CN108659838A - 一种纳米级类球状氧化钪基上转换发光材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于发光材料技术领域，涉及一种纳米级类球状氧化钪基上转换发光材料及其制备方法。解决现有氧化钪稀土上转换发光材料制备温度高，尺寸大及分散性差的技术问题。本发明的纳米级类球状氧化钪基上转换发光材料为Sc2(1‑x‑y)O3：M3+ 2x，Yb3+ 2y；其中，M为稀土元素Ho、Er、Tm中的一种；x，y为元素摩尔分数，其取值范围为：0.0001≤x≤0.10，0.0001≤y≤0.20；其平均直径为10～30nm。与传统方法制备的氧化钪基上转换发光材料相比，其颗粒小，形貌规则，分散性好；在980nm波长的红外光激发下可观察到明亮的400～850nm的可见光。与采用传统高温固相法制备的氧化钪基上转换发光材料相比，尺寸更小发光更好。与利用有机碱溶液调制采用水热方法制备的样品相比，发光亮度进一步提高10倍。
Description
技术领域
本发明属于发光材料技术领域，具体涉及一种纳米级类球状氧化钪基上转换发光材料及其制备方法。
背景技术
稀土上转换发光是一种独特的非线性光学现象。稀土上转换发光材料是指吸收能量较低的光子却能够发出较高能量的光子的材料。该类材料由于特有的光学性质，而在很多方面都有很好的应用前景，特别是在非光学器件、光显示、红外探测、荧光防伪、荧光探针、生物传感器、生物成像、太阳能电池以及光催化等领域。
与传统荧光探针(有机染料和量子点等)相比，稀土掺杂的上转换发光纳米材料具有化学稳定性好、发光色纯度高、毒性低和Stokes位移大等优点。同时，长波-近红外光(800-1300nm)激发条件下，穿透深度较紫外、可见光具有较大优势，可以避免生物样品光散射以及自发荧光的干扰，从而使检测背景降低，信噪比提高。但是上转换发光为多光子过程，发光中心稀土离子的吸收截面积小，为禁戒f-f电偶极跃迁以及纳米晶表面存在大量猝灭中心等内在缺陷造成上转换发光效率低、强度弱，制约了此类材料的现实应用。人们希望通过优选基质，离子共掺杂等方法提高荧光强度。
稀土上转换发光材料根据基质组分的不同，可分为氟化物、氧化物、卤氧化物和硫化物等。这些基质材料中，氟化物是目前公认的转换效率最高的基质材料。它具有较低的声子能量，减小了由于多光子弛豫造成的无辐射跃迁能量损失，从而导致较高的上转换发光效率。但是它的化学稳定性差，制作条件苛刻，不易控制，难以集成等缺点也非常突出，从而在一定程度上限制了它的应用。而氧化物虽然比氟化物声子能量略高，但它的制备工艺简单，环境条件要求较低，稀土离子的溶解度高，机械强度和化学稳定性好。因此，氧化物是应用很广泛的基质材料。但是，以氧化物为基质材料的上转换发光材料的上转换效率略低。
立方晶系倍半氧化物材料(如Y2O3，Lu2O3，Sc2O3等)因其特有的结构而备受关注。倍半氧化合物拥有较短的阳离子-阳离子距离，并且由于基质阳离子同属稀土离子，其他稀土离子可以无电荷差、微小离子半径差直接原位取替，因此具有较高稀土离子掺杂浓度。此外，倍半氧化合物还具有较低的声子能量、大的斯托克能级分裂、稳定的化学特性和良好的热传导特性等物理性质。目前，倍半氧化合物Y2O3、Lu2O3由于其高效的发光效率，作为商用的上转换发光材料被广泛使用。在倍半氧化物材料中，Sc2O3具有最小的晶格参数，其中阳离子密度最高为3.338×1022cm-1，并且Sc-Sc键键长最短仅Sc2O3材料中较短的Sc-O键长可产生较强的晶体场，导致掺杂离子(以Yb3+/Er3+为例)具有较大能级分裂。Sc2O3材料中较短的Sc-Sc键长还使得Yb3+→Er3+离子对具有较近的距离，进而加速Yb3+→Er3+能量传递速率。更为重要的是，在实验中我们发现与Y2O3、Lu2O3倍半氧化物材料相比，Yb3+/Er3+共掺杂Sc2O3材料中红光发射产生了明显红移。倍半氧化物普遍具有一个较大缺陷：制备样品需要非常高的温度，所以通常通过传统的高温固相法制备，温度达到1600℃才能够形成纯相Sc2O3，在温度为1300℃时仍然存在掺杂离子的原材料Yb2O3晶相。但是，当温度达到1600℃时，由于温度过高导致制得的发光材料是大量球状体粘连在一起的块状体，尺寸大，分散性很差。同时，由于激活剂浓度分布不均匀，还会影响其发光效率。从而限制氧化钪基稀土上转换发光材料在生物医学成像等领域的应用。
