[发明专利]一种Mn增强的稀土硫氧化物上转换发光材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Mn增强的稀土硫氧化物上转换发光材料及制备方法，属于精细化工领域。

背景技术

基质材料是上转换发光材料的主要组成部分，其物理化学性质很大程度上决定了上转换发光材料的整体性能。稀土硫氧化物具有较高的化学稳定性和热稳定性，不溶于水，熔点高达2000～2200℃，禁带宽度为4.6～4.8eV，适合于掺杂离子；其最大声子能量为520cm^-1，适合于作为上转换发光材料的基质材料，具有非常高的光吸收与传能效率，其特殊的六角晶体结构具有较宽敞的空间结构，允许一定量的阳离子和阴离子空位形成及一定量的间隙离子进入，而晶体结构基本保持不变。为了使稀土硫氧化物上转换发光材料具有较高的发光强度，通常采用硫熔法制备，该方法适用于工业大规模生产，晶体发育完整，发光性能优于其他方法制备的产品。但硫熔法反应过程是不容易控制的，同时硫熔法助熔剂用量和种类不固定，目前还没有一个明确的范围，而且硫熔法制备的稀土硫氧化物上转换发光材料，产物的颗粒较大，需要球磨，使得发光性能大大降低，而且颗粒尺寸分布有待进一步优化。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种Mn增强的稀土硫氧化物上转换发光材料及制备方法，产物颗粒尺寸分布窄，产物不需要球磨，且发光强度大大增强。

技术方案：为实现上述目的，本发明的一种Mn增强的稀土硫氧化物上转换发光材料，该材料的化学式为(Ln_1-x-y-zYb_xRE_yMn_z)₂O₂S，其中0.04≤x≤0.2、0.005≤y≤0.02、0.005≤z≤0.02；其中Ln为La、Y、Gd中的一种，RE为Er、Ho、Tm、Pr、Eu中的一种。

一种上述的Mn增强的稀土硫氧化物上转换发光材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按化学通式(Ln_1-x-y-zYb_xRE_yMn_z)₂O₂S称取所需原料Ln(NO₃)₃、Yb(NO₃)₃、RE(NO₃)₃和Mn(NO₃)₂，完全溶解于去离子水中制成硝酸盐混合溶液，搅拌均匀；

(2)称取所需沉淀剂草酸，完全溶解于去离子水中制成草酸溶液，搅拌均匀；

(3)量取一定量的去离子水置于烧杯中，一边搅拌，一边同时滴入步骤(1)所述的硝酸盐混合溶液和步骤(2)所述的草酸溶液，滴定速度为2～4滴/s，滴定结束，继续搅拌0.5～1.5h；

(4)步骤(3)反应结束后，将烧杯口密封，静置陈化10～20h；

(5)陈化后的产物用去离子水洗涤3～5次，得到洗涤后的产物；

(6)将洗涤后的产物放入恒温鼓风干燥箱中于60～80℃下烘干；

(7)将烘干后的产物装入坩埚中，在快速升温箱式电阻炉中，以升温速率3～5℃/min升温到800～1000℃后，保温2～4h，然后随炉降温至室温；

(8)称取所需物料Na₂CO₃、AMCl、AM₃PO₄和硫单质，与步骤(7)得到的产物混合均匀；

(9)将步骤(8)混合均匀的物料装入带盖的小坩埚中，再将小坩埚置于大坩埚中，在大小坩埚之间的空隙填充活性炭粉、石墨粉、石墨烯粉中的一种，填充至填满整个大坩埚，并盖上大坩埚盖，形成套坩埚；

(10)将装有物料的套坩埚在快速升温箱式电阻炉中，以升温速率3～5℃/min升温到1100～1250℃后，保温3～5h，然后随炉降温至室温；

(11)将煅烧后的产物在60～80℃下用去离子水洗涤3～5次，得到洗涤后的产物；

(12)将洗涤后的产物放入恒温鼓风干燥箱中于80～100℃下烘干，得到最终产物。

其中，步骤(12)中的烘干时间没有要求，烘干至没有水分后就可以收集样品了，时间长短没有关系。