以Lu₂O₃为基质的三维有序大孔上转换发光陶瓷材料及其制备方法

专利名称：以Lu₂O₃为基质的三维有序大孔上转换发光陶瓷材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种以Lu2O3为基质的三维有序大孔上转换发光陶瓷材料及其制备方法，属于上转换发光陶瓷技术领域。
背景技术：
上转换发光是指在光致发光的激发过程中，在长波长光的激发下产生短波长的光发射。上转换发光在荧光探针、生物标记、激光技术、光纤通讯技术、光纤放大器、三维立体显示、红外探测技术与防伪等方面具有广泛的应用前景。三维有序大孔(孔直径大于50nm)材料除具有一般多孔材料的特点以外，还具有孔道排列规则有序、周期性强、孔径均一、孔结构分布均勻等优点，在光子晶体材料、大分子催化、大分子过滤、催化剂载体、电极材料等领域具有广阔的应用前景。将三维有序大孔材料和上转换发光结合为一体的功能化三微有序大孔材料在药物释放负载载体和生物标记等方面具有独特的应用优势，因此制备与研究具有上装换发光的三维有序大孔材料已成为近年来多孔材料研究的热点。例如Xuesong Qu, Hongwei Song, Xue Bai, Guohui Pan, Biao Dong, Haifeng Zhao, Fang Wang, Ruifei Qin.三维有序大孑L材料 ZrO2 :Yb, Er 的制备及上转换发光性质，无机化学，(reparation and UpconverTion Luminescence of Three-DimenTionalIy Ordered Macroporous ZrO2: Er3+，Yb3+，Inorganic Chemistry. 2008，47: 96 - 9659)该文报道了三维有序大孔材料&02: Yb, Er的制备并研究了其上转换发光性质。目前，三维有序大孔上转换发光材料仍存在材料基质比较单一的问题。

发明内容
为克服三维有序大孔上转换发光材料基质比较单一的问题，本发明提供一种以 Lu2O3为基质的三维有序大孔上转换发光陶瓷材料及其制备方法，通过下列技术方案实现。本发明提供的是这样一种以Lu2O3为基质的三维有序大孔上转换发光陶瓷材料， 该材料中Lu离子％离子Er离子的摩尔比=2 0.01 0.1 0.01 0.1。本发明的另一目的在于提供一种以Lu2O3为基质的三维有序大孔上转换发光陶瓷材料的制备方法，经过下列各步骤
(1)取硝酸镥、硝酸铒和硝酸镱；
(2)将步骤(1)中的硝酸镥、硝酸铒、硝酸镱分别溶解于无水乙醇，按Lu离子、％离子与Er离子的摩尔比为2 0.01 0.1 0. 01 0. 1的比例取上述三种溶液混合均勻，然后按柠檬酸和Lu离子的摩尔比例为1 1加入柠檬酸，得到前驱物溶液；
(3)按每cm2有序阵列模板滴加0.01 ImL的前驱物溶液，将步骤(2)所得前驱物溶液填入有序阵列模板中，再在500 800°C下煅烧3 10小时，即得到％、Er共掺杂的以 Lu2O3为基质的三维有序大孔上转换发光陶瓷材料。所述步骤(1)中的硝酸镥、硝酸铒和硝酸镱为市售产品或者是通过下列方法获得将Er203、Yb203、Lu2O3分别溶解于浓硝酸中，再在100°C下蒸干后分别形成干燥的硝酸镥、硝酸铒和硝酸镱。所述浓硝酸是指质量分数为65%的市售浓硝酸。所述步骤(2)的柠檬酸、无水乙醇均为市售产品。所述步骤(3)的有序阵列模板是按常规方法利用微球与基板制备一元有序蛋白石模板，其中微球是一种直径为300 500nm的聚苯乙烯微球；基板是石英或者玻璃基板。本发明制得的％、Er共掺杂的以Lu2O3为基质的三维有序大孔上转换发光陶瓷材料，以Lu2O3为基质，基质材料中掺杂有稀土和Er3+离子，该上转换发光材料中大孔的直径为150 350nm。本发明具备的效果和优点
