一种钽酸盐基光激励发光材料及其制备方法与流程

本发明涉及一种光激励发光材料，具体涉及一种钽酸盐基光激励发光材料及其制备方法，属于无机材料领域。

背景技术：

光激励材料的概念是由lindmayer于1988年提出。光激励发光材料属于特殊的电子俘获材料，可以通过使用合适的低能量射线辐照刺激，将捕获的电子从深陷阱释放到浅陷阱(如980nm近红外光或可见光)。电子俘获材料可被用于数据编码，因而光激励材料可用于数据的解码，其在光信息的写入与读出、可擦除与可再写光存储介质方面具有广泛的应用前景，因而得到了广泛关注和研究。稀土离子发光材料具有发光颜色丰富多样、纯度高、荧光寿命范围广、光转换效率高的优点，因而随着激光与光存储技术的高速发展，稀土掺杂光激励材料在辐射剂量定量测试、红外波段上转换成像、红外探测、光存储等领域的应用得到广泛地研究。然而，目前研究较多的稀土掺杂光激励材料是利用碱土金属硫化物和卤化物作为基质材料掺入稀土元素制成，这些材料不仅在化学稳定性、热稳定性、环保性上较差不利于长期推广与实际应用，由于单种稀土离子发光颜色较单一，若要实现发光颜色的调节，还需要共掺杂多种稀土离子并准确控制配比，因而传统稀土掺杂光激励材料生产与使用成本相对较高。过渡金属离子掺杂的钽酸盐基材料与传统光激励材料相比，具有化学稳定性高、制备方法简单、热稳定性好的特点。过渡金属离子激活剂具有发射谱带宽，颜色可调的优点，通过基质晶格局域环境的调控或者共掺杂离子可以使过渡金属离子敏化剂实现从蓝光到近红外的不同颜色发光，极大地拓展了其在光信息存储的信号范围。因此过渡金属离子掺杂光激励材料在低成本新型电子俘获材料的开发中具有极大的潜力。

到目前为止，人们已经开发出数十种过渡金属离子掺杂的光激励材料，包括：sr2sno4:sb³⁺，srga2o4:bi³⁺，zns:cu⁺，zno-b2o3-sio2:mn²⁺光存储玻璃等。半导体型的zns材料是目前光激励性能最优异、应用最为广泛的光激励材料，它具有灵敏度高、光激励发光强度大的特点。但是，该型基质材料在制备过程中需要以硫化物作为原料，极易造成环境污染，并且其性质也不如氧化物型材料稳定。此外，由于热激励发光现象导致光激励材料的响应阈值提高，对长波段范围的激励光检测效果较差，限制了其实际应用。

技术实现要素：

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种钽酸盐基光激励发光材料及其制备方法。

本发明提供了一种钽酸盐基光激励发光材料，具有这样的特征，化学结构表达式为li1-xbixtao3(记为li1-xtao3:xbi)，其中，0＜x≤0.10

在本发明提供的钽酸盐基光激励发光材料中，还可以具有这样的特征：通过高温固相法在空气中烧结而成。

本发明还提供了一种钽酸盐基光激励发光材料的制备方法，具有这样的特征：包括如下步骤：步骤1，按化学结构式中的li、bi、ta元素的摩尔比称取含li原料，含bi原料以及含ta原料，均加入容器中，然后加入乙醇，混合研磨1小时-2小时，得研磨粉体；步骤2，将研磨粉体置于坩埚中，在空气气氛中以1℃/min～5℃/min的升温速率逐步升温至1000℃-1250℃，高温烧结8h～12h，在空气气氛中以3℃/min～10℃/min的降温速率降温至200℃～600℃后随炉自然冷却，得块状材料；步骤3，将块状材料粉碎研磨30min～60min成粉状物，即得钽酸盐基光激励发光材料。

本发明提供的一种钽酸盐基光激励发光材料的制备方法，还具有这样的特征：其中，含li原料为li2co3。

本发明提供的一种钽酸盐基光激励发光材料的制备方法，还具有这样的特征：其中，其中，含bi原料为bi2o3。

本发明提供的一种钽酸盐基光激励发光材料的制备方法，还具有这样的特征：其中，含ta原料为ta2o5。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的一种钽酸盐基光激励发光材料，经过254nm紫外光辐照充能后，可产生蓝色余辉发光，通过近红外激光照射可产生高强度的短波长蓝色光激励发光，具有即时性与高对比度，在激励光作用下立即产生高强度光激励发射并可维持较长时间，撤去激励光源，光激励发光迅速消失；能对近紫外-可见-近、中红外波段范围的激励光产生响应；以及在近红外光激励下有高强度的蓝色光激励发光，在近紫外-可见光激励下，光激励发光快速消失并且蓝色余辉发光同时猝灭，具有良好的可重复性，只需再次辐照充能，在多次激励后仍能恢复光激励发光强度，所以本发明提供的钽酸盐基光激励发光材料具有良好的压电、光电、热释电性能，能够实现热、光、电等多种性能的耦合，可用于先进可擦写式高密度大容量光信息存储器件及实现光信息的多途径写入与读出。

