[发明专利]稀土掺杂钛酸铋上转换发光纳米晶材料

说明书

技术领域

本发明涉及钛酸铋基发光纳米晶材料。

背景技术

上转换发光材料是一种主要应用波长较长的红外光激发，发出可见光的材 料。红外光的能量较低，作为生物荧光材料，对生物体没有伤害。稀土离子掺 杂上转换发光纳米材料由于在上转换荧光粉、红外探测器件、生物分子的荧光 标记和防伪等方面的潜在应用，引起了人们极大的研究兴趣，并取得了很大的 进展，选择合适的基质材料，可以极大地提高上转换发光的效率。很多稀土氧 化物和稀土氟化物，由于它们的声子能量较低，物理化学性质稳定，大量的应 用于上转换发光基质材料。但是稀土化合物的成本较高，限制了其广泛的应用。 目前具有钙钛矿结构的钛酸盐作为上转换发光材料的基质材料，也有文献报道， 例如掺杂稀土离子的SrTiO₃，CaTiO₃和BaTiO₃，能发射红光和绿光[H.Guo，et al. Journal of Alloys and Compounds 415(2006)280-283(郭海等，合金和化合物杂 志.，415(2006)280-283)]；另外，具有层状钙钛矿Bi₄Ti₃O₁₂具有相对较小的声 子能量，因而它可以作为一种有利于上转换发光的基质材料。中国发明专利“透 明稀土掺杂钛酸铋发光铁电薄膜及其制备方法”(公开号为CN200810030189.3， 公开日为2009年1月7日)中公开了一种稀土掺杂钛酸铋的发光铁电薄膜，作 为光致发光材料。但是薄膜材料作为上转换发光材料，由于薄膜的厚度有限， 并且在相同激发面积下，稀土离子含量较低，因此上转换发光强度低。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有稀土掺杂钛酸盐上转换发光材料发光强度低 的问题，本发明提供了一种稀土掺杂钛酸铋上转换发光纳米晶材料。

本发明的稀土掺杂钛酸铋上转换发光纳米晶材料是通过溶胶-凝胶法将Er掺 杂至钛酸铋基体中得到的，其通式为(Bi_4(1-x)Er_4x)Ti₃O₁₂，其中x＝0.005～0.1。

本发明的稀土掺杂钛酸铋上转换发光纳米晶材料是通过溶胶-凝胶法将Er和 Yb掺杂至钛酸铋基体中得到的，其通式为(Bi_4(1-x-y)Er_4xYb_4y)Ti₃O₁₂，其中 x＝0.002～0.1，y＝0.01～0.2。

本发明的稀土掺杂钛酸铋上转换发光纳米晶材料是通过溶胶-凝胶法将Yb 和Tm掺杂至钛酸铋基体中得到的，其通式为(Bi_4(1-y-z)Yb_4yTm_4z)Ti₃O₁₂，其中 y＝0.01～0.2，z＝0.002～0.021。

本发明的稀土掺杂钛酸铋上转换发光纳米晶材料是通过溶胶-凝胶法将Er、 Yb和Tm掺杂至钛酸铋基体中得到的，其通式为(Bi_4(1-x-y-z)Er_4xYb_4yTm_4z)Ti₃O₁₂， 其中x＝0.002～0.05，y＝为0.005～0.1，z＝0.002～0.005。

本发明的稀土掺杂钛酸铋上转换发光纳米晶材料的粒径为20～30nm。

本发明的稀土掺杂钛酸铋上转换发光纳米晶材料以层状钙钛矿结构的钛酸 铋作为基体，分别掺杂Er³⁺、Er³⁺/Yb³⁺、Er³⁺/Tm³⁺/Yb³⁺或Tm³⁺/Yb³⁺的稀土元素离 子，得到性能稳定，发光强度强，转换效率高的稀土掺杂钛酸铋上转换发光纳 米晶材料。本发明的上转换发光纳米晶材料在980nm波长的红外辐射激发下，能 够实现红色、绿色、黄色、蓝色以及白色不同颜色的上转换发光。