发明内容
本发明要解决现有技术中氧化钪稀土上转换发光材料制备温度高，尺寸大及分散性差的技术问题，提供一种纳米级类球状氧化钪基上转换发光材料及其制备方法。本发明通过绿色水热合成法，在低温条件下得到Yb3+/Er3+、Ho3+或Tm3+共掺杂Sc2O3材料，其具有强的红色上转换发光，并且尺寸较小、分散性好。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：
一种纳米级类球状氧化钪基上转换发光材料，其是具有以下化学式的化合物：Sc2(1-x-y)O3：M3+ 2x，Yb3+ 2y；
其中，M为稀土元素Ho、Er、Tm中的一种；x，y为元素摩尔分数，其取值范围为：0.0001≤x≤0.10，0.0001≤y≤0.20。
在上述技术方案中，所述的上转换发光材料为颗粒均匀的类球状，其平均直径为10～30nm。
在上述技术方案中，所述的上转换发光材料为立方晶系倍半氧化物。
本发明还提供一种纳米级类球状氧化钪基上转换发光材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按表达式Sc2(1-x-y)O3：M3+ 2x，Yb3+ 2y，x，y为元素摩尔分数，其取值范围为：0.0001≤x≤0.10，0.0001≤y≤0.20，中各物质的化学计量比分别量取Sc(NO3)3、Yb(NO3)3，以及量取Tm(NO3)3、Er(NO3)3、Ho(NO3)3中的一种，加入无水乙醇溶液，配制得到醇混合溶液；
(2)向步骤(1)配制的醇混合溶液中边搅拌边滴加氢氧化钠水溶液，继续搅拌；
(3)向步骤(2)得到的溶液中逐滴加入油酸充分搅拌，获得均匀稳定的悬浊液；
(4)将步骤(3)得到的悬浊液置于水热反应釜中，在160～190℃烘箱中恒温反应12～48小时；将反应釜中的沉淀物离心取出，分别用去离子水和乙醇离心清洗，干燥，得到反应物前驱体沉淀；
(5)将步骤(4)中得到的反应物前驱体沉淀放入刚玉坩埚中加盖，置于高温炉中，进行焙烧，焙烧温度为700～1000℃，焙烧时间为1～3小时，取出研碎得到最终产物纳米级类球状氧化钪基上转换发光材料。
在上述技术方案中，所述步骤(2)具体为：
向步骤(1)配制的醇混合溶液中逐滴加入1.5mL-2.0mL的浓度为3.75mol/L的氢氧化钠水溶液，进行搅拌30min。
在上述技术方案中，所述步骤(3)具体为：
向步骤(2)得到的溶液中逐滴加入315μL-1.0mL的油酸，充分搅拌1～2小时，得到悬浊液。
在上述技术方案中，步骤(4)的反应温度为180℃，时间为24小时。
在上述技术方案中，步骤(4)中所得的沉淀物先用去离子水离心清洗3～5次，再用乙醇离心清洗3～5次；再放入烘箱中，于60～90℃恒温干燥8～15小时，得到反应物前驱体沉淀。
在上述技术方案中，步骤(5)中焙烧温度为700℃，时间为2小时。
本发明的有益效果是：
本发明提供的纳米级类球状氧化钪基上转换发光材料为近红外光激发的纳米级类球状的发光材料，与传统方法制备的氧化钪基上转换发光材料相比，颗粒小，形貌规则，分散性好。样品为纳米级类球状，其平均直径为10～30nm，分散性较好。
本发明的纳米级类球状氧化钪基上转换发光材料，在980nm波长的红外光激发下可观察到明亮的400～850nm的可见光。与采用传统高温固相法制备的氧化钪基上转换发光材料相比，尺寸更小发光更好。此外，与文献报道利用有机碱溶液调制采用水热方法制备的样品相比，发光亮度进一步提高10倍。
本发明提供的纳米级类球状氧化钪基上转换发光材料的制备方法，是采用水热和退火相结合，具有可控性好，反应温度低，对设备要求低，对环境无污染等优点。