根据本发明所涉及的一种钽酸盐基光激励发光材料的制备方法，因为采用传统的高温固相合成法在空气中制备而成，所以，本发明合成工艺简单、制备成本低廉、原料无毒且制备过程清洁不产生对环境有害的产物。

附图说明

图1是本发明的实施例3-5制得的钽酸盐基光激励发光材料以及litao3晶体的xrd标准pdf卡片29-0836的x射线衍射图谱；

图2是本发明的实施例4提供的钽酸盐基光激励发光材料的光激励发光光谱图；

图3是本发明的实施例4提供的钽酸盐基光激励发光材料在近红外激光激励下的发光照片；以及

图4是是本发明的实施例4提供的钽酸盐基光激励发光材料的发光强度衰减曲线。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明作具体阐述。

<实施例1>

一种钽酸盐基光激励发光材料，化学结构表达式为li0.997bi0.003tao3(记为li0.997tao3:0.003bi)。

本实施例提供的钽酸盐基光激励发光材料制备方法如下：

步骤1，取0.2210gli2co3(纯度99.99％)、1.3258gta2o5(纯度99.99％)以及0.0045gbi2o3(纯度99.99％)加入刚玉坩埚中，然后加入10ml无水乙醇，混合研磨1小时，得研磨粉体；

步骤2，将研磨粉体置于刚玉坩埚中，在空气气氛中以2.5℃/min的升温速率逐步升温至1100℃，高温烧结10h，在空气气氛中以7℃/min的降温速率降温至400℃后随炉自然冷却，得块状材料；

步骤3，将块状材料粉碎研磨45min成粉状物，即得光激励发光材料。

<实施例2>

一种钽酸盐基光激励发光材料，化学结构表达式为li0.995bi0.005tao3(记为li0.995tao3:0.005bi)。

本实施例提供的钽酸盐基光激励发光材料制备方法如下：

步骤1，取0.2206gli2co3(纯度99.99％)、1.3257gta2o5(纯度99.99％)以及0.0070gbi2o3(纯度99.99％)加入刚玉坩埚中，然后加入10ml无水乙醇，混合研磨1小时，得研磨粉体；

步骤2，将研磨粉体置于坩埚中，在空气气氛中以2.5℃/min的升温速率逐步升温至1100℃，高温烧结10h，在空气气氛中以7℃/min的降温速率降温至400℃后随炉自然冷却，得块状材料；

步骤3，将块状材料粉碎研磨45min成粉状物，即得光激励发光材料。

<实施例3>

一种钽酸盐基光激励发光材料，化学结构表达式为li0.993bi0.007tao3(记为li0.993tao3:0.007bi)。

本实施例提供的钽酸盐基光激励发光材料制备方法如下：

步骤1，取0.2201gli2co3(纯度99.99％)、1.3257gta2o5(纯度99.99％)以及0.0098gbi2o3(纯度99.99％)加入刚玉坩埚中，然后加入10ml无水乙醇，混合研磨1小时，得研磨粉体；

步骤2，将研磨粉体置于坩埚中，在空气气氛中以2.5℃/min的升温速率逐步升温至1100℃，高温烧结10h，在空气气氛中以7℃/min的降温速率降温至400℃后随炉自然冷却，得块状材料；

步骤3，将块状材料粉碎研磨45min成粉状物，即得光激励发光材料。

<实施例4>

一种钽酸盐基光激励发光材料，化学结构表达式为li0.99bi0.01tao3(记为li0.99tao3:0.01bi)。

本实施例提供的钽酸盐基光激励发光材料制备方法如下：

步骤1，取0.2195gli2co3(纯度99.99％)、1.3258gta2o5(纯度99.99％)以及0.0141gbi2o3(纯度99.99％)加入刚玉坩埚中，然后加入10ml无水乙醇，混合研磨1小时，得研磨粉体；

步骤2，将研磨粉体置于坩埚中，在空气气氛中以2.5℃/min的升温速率逐步升温至1100℃，高温烧结10h，在空气气氛中以7℃/min的降温速率降温至400℃后随炉自然冷却，得块状材料；

步骤3，将块状材料粉碎研磨45min成粉状物，即得光激励发光材料。

<实施例5>

一种钽酸盐基光激励发光材料，化学结构表达式为li0.97bi0.03tao3(记为li0.97tao3:0.03bi)。

本实施例提供的钽酸盐基光激励发光材料制备方法如下：

步骤1，取0.2150gli2co3(纯度99.99％)、1.3258gta2o5(纯度99.99％)以及0.0419gbi2o3(纯度99.99％)加入刚玉坩埚中，然后加入10ml无水乙醇，混合研磨1小时，得研磨粉体；

步骤2，将研磨粉体置于坩埚中，在空气气氛中以2.5℃/min的升温速率逐步升温至1100℃，高温烧结10h，在空气气氛中以7℃/min的降温速率降温至400℃后随炉自然冷却，得块状材料；

