[發明專利]一種稀土摻雜鉍層狀結構半導體上轉換發光材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202010121102.4
• 申請日: 2020-02-26
• 公開（公告）號: CN111286328A
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發明（設計）人: 彭躍紅;舒鑫柱;楊爾均;王琦聞;趙文倩;麻鉞;李文禹;聶建全
• 申請（專利權）人: 楚雄師范學院
• 主分類號: C09K11/74
• 分類號: C09K11/74
• 代理公司: 昆明合盛知識產權代理事務所(普通合伙) 53210
• 代理人: 龍燕

本發明公開一種稀土摻雜鉍層狀結構半導體上轉換發光材料及其制備方法，屬于稀土發光材料領域。本發明光學器件的化學通式為Ca_1?x?yYb_xRE_yBiNb₂O₉，其中RE為稀土元素Ho、Tm或Tb；x＝0.01～0.1，0.01≤x≤0.1，y＝0.005～0.05，0.01≤y≤0.05。該材料在近紅外激光照射下，展現出強烈的綠光或藍光發射。該上轉換發光材料物理化學性質穩定，合成方法簡單易操作、成本低、發光性能良好，在照明、顯示、太陽能電池、溫度傳感及光電多功能器件方面具有良好的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種稀土摻雜鉍層狀結構半導體上轉換發光材料及其制備方法，屬于稀土發光材料領域。

背景技術

近年來，稀土摻雜上轉換發光材料由于其在照明、顯示、太陽能電池、溫度傳感及光電多功能器件方面具有良好的應用前景，得到了廣泛的關注。目前上轉換發光材料多采用氟化物、硫化物和氯化物等基質，但這些材料熱穩定性差較差，容易潮解，且制備工藝復雜，在一定程度上限制了上轉換發光材料在很多領域的應用。開發新型優良的多功能稀土摻雜上轉換發光材料具有重要意義。

最近，半導體氧化物與稀土離子的結合已成為一類新型材料，在許多領域具有巨大的應用潛力潛力，例如顯示器、照明和生物醫學成像。CaBi₂Nb₂O₉是一種典型的鈣鈦礦型鉍層狀結構半導體材料，由類鈣鈦礦層(CaNb2O7)^2-和(Bi₂O₂)²⁺層有規律的交替排列而成，具有優良的熱穩定性和化學性質、居里溫度高等優點，近年來在高溫壓電傳感等領域被廣泛研究。此外，CaBi₂Nb₂O₉帶隙大，聲子能量較低，兼具半導體結構易于調控從而實現調控稀土離子發光性能的特點，有望成為一種理想的發光材料基質。但是目前對稀土摻雜CaBi₂Nb₂O₉層狀半導體發光性質的研究卻相對較少，其層狀結構對稀土離子的作用機理尚不清楚。

發明內容

本發明目的在于提供一種稀土摻雜鉍層狀結構半導體上轉換發光材料，其化學通式為：Ca_1-x-yYb_xRE_yBi₂Nb₂O₉，其中RE為稀土元素Ho、Tm或Tb；x＝0.01～0.1，y＝0.005～0.05，該材料制備工藝簡單且成本低，具有良好的發光性能。

本發明的另一目的在于提供所述稀土摻雜鉍層狀結構半導體上轉換發光材料的制備方法，本發明采用高溫固相法制備，具體步驟如下：

(1)根據化學計量比分別稱量高純Bi₂O₃、CaCO₃、Nb₂O₅、Yb₂O₃、稀土氧化物，所有原料純度均大于等于99.5％；其中，稀土氧化物為Ho₂O₃、Tm₂O₃或Tb₄O₇，置于(瑪瑙)研缽中，加入分散劑研磨，使原料充分混合均勻后烘干。

(2)將烘干后的原料置于(氧化鋁)坩堝中，放入馬弗爐中在800～950℃條件下預燒1～3h，然后在空氣氣氛下1000-1150℃下燒結2～5h；冷卻至室溫，將燒結好的樣品再次研磨，即可得到化學式為Ca_1-x-yYb_xRE_yBi₂Nb₂O₉的稀土離子摻雜鉍層狀結構半導體上轉換發光材料。