在制备过程中，用氢氧化钠水溶液和油酸调节反应物，使反应物形成纯相；退火处理时，焙烧只需达到700～1000℃，当温度在700℃就能够制备得到分散性好，不易团聚，颗粒尺寸较小的类球状氧化钪基上转换发光材料。如见透射电镜照片图1，合成的纳米类球状直径为10～30nm，分散性较好。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1为实施例1：Sc1.88O3:Er3+ 0.02，Yb3+ 0.1的透射电镜照片。
图2为实施例1：Sc1.88O3:Er3+ 0.02，Yb3+ 0.1在980nm激发下的上转换发射谱。
图3为实施例1：Sc1.88O3:Er3+ 0.02，Yb3+ 0.1的XRD衍射图谱。
图4为实施例2：Sc1.79O3:Er3+ 0.01，Yb3+ 0.2的XRD衍射图谱。
图5为实施例3：Sc1.78O3:Er3+ 0.02，Yb3+ 0.2在980nm激发下的上转换发射光谱。
图6为实施例4：Sc1.88O3:Er3+ 0.02，Yb3+ 0.1在980nm激发下的上转换发射光谱。
图7为实施例5：Sc1.88O3:Er3+ 0.02，Yb3+ 0.1在980nm激发下的上转换发射光谱。
图8为实施例6：Sc1.88O3:Er3+ 0.02，Yb3+ 0.1的透射电镜照片。
图9为实施例7：Sc1.88O3:Er3+ 0.02，Yb3+ 0.1的透射电镜照片。
图10为实施例8：Sc1.88O3:Tm3+ 0.02，Yb3+ 0.1在980nm激发下的上转换发射光谱。
图11为实施例9:Sc1.88O3:Ho3+ 0.02，Yb3+ 0.1在980nm激发下的上转换发射光谱。
具体实施方式
本发明提供一种纳米级类球状氧化钪基上转换发光材料，其是具有以下化学式的化合物：Sc2(1-x-y)O3：M3+ 2x，Yb3+ 2y；其中，M为稀土元素Ho、Er、Tm中的一种；x，y为元素摩尔分数，其取值范围为：0.0001≤x≤0.10，0.0001≤y≤0.20。所述的上转换发光材料为立方晶系倍半氧化物，颗粒均匀的类球状，其平均直径为10～30nm。
本发明还提供一种纳米级类球状氧化钪基上转换发光材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按表达式Sc2(1-x-y)O3：M3+ 2x，Yb3+ 2y，(0.0001≤x≤0.10；0.0001≤y≤0.20)中各物质的化学计量比分别量取Sc(NO3)3、Yb(NO3)3，以及Tm(NO3)3、Er(NO3)3、Ho(NO3)3中的一种于烧杯中，加入无水乙醇，无水乙醇体积约为反应釜容积的70％，利用磁力搅拌器充分搅拌，得到均匀的混合溶液；
Sc(NO3)3、Yb(NO3)3、Tm(NO3)3、Ho(NO3)3及Er(NO3)3标准溶液的配制：
分别准确称取4-5N Sc2O3，Yb2O3，Tm2O3，Ho2O3，Er2O3，放入干净的烧杯中，加入少许去离子水，边搅拌边滴加稀硝酸，在60～80℃加热条件下搅拌溶解为透明溶液，置容量瓶中，分别配成Sc(NO3)3浓度为1mol/L，Yb(NO3)3浓度为0.2mol/L，Tm(NO3)3浓度为0.2mol/L，Ho(NO3)3浓度为0.2mol/L，Er(NO3)3浓度为0.2mol/L的硝酸盐标准水溶液；
其中稀硝酸用量应根据化学当量计算，并允许适当过量10％。所用的稀硝酸是优级纯浓硝酸与去离子水配制而成，浓硝酸与去离子水的比例为(1～1.5):1。
(2)向步骤(1)配制的混合溶液中边搅拌边滴加氢氧化钠水溶液，进行搅拌30min，其中所述氢氧化钠的浓度为3.75mol/L；
(3)将步骤(2)得到悬浊液逐滴加入油酸充分搅拌1～2小时，获得均匀稳定的悬浊液；