本发明所得三维有序大孔上转换发光陶瓷材料在980nm激光的激发下，具有较强的上转换发射。针对三维有序大孔上转换发光材料存在的材料基质比较单一的问题，提供了一种新型三维有序多孔上转换发光基质材料，并实现了将Lu2O3三维有序大孔材料和上转换发光结合为一体，这种功能化三微有序大孔材料在药物释放负载载体和生物标记等方面具有独特的应用优势；并且使用该方法制备的Lu2O3三维有序大孔材料可重复性高，制备方法简单，基质材料化学稳定性好且声子能量较低。


图1为实施例1所得％、Er共掺杂的以Lu2O3为基质的三维有序大孔上转换发光陶瓷材料的SEM照片。
具体实施例方式下面结合具体的实施例和附图对本发明作进一步的描述，但本发明要求保护的范围不局限于这些实施例。实施例1
(1)将Er203、Yb203、Lu203分别溶解于质量分数为65%的市售浓硝酸中，再在100°C下蒸干后分别形成干燥的硝酸镥、硝酸铒和硝酸镱；
(2)将步骤(1)中的硝酸镥、硝酸铒、硝酸镱分别溶解于市售无水乙醇，按Lu离子、Yb 离子与Er离子的摩尔比为2 0. 1 0.1的比例取上述三种溶液混合均勻，然后按柠檬酸和Lu离子的摩尔比例为1 1加入市售柠檬酸，得到前驱物溶液；
(3)按每cm2有序阵列模板滴加0.05mL的前驱物溶液，将步骤(2)所得前驱物溶液填入有序阵列模板中，再在550°C下煅烧5小时，即得到％、Er共掺杂的以Lu2O3为基质的三维有序大孔上转换发光陶瓷材料；其中有序阵列模板是按常规方法利用微球与基板制备一元有序蛋白石模板，其中微球是一种直径为400nm的聚苯乙烯微球；基板是石英基板。该材料中Lu离子％离子Er离子的摩尔比=2 0.1 0.1。如图1所示，所得％、Er共掺杂的以Lu2O3为基质的三维有序大孔上转换发光陶瓷材料的孔大小为230nm ；该三维有序大孔材料在980nm激光的激发下，在520 580nm和 650 690nm呈现Er的特征发射峰。实施例2(1)将Er203、Yb203、Lu203分别溶解于质量分数为65%的市售浓硝酸中，再在100°C下蒸干后分别形成干燥的硝酸镥、硝酸铒和硝酸镱；
(2)将步骤(1)中的硝酸镥、硝酸铒、硝酸镱分别溶解于市售无水乙醇，按Lu离子、Yb 离子与Er离子的摩尔比为2 0.01 0.01的比例取上述三种溶液混合均勻，然后按柠檬酸和Lu离子的摩尔比例为1 1加入市售柠檬酸，得到前驱物溶液；
(3)按每cm2有序阵列模板滴加0.OlmL的前驱物溶液，将步骤(2)所得前驱物溶液填入有序阵列模板中，再在500°C下煅烧10小时，即得到％、Er共掺杂的以Lu2O3为基质的三维有序大孔上转换发光陶瓷材料；其中有序阵列模板是按常规方法利用微球与基板制备一元有序蛋白石模板，其中微球是一种直径为500nm的聚苯乙烯微球；基板是玻璃基板。该材料中Lu离子％离子Er离子的摩尔比=2 0. 01 0.01。所得％、Er共掺杂的以Lu2O3为基质的三维有序大孔上转换发光陶瓷材料的孔大小为350nm ；该三维有序大孔材料在980nm激光的激发下，在520 580nm和650 690nm 呈现Er的特征发射峰。实施例3
(1)取市售硝酸镥、硝酸铒和硝酸镱；
(2)将步骤(1)中的硝酸镥、硝酸铒、硝酸镱分别溶解于市售无水乙醇，按Lu离子、Yb 离子与Er离子的摩尔比为2 0.05 0.08的比例取上述三种溶液混合均勻，然后按柠檬酸和Lu离子的摩尔比例为1 1加入市售柠檬酸，得到前驱物溶液；
