的稀土離子，從而實現(xiàn)陶瓷組分的調(diào)節(jié)，進(jìn)而調(diào)節(jié)陶瓷材料的上轉(zhuǎn)換熒光顏色和性能，同時，還提供該無鉛鐵電上轉(zhuǎn)換熒光材料的制備方法和應(yīng)用，能夠大大的降低了生產(chǎn)成本，并且很大程度上保護(hù)了稀土資源。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鐵電材料，還公開了這種鐵電材料的制備方法和在上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

上轉(zhuǎn)換熒光材料以其熒光效率高、穩(wěn)定性好、分辨率高等優(yōu)良性能，受到科研人員的廣泛關(guān)注，其能夠在長波(如紅外)輻射激發(fā)下發(fā)射出可見光，甚至紫外光，在光纖通訊技術(shù)、纖維放大器、三維立體顯示、生物分子熒光標(biāo)識、紅外輻射探測等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。近來用稀土元素進(jìn)行摻雜的無鉛鐵電材料來制備上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的應(yīng)用和研究也越來越多，相關(guān)文獻(xiàn)見專利號為ZL200910071967.8的中國發(fā)明專利《鐠摻雜的鈦酸鈣發(fā)光粉及其制備方法》(授權(quán)公告號為CN101544886B)，還可以參考專利號為ZL201110102113.9的中國發(fā)明專利《鉍層狀類鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的氧化物上轉(zhuǎn)換發(fā)光壓電材料及其制備方法》(授權(quán)公告號為CN102276248B)；采用鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料，其化學(xué)性能和物理穩(wěn)定性都有提高，且具有鐵電材料獨有的電學(xué)性，同時制備工藝也相對簡單。

如材料為ABO₃型結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦無鉛鐵電陶瓷，存在著許多固有的點缺陷，大部分是氧空位。這些缺陷對材料的電學(xué)和光學(xué)性能會產(chǎn)生很重要的影響。很多ABO₃型結(jié)構(gòu)的物質(zhì)在可見光區(qū)域有特征的光致下轉(zhuǎn)換熒光，這方面的工作也得到了一些關(guān)注和研究，如鈦酸鉍鈉(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃陶瓷材料具有優(yōu)良的壓電、鐵電、介電、電光等電學(xué)性能，是一種優(yōu)越的無鉛鐵電材料。在現(xiàn)代電子工業(yè)以及光學(xué)領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。由于(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃陶瓷在高溫?zé)Y(jié)的過程中Bi和Na離子的揮發(fā)，在陶瓷中會形成許多固有的點缺陷，例如氧空位、A/B位空位、激子等。這些缺陷對材料的電學(xué)和光學(xué)性能會產(chǎn)生很重要的影響。由于缺陷的存在，會在材料的導(dǎo)帶和價帶之間引入缺陷能級，從而使(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃成為潛在的熒光材料。

傳統(tǒng)的熒光材料一般利用高能量的光子照射，獲得低能量的光。隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，現(xiàn)在可以非常廉價的獲得980nm半導(dǎo)體激光，利用三價的稀土離子Yb³⁺對980nm激光強(qiáng)烈的吸收，然后再將吸收的光子的能量傳遞到其它的稀土離子如Pr³⁺，Er³⁺，Tm³⁺，可以獲得肉眼可見的熒光。傳統(tǒng)上轉(zhuǎn)換熒光材料，要獲得白光發(fā)光材料至少要利用兩種熒光活化劑如Pr³⁺/Tm³⁺組合；Er³⁺/Tm³⁺，Ho³⁺/Tm³⁺如文獻(xiàn)Journal of Alloys and Compounds588(2014)158-162就報道了兩種活化劑Er³⁺/Tm³⁺的組合才獲得了上轉(zhuǎn)換白光的輸出。然而稀土的價格是昂貴的，稀土在地球上的含量也是很有限的，因此如何減少或者避免使用稀土就變得至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容