(4)将步骤(3)得到的悬浊液置于水热反应釜中，在160～190℃烘箱中恒温反应12～48小时；将反应釜中的沉淀物离心取出，先用去离子水离心清洗3～5次，再用乙醇离心清洗3～5次；再放入烘箱中，于60～90℃恒温干燥8～15小时，得到反应物前驱体沉淀；
(5)将步骤(4)中得到反应物前驱体沉淀放入刚玉坩埚中加盖，置于高温炉中，进行焙烧，焙烧温度为700～1000℃，焙烧时间为1～3小时，取出研碎得到最终产物纳米级类球状氧化钪基上转换发光材料。
以下实施例中所用Sc(NO3)3浓度为1mol/L，Yb(NO3)3浓度为0.2mol/L，Tm(NO3)3浓度为0.2mol/L，Ho(NO3)3浓度为0.2mol/L，Er(NO3)3浓度为0.2mol/L，氢氧化钠浓度为3.75mol/L。
实施例1
按表达式Sc2(1-x-y)O4：M3+ 2x，Yb3+ 2y中各物质的化学计量比向100mL小烧杯中分别量取940μL Sc(NO3)3，250μL Yb(NO3)3，50μL Er(NO3)3，再加入约20mL无水乙醇；然后边搅拌边向上述混合液逐滴加入氢氧化钠水溶液1.7mL，进行搅拌30min，接着逐滴加入油酸1mL，充分搅拌1～2小时。将所得悬浊液放入水热反应釜中180℃反应24小时，自然冷却，将沉淀物离心取出，先用去离子水，再用无水乙醇分别离心洗涤3次。放入烘箱，80℃干燥15小时，得到反应物前驱体沉淀；将反应物前驱体沉淀放入刚玉坩埚中加盖，置于高温炉中，焙烧温度为700℃，焙烧时间为2小时，取出研碎即得到红外光激发的纳米级类球状氧化钪基上转换发光材料Sc1.88O3:Er3+ 0.02，Yb3+ 0.1。
该实施例样品的形貌、上转换光谱、及XRD扫描为：
透射电镜照片见图1，合成的纳米级类球状平均直径为10～30nm，分散性较好；
980nm激发下的上转换发射谱见图2，在激发功率密度为7mW/mm2的980nm激发下，肉眼即可观察到清晰的红色上转换发光。
XRD衍射图谱见图3，与Sc2O4标准衍射谱(JCPDS card 84-1844)一致，且衍射峰半峰宽较大，说明粒子尺寸较小；
实施例2
按表达式Sc2(1-x-y)O3：M3+ 2x，Yb3+ 2y中各物质的化学计量比向100mL小烧杯中分别量取895μL Sc(NO3)3，500μL Yb(NO3)3，25μL Er(NO3)3，再加入约20mL无水乙醇，然后边搅拌边向上述混合液逐滴加入氢氧化钠水溶液2mL，进行搅拌30min，接着逐滴加入油酸1mL，充分搅拌1～2h。将所得悬浊液放入水热反应釜中180℃反应24小时，自然冷却，将沉淀物离心取出，先用去离子水，再用无水乙醇分别离心洗涤3次。放入烘箱，80℃干燥15小时，得到反应物前驱体沉淀；将反应物前驱体沉淀放入刚玉坩埚中加盖，置于高温炉中，焙烧温度为700℃，焙烧时间为2小时，取出研碎即得到红外光激发的纳米级类球状氧化钪基上转换发光材料Sc1.79O3:Er3+ 0.01，Yb3+ 0.2。
该实施例样品XRD衍射图谱见图4，与Sc2O4标准衍射谱(JCPDS card 84-1844)一致，且衍射峰半峰宽较大，说明粒子尺寸较小。
实施例3
按表达式Sc2(1-x-y)O3：M3+ 2x，Yb3+ 2y中各物质的化学计量比向100mL小烧杯中分别量取890μL Sc(NO3)3，500μL Yb(NO3)3，50μL Er(NO3)3，再加入约20mL无水乙醇，然后边搅拌边向上述混合液逐滴加入氢氧化钠水溶液2mL，进行搅拌30min，接着逐滴加入油酸1mL，充分搅拌1～2h。将所得悬浊液放入水热反应釜中180℃反应24小时，自然冷却，将沉淀物离心取出，先用去离子水，再用无水乙醇分别离心洗涤3次。放入烘箱，80℃干燥15小时，得到反应物前驱体沉淀；将反应物前驱体沉淀放入刚玉坩埚中加盖，置于高温炉中，焙烧温度为700℃，焙烧时间为2小时，取出研碎即得到红外光激发的纳米级类球状氧化钪基上转换发光材料Sc1.78O3:Er3+ 0.02，Yb3+ 0.2。
该实施例样品的上转换光谱为：