(3)按每cm2有序阵列模板滴加ImL的前驱物溶液，将步骤(2)所得前驱物溶液填入有序阵列模板中，再在800°C下煅烧3小时，即得到％、Er共掺杂的以Lu2O3为基质的三维有序大孔上转换发光陶瓷材料；其中有序阵列模板是按常规方法利用微球与基板制备一元有序蛋白石模板，其中微球是一种直径为300nm的聚苯乙烯微球；基板是石英基板。该材料中 Lu离子Yb离子Er离子的摩尔比=2 0. 05 0.08。所得％、Er共掺杂的以Lu2O3为基质的三维有序大孔上转换发光陶瓷材料的孔大小为320nm ；该三维有序大孔材料在980nm激光的激发下，在520 580nm和650 690nm 呈现Er的特征发射峰。
权利要求
1.一种以Lu2O3为基质的三维有序大孔上转换发光陶瓷材料，其特征在于该材料中Lu 离子Yb离子Er离子的摩尔比=2 0.01 0.1 0.01 0.1。
2.权利要求1所述三维有序大孔上转换发光陶瓷材料的制备方法，其特征在于经过下列各步骤(1)取硝酸镥、硝酸铒和硝酸镱；(2)将步骤(1)中的硝酸镥、硝酸铒、硝酸镱分别溶解于无水乙醇，按Lu离子、％离子与Er离子的摩尔比为2 0.01 0.1 0. 01 0. 1的比例取上述三种溶液混合均勻，然后按柠檬酸和Lu离子的摩尔比例为1 1加入柠檬酸，得到前驱物溶液；(3)按每cm2有序阵列模板滴加0.01 ImL的前驱物溶液，将步骤(2)所得前驱物溶液填入有序阵列模板中，再在500 800°C下煅烧3 10小时，即得到％、Er共掺杂的以 Lu2O3为基质的三维有序大孔上转换发光陶瓷材料。
3.根据权利要求2所述的三维有序大孔上转换发光陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述步骤(1)中的硝酸镥、硝酸铒和硝酸镱为市售产品或者是通过下列方法获得将 Er2O3^ Yb203、Lu2O3分别溶解于浓硝酸中，再在100°C下蒸干后分别形成干燥的硝酸镥、硝酸铒和硝酸镱。
4.根据权利要求3所述的三维有序大孔上转换发光陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述浓硝酸是指质量分数为65%的市售浓硝酸。
5.根据权利要求2所述的三维有序大孔上转换发光陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述步骤(2)的柠檬酸、无水乙醇均为市售产品。
6.根据权利要求2所述的三维有序大孔上转换发光陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述步骤(3)的有序阵列模板是按常规方法利用微球与基板制备一元有序蛋白石模板，其中微球是一种直径为300 500nm的聚苯乙烯微球；基板是石英或者玻璃基板。
全文摘要
本发明涉及一种以Lu2O3为基质的三维有序大孔上转换发光陶瓷材料及其制备方法，通过硝酸镥、硝酸铒、硝酸镱分别溶解于无水乙醇，按Lu离子、Yb离子与Er离子的摩尔比为2︰0.01～0.1︰0.01～0.1取上述四种溶液混合均匀，再加入柠檬酸，得到前驱物溶液，再将前驱物溶液填入有序阵列模板中，然后煅烧后，即得到Yb、Er共掺杂的以Lu2O3为基质的三维有序大孔上转换发光陶瓷材料；该材料中Lu离子︰Yb离子︰Er离子的摩尔比＝2︰0.01～0.1︰0.01～0.1。该材料在980nm激光的激发下，具有较强的上转换发射，且可重复使用性高，制备方法简单，基质材料化学稳定性好。
文档编号C09K11/78GK102533267SQ20111043439
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月22日 优先权日2011年12月22日
发明者余雪, 周大成, 宋志国, 尹兆益, 杨勇, 杨正文, 邱建备 申请人:昆明理工大学