[发明专利]一种ZrO2基钐‑锡共掺杂余辉荧光材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料科学与生物医学的交叉领域，特别涉及一种ZrO₂基钐-锡共掺杂余辉荧光材料及其制备方法。

背景技术

长余辉材料是能够存储外界光辐照的能量，然后在指室温下缓慢的以可见光的形式释放这些存储能量的材料；它可作为发光涂料、发光薄膜、发光陶瓷、交通运输室内装饰、安全标志以及生物成像等。ZrO₂具有硬度高、高熔点、良好的化学稳定性、光热稳定性、热膨胀系数高、热导率低、优良的介电性能、高折射率、对可见光到红外光的透明性等优点，稀土离子掺杂的ZrO₂荧光材料在光学显示、医学诊断、生物探针等方面有潜在的应用。现有技术中，关于长余辉荧光材料的制备方法的报道很多，例如专利CN101935204 B，公开了一种超长余辉蓝色蓄光陶瓷材料及其制备方法，采用溶胶凝胶法合成铝硅酸盐新型蓝色长余辉发光材料，包括准确称取原料Ca(NO₃)₂、Pr₂O₃、Eu₂O₃、Al(NO₃)₃、Dy₂O₃、HBO₃和正硅酸乙酯，把称好的Pr₂O₃、Eu₂O₃、Dy₂O₃加入浓硝酸中搅拌使氧化物完全溶解为止，加入蒸馏水稀释3倍配成溶液1，把称好的Ca(NO₃)₂和Al(NO₃)₃溶于蒸馏水中配成溶液2，把正硅酸乙酯加入0.9升的无水乙醇混均后加入1.5升的蒸馏水中配成溶液3，把溶液1、溶液2和溶液3混合后加入0.15mol硼酸搅拌形成澄清溶液，把澄清溶液调节pH值为1.5，在70℃的水浴中不断搅拌，待形成凝胶后取出，置于干燥箱中在130℃下干燥10小时，将干燥好的凝胶在玛瑙研钵中研磨均匀，然后置于刚玉坩埚中，于CO还原气氛中1030℃焙烧50分钟。

专利CN102660271 B，公开了一种单一基质的多色长余辉发光材料及其制备方法，该方法以采用高温固相法制备长余辉发光材料，包括碳酸钙、硅酸、氧化锡、稀土氧化物为原料，按目标产物的化学剂量比称取各组分并混合均匀后，在1000～1380℃下进行煅烧3～6h后自然冷却至室温，即制得多色长余辉发光材料。在该单一基质中可分别实现蓝光、红光、绿光及白光的长余辉发射，在人眼能够分辨的发光亮度(0.32mcd/m²)以上持续发光。

专利CN106978177 A，公开了一种红色长余辉发光材料及其生产方法，采用湿法共混-高温固相反应法制备长余辉发光材料，包括：a)按元素化学计量比称取相应元素的氧化物/碳酸盐原料；b)在步骤a)称好的原料中加入分散剂，然后进行湿法共混研磨；c)对步骤b)湿法共混研磨后混合均匀的原料进行干燥；d)将步骤c)干燥后的原料置于弱还原气氛中进行高温固相反应，煅烧温度为900～1350℃，保温时间为0.5～8h；e)取出步骤d)煅烧后的样品进行研磨得到红色长余辉发光材料。

综上所述，可以看出目前制备荧光粉的常用方法主要是高温固相反应法和溶胶-凝胶法，但这两种制备工艺反应复杂、耗时长、耗能大、原料昂贵等缺点，同时，制备的荧光材料的发光亮度、余辉时间等均不够。因此，改进余辉荧光材料的制备方法及其发光性能成为亟需解决的问题；而Sm³⁺是一种典型的红光发射中心，通过与Sn⁴⁺共掺杂，可以有效提高材料的发光强度和余辉性能，极具应用前景。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种氧化锆基钐-锡共掺杂余辉荧光材料及其制备方法，该方法制备的ZrO₂基钐(Sm³⁺)-锡(Sn⁴⁺)共掺杂长余辉荧光材料平均粒径小，其发光强度、余辉时间相对于Sm³⁺单掺杂ZrO₂荧光粉得到极大提高；同时，采用高分子网络凝胶法，不仅制备工艺简单、操作方便，制备成本低、能耗低、易于进行大规模生产，还可以制备出无毒且生物相容性良好的长余辉荧光材料。

本发明的目的之一是提供一种ZrO₂基钐-锡共掺杂余辉荧光材料的制备方法。

本发明的目的之二是提供上述方法制备的余辉荧光材料的应用。