[发明专利]一种稀土离子掺杂立方相钨酸锆上转换纳米晶体及其制备方法

说明书

本发明属于无机纳米材料领域，涉及一种稀土离子掺杂立方相钨酸锆上转换纳米晶体及其制备方法。该纳米晶体的化学式为ZrW₂O₈:Yb³⁺/A³⁺(A³⁺为Er³⁺,Tm³⁺,Ho³⁺中的一种或者任意组合)，该纳米晶体为针状且尺寸均一。其制备方法为：向Na₂WO₄·2H₂O水溶液中加入ZrOCl₂·8H₂O水溶液和稀土离子硝酸盐溶液，充分搅拌后加入盐酸和正丁醇，然后转移混合溶液转移至反应釜进行水热反应，结束后分离反应产物，洗涤、干燥、高温煅烧，冷却后即得稀土离子掺杂立方相钨酸锆上转换纳米晶体。该纳米晶体在950～1100nm近红外光的激发下可进行上转换发光，且具有负热膨胀性质，在高温下由于晶格收缩而产生荧光增强的现象，有助于克服上转换纳米材料高温猝灭的缺点，在荧光防伪、彩色显示等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于无机纳米材料领域，具体涉及一种稀土离子掺杂立方相钨酸锆上转换纳米晶体及其制备方法。

背景技术

钨酸锆是一种良好的发光基质材料，我们可以将不同的稀土离子掺杂到钨酸锆中，从而产生不同颜色的上转换发光。另一方面，由于钨酸锆又是一种负热膨胀材料，它在0.3～1050K的温度范围内具有负热膨胀性质，随着温度升高，钨酸锆的晶格间距减小。我们知道，上转换发光强度与离子之间距离有密切关系：随着离子间距增加，能量传递效率降低，上转换发光强度减弱。在上转换发光中，经常不可避免的遇到基质材料温度升高的问题，而普通基质材料随着温度升高晶格间距增大，同时声子辅助非辐射跃迁增强，因此，大多数情况下上转换材料的发光面临温度猝灭问题。而钨酸锆具有特殊的负热膨胀性质，其有望克服上转换温度猝灭的问题。因此本发明提出的稀土离子掺杂立方相钨酸锆上转换纳米晶体在显示与成像、荧光防伪等领域具有广阔的应用前景。

在论文方面，2007年，X.Cheng等人采用燃烧法制备了热膨胀系数可控的ZrO₂/ZrW₂O₈复合材料，并通过添加少量Al₂O₃大幅度提高复合材料的密度(Composites Scienceand Technology,67,1167-1171,2007)。2010年，J.Yang等人采用固相反应法制备了负热膨胀ZrW₂O₈粉体，并在BTDA-ODA聚酰胺酸中加入适量ZrW₂O₈粉体，形成聚酰亚胺/ZrW₂O₈复合材料，在降低热膨胀率的同时，显著提高了复合材料的热稳定性(Journal of MaterialsScience&Technology,26,665-668,2010)。2015年，J.Liao等人采用水热法合成了Eu³⁺掺杂的ZrW₂O₈纳米材料，在466nm激光激发下在616nm产生强红光发射，其高量子产率的特性使ZrW₂O₈:Eu³⁺纳米材料在荧光发光领域获得广泛的应用前景(Materials ResearchBulletin,70,7-12,2015)。然而，迄今为止，稀土离子掺杂钨酸锆上转换纳米晶体及其制备方法的研究还没有报道。