[发明专利]一种钒钛酸钡近红外发光材料、制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种发光材料，特别涉及一种具有近红外光发射性能的钒钛酸钡材料、制备方法及其应用，属于发光物理学中的发光材料领域。

背景技术

光发射是材料吸收激发能量以后，把该能量转换为另一种光辐射的过程。稀土离子具有丰富的4f能级，掺杂在基质之中，由于晶体场的作用发生4f能级的劈裂，因此电子在4f能级之间具有丰富的跃迁，产生各种发光；在诸多的稀土离子之中，Yb³⁺是一个非常独特的激活离子，Yb³⁺离子的电子构型为 4f¹³ , 是能级结构最简单的激活离子, 它仅有2个能级状态, 上能级²F_5/2和下能级²F_7/2。Yb³⁺离子具有特定的位于1000纳米附件的近红外发射，因此Yb³⁺离子在激光器件、长余辉材料及其太阳能光伏领域有着很好的应用。

在发光和显示材料领域，Yb³⁺离子具有一些特点，例如不存在上转换和激发态吸收及浓度猝灭, 极大地降低了材料的热负荷，具有很高的能量转换效率，较长的荧光寿命；Yb³⁺离子具有特定的吸收，位于970 nm 附近，但是，Yb³⁺离子本身的吸收谐振效率非常低，因此直接激发Yb³⁺离子的发光效率非常低；一般在Yb³⁺离子掺杂的荧光材料之中，可以选择具有在可见光区域有很好吸收性能的基质材料，而且这些材料可以通过能量传递的形式把吸收能量传递给Yb³⁺离子，从而实现Yb³⁺离子在近红外的有效发射。然而，众所周知， Yb³⁺离子本身很难在近紫外光，尤其是利用太阳光，实现Yb³⁺离子发光。因此，在现有技术中未见自身很难吸收紫外及可见光而实现发光的Yb³⁺作为单掺杂离子的具有近红外光发射性能的材料报道。

发明内容

本发明针对Yb³⁺离子自身不能吸收太阳光，无法利用太阳光而实现Yb³⁺离子发光的特点，提供一种Yb³⁺掺杂具有近红外光发射性能的钒钛酸钡基光转换材料、制备方法，实现近红外的发射。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是提供一种钒钛酸钡近红外发光材料，它的化学结构式为Ba_3-3xYb_3xTi₃V₄O₁₉，其中，x为Yb³⁺掺杂的摩尔比，0.0001≤x≤0.35；在近紫外光激发下，所述材料发射950～1150纳米的近红外光。

本发明的另一个目的是提供一种钒钛酸钡近红外发光材料的制备方法，包括采用高温固相法和化学溶胶-凝胶法。

本发明技术方案所述的高温固相法包括如下步骤：

（1）按化学式Ba_3-3xYb_3xTi₃V₄O₁₉中各元素的化学计量比，其中0.0001≤x≤0.35，分别称取含有钡离子Ba²⁺的化合物、含有镱离子Yb³⁺的化合物、含有钛离子Ti⁴⁺的化合物、含有钒离子V⁵⁺的化合物，研磨并混合均匀;

（2）将步骤（1）得到的混合物在空气气氛下预煅烧1～2次，煅烧温度为350～1000℃，煅烧时间为1～15小时，自然冷却至室温；

（3）将步骤（2）得到的混合物研磨均匀，在空气气氛中煅烧，煅烧温度为1000～1250℃，煅烧时间为3～15小时；自然冷却至室温，得到一种具有近红外光发射性能的钒钛酸钡材料。

其步骤（2）的预煅烧温度可优化为350～650℃，煅烧时间为3～6小时；步骤（3）的煅烧温度可优化为1150～1200℃，煅烧时间为5～8小时。

本发明技术方案所述的化学溶胶-凝胶法包括如下步骤：