步骤3，将块状材料粉碎研磨45min成粉状物，即得光激励发光材料。

<实施例6>

一种钽酸盐基光激励发光材料，化学结构表达式为li0.95bi0.05tao3(记为li0.95tao3:0.05bi)。

本实施例提供的钽酸盐基光激励发光材料制备方法如下：

步骤1，取0.2106gli2co3(纯度99.99％)、1.3257gta2o5(纯度99.99％)以及0.0700gbi2o3(纯度99.99％)加入刚玉坩埚中，然后加入10ml无水乙醇，混合研磨1小时，得研磨粉体；

步骤2，将研磨粉体置于坩埚中，在空气气氛中以2.5℃/min的升温速率逐步升温至1100℃，高温烧结10h，在空气气氛中以7℃/min的降温速率降温至400℃后随炉自然冷却，得块状材料；

步骤3，将块状材料粉碎研磨45min成粉状物，即得光激励发光材料。

<实施例7>

一种钽酸盐基光激励发光材料，化学结构表达式为li0.93bi0.07tao3(记为li0.93tao3:0.07bi)。

本实施例提供的钽酸盐基光激励发光材料制备方法如下：

步骤1，取0.2065gli2co3(纯度99.99％)、1.3257gta2o5(纯度99.99％)以及0.0979gbi2o3(纯度99.99％)加入刚玉坩埚中，然后加入10ml无水乙醇，混合研磨1小时，得研磨粉体；

步骤2，将研磨粉体置于坩埚中，在空气气氛中以2.5℃/min的升温速率逐步升温至1100℃，高温烧结10h，在空气气氛中以7℃/min的降温速率降温至400℃后随炉自然冷却，得块状材料；

步骤3，将块状材料粉碎研磨45min成粉状物，即得光激励发光材料。

<测试例1>

对实施例3-5提供的钽酸盐基光激励发光材料进行x射线衍射分析。

图1是本发明的实施例3-5制得的钽酸盐基光激励发光材料以及litao3晶体的xrd标准pdf卡片29-0836的x射线衍射图谱。

如图1所示，实施例3-5钽酸盐基光激励发光材料的图谱与litao3晶体的xrd标准pdf卡片29-0836的数据相符合，表明合成了单相litao3微米晶，少量的过渡金属离子掺杂未能使样品产生明显的杂质相或晶格畸变。

<测试例2>

对实施例4提供的钽酸盐基光激励发光材料通过254nm紫外光辐照充能后，以980nm近红外激光激励不同时间后记录其光激励发光光谱图。

图2是本发明的实施例4提供的钽酸盐基光激励发光材料的光激励发光光谱图。

如图2所示，实施例4提供的钽酸盐基光激励发光材料可以对近红外光产生响应，并产生光激励发光。

<测试例3>

对实施例4提供的钽酸盐基光激励发光材料通过254nm紫外光辐照充能后，以980nm近红外激光激励不同时间后发光照片。

图3是本发明的实施例4提供的钽酸盐基光激励发光材料在近红外激光激励下的发光照片。

如图3所示，实施例4提供的钽酸盐基光激励发光材料经过紫外光辐照充能后可以产生肉眼可见的明亮的蓝色光激励发光，发光强度随照射时间延长而衰减，光激励发光时间可有效维持60秒左右。

<测试例4>

记录实施例4提供的钽酸盐基光激励发光材料在254nm紫外光辐照充能后，在不同波长光源的430nm发光强度衰减曲线。

图4是是本发明的实施例4提供的钽酸盐基光激励发光材料的发光强度衰减曲线。

如图4所示，最下方为实施例4提供的钽酸盐基光激励发光材料自然衰减下的发光强度曲线，中间为365nm近紫外光照射下的实施例4提供的钽酸盐基光激励发光材料的发光强度曲线，最上方为465nm蓝光照射下的实施例4提供的钽酸盐基光激励发光材料的发光强度曲线，结果表明经辐照充能后的钽酸盐基光激励发光材料可以对近紫外到可见光波段范围的光激励产生响应，并能使余辉发光快速猝灭。

实施例的作用与效果

根据本实施例所涉及的一种钽酸盐基光激励发光材料，经过254nm紫外光辐照充能后，可产生蓝色余辉发光，通过近红外激光照射可产生高强度的短波长蓝色光激励发光，具有即时性与高对比度，在激励光作用下立即产生高强度光激励发射并可维持较长时间，撤去激励光源，光激励发光迅速消失；能对近紫外-可见-近、中红外波段范围的激励光产生响应；以及在近红外光激励下有高强度的蓝色光激励发光，在近紫外-可见光激励下，光激励发光快速消失并且蓝色余辉发光同时猝灭，具有良好的可重复性，只需再次辐照充能，在多次激励后仍能恢复光激励发光强度，所以本实施例提供的钽酸盐基光激励发光材料具有良好的压电、光电、热释电性能，能够实现热、光、电等多种性能的耦合，可用于先进可擦写式高密度大容量光信息存储器件及实现光信息的多途径写入与读出。

根据本实施例所涉及的一种钽酸盐基光激励发光材料的制备方法，因为采用传统的高温固相合成法在空气中制备而成，所以，本实施例合成工艺简单、制备成本低廉、原料无毒且制备过程清洁不产生对环境有害的产物。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。