[发明专利]钬镱共掺杂钛酸铋复合荧光体粉末及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钬镱共掺杂钛酸铋复合荧光体粉末，复合荧光体的化学结构式为Bi_m‑x‑yHo_xYb_yTi_nO_p,0x≤m，0y≤m，其至少包含Bi₄Ti₃O₁₂和Bi₂Ti₂O₇两种钛酸铋相。该粉末呈现出蜂窝状的微观结构，具有优良的光吸收和高效的上转换发光性能，可在低功率红外光激发下产生明亮的上转换荧光，在激光介质、防伪标记、红外光探测、荧光显示等方面具有很大的应用潜力。据此，发明人还建立了相应制备方法，即为溶胶‑凝胶‑燃烧法，该法包括溶胶合成、凝胶制备和燃烧三个主要步骤，其制备过程简单、高效且节能。

技术领域

本发明属于荧光体和复合功能材料技术领域，尤其涉及一种钬镱共掺杂钛酸铋复合荧光体粉末及其制备方法。

背景技术

稀土离子掺杂的上转换荧光材料在荧光标记、激光介质、激光防伪、太阳能电池、光热理疗等方面均获得应用，尤其是稀土离子掺杂的氟卤化物上转换荧光体，由于基质材料具有较低的声子能量，非辐射弛豫率较低，上转换发光效率通常较高，应用较为广泛，如Er³⁺、Yb³⁺、Tm³⁺掺杂或共掺杂的NaYF₄(Nature 463(2010)1061-1065)。然而，氟卤化物物理化学性质稳定性较差，在潮湿的空气中容易潮解、变质，严重影响材料的上转换荧光性能。因此，探索稳定性好的氧化物荧光体仍然是当前发光材料研究的热点之一。

钛酸铋是一个较大的复合氧化物家族，其成员包括Bi₄Ti₃O₁₂、Bi₂Ti₂O₇、Bi₂₀TiO₃₂、Bi₁₂TiO₂₀、Bi₂Ti₄O₁₁等，其中Bi₄Ti₃O₁₂和Bi₂Ti₂O₇最为常见。稀土掺杂的Bi₄Ti₃O₁₂具有铁电、介电、光致发光、光伏效应等一系列特殊的性能，自从La³⁺掺杂的Bi₄Ti₃O₁₂薄膜优良的铁电性能被报道(Nature 401(1999)682-684)之后，稀土掺杂Bi₄Ti₃O₁₂成为铁电领域人们关注的焦点。稀土离子Er³⁺、Er³⁺-Yb³⁺、Tm³⁺-Yb³⁺、Er³⁺-Tm³⁺-Yb³⁺以及Ho³⁺-Yb³⁺掺杂的Bi₄Ti₃O₁₂均有报道。因掺杂稀土离子种类的不同，这些材料的上转换荧光光谱性质也不同，可将红外光转化成红、绿、蓝等不同的色光，颜色指数可通过控制各种稀土离子的掺杂量进行调节。然而，现有文献中稀土掺杂的Bi₄Ti₃O₁₂荧光体多以荧光薄膜的形式存在，很少制成粉末，而且没有Ho³⁺-Yb³⁺掺杂的Bi₄Ti₃O₁₂粉末的报道，这限制了其在激光材料、防伪材料和荧光标记材料领域的应用。Bi₂Ti₂O₇相具有良好的介电性和光催化性，广泛地用在动态随机存储器和门电路中。Bi₂₀TiO₃₂也是一种具有光催化性能的材料，常与其它钛酸盐化合物形成多相结构。钛酸铋是物理化学性质较为稳定的化合物，是一种性能优良的荧光体基质材料，也是发展多功能光电材料重点关注的研究对象。