980nm激发下的上转换发射谱见图5，在激发功率密度为7mW/mm2的980nm激发下，肉眼即可观察到清晰的红色上转换发光。
实施例4
按表达式Sc2(1-x-y)O3：M3+ 2x，Yb3+ 2y中各物质的化学计量比向100mL小烧杯中分别量取940μL Sc(NO3)3，250μL Yb(NO3)3，50μL Er(NO3)3，再加入约20mL无水乙醇，然后边搅拌边向上述混合液逐滴加入氢氧化钠水溶液2mL，进行搅拌30min，接着逐滴加入油酸1mL，充分搅拌1～2h。将所得悬浊液放入水热反应釜中180℃反应24小时，自然冷却，将沉淀物离心取出，先用去离子水，再用无水乙醇分别离心洗涤3次。放入烘箱，80℃干燥15小时，得到反应物前驱体沉淀；将反应物前驱体沉淀放入刚玉坩埚中加盖，置于高温炉中，焙烧温度为700℃，焙烧时间为2小时，取出研碎即得到红外光激发的纳米级类球状氧化钪基上转换发光材料Sc1.88O3:Er3+ 0.02，Yb3+ 0.1。
该实施例样品上转换光谱为：
980nm激发下的上转换发射谱见图6，在激发功率密度为7mW/mm2的980nm激发下，肉眼即可观察到清晰的红色上转换发光。
实施例5
按表达式Sc2(1-x-y)O3：M3+ 2x，Yb3+ 2y中各物质的化学计量比向100mL小烧杯中分别量取940μL Sc(NO3)3，250μL Yb(NO3)3，50μL Er(NO3)3，再加入约20mL无水乙醇，然后边搅拌边向上述混合液逐滴加入氢氧化钠水溶液1.5mL，进行搅拌30min，接着逐滴加入油酸1mL，充分搅拌1～2h。将所得悬浊液放入水热反应釜中180℃反应24小时，自然冷却，将沉淀物离心取出，先用去离子水，再用无水乙醇分别离心洗涤3次。放入烘箱，80℃干燥15小时，得到反应物前驱体沉淀；将反应物前驱体沉淀放入刚玉坩埚中加盖，置于高温炉中，焙烧温度为700℃，焙烧时间为2小时，取出研碎即得到红外光激发的纳米级类球状氧化钪基上转换发光材料Sc1.88O3:Er3+ 0.02，Yb3+ 0.1。
该实施例样品上转换光谱为：
980nm激发下的上转换发射谱见图7，在激发功率密度为7mW/mm2的980nm激发下，肉眼即可观察到清晰的红色上转换发光。
实施例6
按表达式Sc2(1-x-y)O3：M3+ 2x，Yb3+ 2y中各物质的化学计量比向100mL小烧杯中分别量取940μL Sc(NO3)3，250μL Yb(NO3)3，50μL Er(NO3)3，再加入约20mL无水乙醇，然后边搅拌边向上述混合液逐滴加入氢氧化钠水溶液2mL，进行搅拌30min，接着逐滴加入油酸315μL，充分搅拌1～2h。将所得悬浊液放入水热反应釜中180℃反应24小时，自然冷却，将沉淀物离心取出，先用去离子水，再用无水乙醇分别离心洗涤3次。放入烘箱，80℃干燥15小时，得到反应物前驱体沉淀；将反应物前驱体沉淀放入刚玉坩埚中加盖，置于高温炉中，焙烧温度为700℃，焙烧时间为2小时，取出研碎即得到红外光激发的纳米级类球状氧化钪基上转换发光材料Sc1.88O3:Er3+ 0.02，Yb3+ 0.1。
该实施例样品透射电镜照片见图8为：合成的纳米级类球状平均直径为10～30nm，分散性较好；
实施例7
按表达式Sc2(1-x-y)O3：M3+ 2x，Yb3+ 2y中各物质的化学计量比向100mL小烧杯中分别量取940μL Sc(NO3)3，250μL Yb(NO3)3，50μL Er(NO3)3，再加入约20mL无水乙醇，然后边搅拌边向上述混合液逐滴加入氢氧化钠水溶液2mL，进行搅拌30min，接着逐滴加入油酸631μL，充分搅拌1～2h。将所得悬浊液放入水热反应釜中180℃反应24小时，自然冷却，将沉淀物离心取出，先用去离子水，再用无水乙醇分别离心洗涤3次。放入烘箱，80℃干燥15小时，得到反应物前驱体沉淀；将反应物前驱体沉淀放入刚玉坩埚中加盖，置于高温炉中，焙烧温度为700℃，焙烧时间为2小时，取出研碎即得到红外光激发的纳米级类球状氧化钪基上转换发光材料Sc1.88O3:Er3+ 0.02，Yb3+ 0.1。
该实施例样品透射电镜照片见图9为：合成的纳米级类球状平均直径为10～30nm，分散性较好；
实施例8
按表达式Sc2(1-x-y)O3：M3+ 2x，Yb3+ 2y中各物质的化学计量比向100mL小烧杯中分别量取940μL Sc(NO3)3，250μL Yb(NO3)3，50μL Tm(NO3)3，再加入约20mL无水乙醇，然后边搅拌边向上述混合液逐滴加入氢氧化钠水溶液2mL，进行搅拌30min，接着逐滴加入油酸1mL，充分搅拌1～2h。将所得悬浊液放入水热反应釜中190℃反应48小时，自然冷却，将沉淀物离心取出，先用去离子水，再用无水乙醇分别离心洗涤3次。放入烘箱，90℃干燥8小时，得到反应物前驱体沉淀；将反应物前驱体沉淀放入刚玉坩埚中加盖，置于高温炉中，焙烧温度为700℃，焙烧时间为3小时，取出研碎即得到红外光激发的纳米级类球状氧化钪基上转换发光材料Sc1.88O3:Tm 3+ 0.02，Yb3+ 0.1。
该实施例样品上转换光谱为：
980nm激发下的上转换发射谱见图10，在激发功率密度为7mW/mm2的980nm激发下，肉眼即可观察到蓝色上转换发光。
实施例9
按表达式Sc2(1-x-y)O3：M3+ 2x，Yb3+ 2y中各物质的化学计量比向100mL小烧杯中分别量取940μL Sc(NO3)3，250μL Yb(NO3)3，50μL Ho(NO3)3，再加入约20mL无水乙醇，然后边搅拌边向上述混合液逐滴加入氢氧化钠水溶液2mL，进行搅拌30min，接着逐滴加入油酸1mL，充分搅拌1～2h。将所得悬浊液放入水热反应釜中160℃反应12小时，自然冷却，将沉淀物离心取出，先用去离子水，再用无水乙醇分别离心洗涤5次。放入烘箱，60℃干燥15小时，得到反应物前驱体沉淀；将反应物前驱体沉淀放入刚玉坩埚中加盖，置于高温炉中，焙烧温度为700℃，焙烧时间为1小时，取出研碎即得到红外光激发的纳米级类球状氧化钪基上转换发光材料Sc1.88O3:Ho 3+ 0.02，Yb3+ 0.1。
该实施例样品上转换光谱为：
在980nm激发下的上转换发射谱见图11，在激发功率密度为7mW/mm2的980nm激发下，肉眼即可观察到清晰的红绿色上转换发光。
实施例10
按表达式Sc2(1-x-y)O4：M3+ 2x，Yb3+ 2y中各物质的化学计量比向100mL小烧杯中分别量取940μL Sc(NO3)3，0.25μL Yb(NO3)3，0.5μL Er(NO3)3，再加入约20mL无水乙醇；然后边搅拌边向上述混合液逐滴加入氢氧化钠水溶液1.7mL，进行搅拌30min，接着逐滴加入油酸1mL，充分搅拌1～2小时。将所得悬浊液放入水热反应釜中180℃反应24小时，自然冷却，将沉淀物离心取出，先用去离子水，再用无水乙醇分别离心洗涤3次。放入烘箱，80℃干燥15小时，得到反应物前驱体沉淀；将反应物前驱体沉淀放入刚玉坩埚中加盖，置于高温炉中，焙烧温度为1000℃，焙烧时间为2小时，取出研碎即得到红外光激发的纳米级类球状氧化钪基上转换发光材料Sc1.9996O3:Er3+ 0.0002，Yb3+ 0.0002。
实施例11
按表达式Sc2(1-x-y)O4：M3+ 2x，Yb3+ 2y中各物质的化学计量比向100mL小烧杯中分别量取940μL Sc(NO3)3，1000μL Yb(NO3)3，250μL Er(NO3)3，再加入约20mL无水乙醇；然后边搅拌边向上述混合液逐滴加入氢氧化钠水溶液1.7mL，进行搅拌30min，接着逐滴加入油酸1mL，充分搅拌1～2小时。将所得悬浊液放入水热反应釜中180℃反应24小时，自然冷却，将沉淀物离心取出，先用去离子水，再用无水乙醇分别离心洗涤3次。放入烘箱，80℃干燥15小时，得到反应物前驱体沉淀；将反应物前驱体沉淀放入刚玉坩埚中加盖，置于高温炉中，焙烧温度为600℃，焙烧时间为2小时，取出研碎即得到红外光激发的纳米级类球状氧化钪基上转换发光材料Sc1.4O3:Er3+ 0.2，Yb3+ 0.4。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种纳米级类球状氧化钪基上转换发光材料，其特征在于，其是具有以下化学式的化合物：Sc2(1-x-y)O3：M3+ 2x，Yb3+ 2y；
其中，M为稀土元素Ho、Er、Tm中的一种；x，y为元素摩尔分数，其取值范围为：0.0001≤x≤0.10，0.0001≤y≤0.20。
2.根据权利要求1所述的纳米级类球状氧化钪基上转换发光材料，其特征在于，其为颗粒均匀的类球状，平均直径为10～30nm。
3.根据权利要求1所述的纳米级类球状氧化钪基上转换发光材料，其特征在于，其为立方晶系倍半氧化物。
4.一种权利要求1所述的纳米级类球状氧化钪基上转换发光材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按表达式Sc2(1-x-y)O3：M3+ 2x，Yb3+ 2y，x，y为元素摩尔分数，其取值范围为：0.0001≤x≤0.10，0.0001≤y≤0.20，中各物质的化学计量比分别量取Sc(NO3)3、Yb(NO3)3，以及量取Tm(NO3)3、Er(NO3)3、Ho(NO3)3中的一种，加入无水乙醇溶液，配制得到醇混合溶液；
(2)向步骤(1)配制的醇混合溶液中边搅拌边滴加氢氧化钠水溶液，继续搅拌；
(3)向步骤(2)得到的溶液中逐滴加入油酸充分搅拌，获得均匀稳定的悬浊液；
(4)将步骤(3)得到的悬浊液置于水热反应釜中，在160～190℃烘箱中恒温反应12～48小时；将反应釜中的沉淀物离心取出，分别用去离子水和乙醇离心清洗，干燥，得到反应物前驱体沉淀；
(5)将步骤(4)中得到的反应物前驱体沉淀放入刚玉坩埚中加盖，置于高温炉中，进行焙烧，焙烧温度为700～1000℃，焙烧时间为1～3小时，取出研碎得到最终产物纳米级类球状氧化钪基上转换发光材料。
5.根据权利要求4所述的纳米级类球状氧化钪基上转换发光材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)具体为：
向步骤(1)配制的醇混合溶液中逐滴加入1.5mL-2.0mL的浓度为3.75mol/L的氢氧化钠水溶液，进行搅拌30min。
6.根据权利要求4所述的纳米级类球状氧化钪基上转换发光材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)具体为：
向步骤(2)得到的溶液中逐滴加入315μL-1.0mL的油酸，充分搅拌1～2小时，得到悬浊液。
7.根据权利要求4所述的纳米级类球状氧化钪基上转换发光材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)的反应温度为180℃，时间为24小时。
8.根据权利要求4所述的纳米级类球状氧化钪基上转换发光材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所得的沉淀物先用去离子水离心清洗3～5次，再用乙醇离心清洗3～5次；再放入烘箱中，于60～90℃恒温干燥8～15小时，得到反应物前驱体沉淀。
9.根据权利要求4所述的纳米级类球状氧化钪基上转换发光材料的制备方法，其特征在于，步骤(5)中焙烧温度为700℃，时间为2小时。
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| DAGUANG LI等: "Synthesis and luminescence properties of RE3+ (RE=Yb,Er,Tm,Eu,Tb)-doped Sc2O3 microcrystals", 《JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS》 * |
Cited By (2)
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