一种钒酸铟稀土掺杂纳米发光材料及其制备方法与流程

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本发明属于光致发光材料领域，具体涉及一种钒酸铟稀土掺杂纳米发光材料及其制备方法。


背景技术：

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发光是一种物体把吸收的能量，不经过热的阶段直接转换为特征辐射的现象。发光现象广泛存在于各种材料中，凭借其特殊性质在半导体、生物医学、军事科技等高新技术领域广泛应用。它们可以提供作为新型和有特殊性能的光源，也可以提供作为显示、显像、探测辐射场及其它技术手段。发光的种类多种多样，按照激发方式的不同可以分为光致发光、电致发光、放射线发光、化学发光、生物发光、应力发光、声发光。
[0003]
稀土元素包括钪、钇和镧系元素在内的17种元素，据报道中国是唯一一个能够提供17种稀土元素的国家，而且其储备量远远超过其它一些国家。稀土元素因4f、5d轨道不完全，容易生成多电子组态，其离子可以充当空穴和电子的捕获陷阱，促进光生电子和空穴的分离，所以通过适量稀土元素掺杂可以有效提高材料的光电性能。其在光、电、磁学方面的优异特性被逐渐发掘。在光学特性方面，稀土元素无论是充当材料的基质，还是作为激活剂、敏化剂掺杂，制成发光材料一般都称为稀土发光材料。1964年将y2o3:eu材料用于制造荧光粉后，稀土发光材料进入迅猛发展，高效红色荧光粉y2o3:eu和yvo4:eu的发明很快在彩色电视显像管中实现应用。目前常见的稀土发光材料主要有y2o3、eu2o3、gd2o3、la2o3、tb4o7等，已广泛应用于彩色电视机、航空显示器的led中。钒酸铟具有独特的光学、电学和气敏性能，目前作为一种广泛用途的半导体材料在光催化、电化学等领域引起人们的关注。但其作为发光材料的研究甚少。纳米粒子可以改变物质光学性质，改变主要表现为宽频带强吸收，吸收带蓝移以及特异性发光现象。当纳米微粒的尺寸小于一定值时，可在一定波长的光激发下发光。纳米发光材料因具有很高的热稳定性及良好的化学性能和量子效率被广泛应用于彩色电视机、量子光学领域等光学应用领域。


技术实现要素：

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本发明的目的在于提供一种操作简单易控、制作成本低、对环境无污染的钒酸铟稀土掺杂纳米发光材料invo4:eu
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及其制备方法。
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为了实现上述目的，本发明的技术方案是采用水热法，以偏钒酸铵、硝酸铟、硝酸铕和硝酸镧为原料，固体柠檬酸为表面活化剂，在室温下将一定量的偏钒酸铵溶于水中形成a溶液，将一定量的硝酸铟、硝酸铕、硝酸镧溶于纯水中形成b溶液，将a溶液缓慢加入b溶液中搅拌反应数十分钟，再加入一定量的表面活化剂，用碱溶液调节ph，搅拌数分钟后，将所得到溶液在一定温度下水热数时间，得到前驱体，烘干，再经研磨、高温煅烧，得到invo4:eu
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稀土掺杂纳米发光材料。
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具体的，本发明钒酸铟稀土掺杂纳米发光材料invo4:eu
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的制备方法包括以下步骤：
（1）将偏钒酸铵溶于纯水中搅拌，配制成10-100mmol/l nh4vo4溶液，记为a溶液；（2）将硝酸铟、硝酸铕、硝酸镧溶于纯水中，分别配成10-100mmol/l in(no3)3溶液、eu(no3)3溶液、la(no3)3溶液，按比例取in(no3)3溶液、eu(no3)3溶液，la(no3)3溶液混合形成b溶液；（3）将a溶液缓慢加入b溶液中，搅拌均匀，再加入表面活化剂，用碱液调节ph值，搅拌均匀得到悬浊液，移入反应釜中；（4）将悬浊液于100-200℃水热反应12-14h，抽滤得到前驱体溶液，干燥得到粉末，然后将粉末煅烧得到invo4:eu
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稀土掺杂纳米发光材料。
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步骤（1）中，nh4vo4溶液的浓度优选为10-40mmol/l。
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步骤（2）中，in(no3)3溶液的浓度优选为20-40mmol/l，eu(no3)3溶液的浓度优选为10-20mmol/l，la(no3)3溶液的浓度优选为15-30mmol/l。
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步骤（2）中，in(no3)3溶液、eu(no3)3溶液，la(no3)3溶液按照体积比为18.6-18.8:0.4:0.8-1混合形成b溶液。
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步骤（3）中，a溶液与b溶液的体积比为1:1。
[0011]
步骤（3）中，所述表面活化剂为柠檬酸固体。
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步骤（3）中，用氨水调节ph值为7。
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步骤量（4）中，水热反应的温度为100-140℃。
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步骤（4）中，干燥温度为55-65℃，干燥时间不少于12h。
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步骤（4）中，煅烧温度为600-900℃，煅烧时间为1.8-2.5h。
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本发明针对钒酸铟及稀土元素的特殊光学性能，提出了用水热法制备invo4:eu
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稀土掺杂纳米发光材料,该技术的主要创新点如下：（1）利用invo4作为稀土掺杂纳米发光材料的基质，具有良好的发光性能。（2）一定量的稀土eu、la作为发光材料的掺杂剂，增强发光效果。（3）水热法制备出纳米发光材料，具有小尺寸效应。
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本发明利用简单的水热法制备了invo4:eu
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稀土掺杂纳米发光材料，研究了其作为荧光材料的发光性能，发现其发光性能比未优化前提升很大，该复合材料的制备操作简便易行，易于大规模生产，在发光材料领域中有着潜在的应用前景。
附图说明
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图1为la(no3)3溶液的浓度分别为20mmol/l、40mmol/l、60mmol/l、80mmol/l、100mmol/l时所得到的invo4:eu
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稀土掺杂纳米发光材料的xrd图；图2为紫外灯照射下invo4:eu3+/la3+稀土掺杂纳米发光材料的发光图。其中，（a）（b（c）分别对应实施例1、2、3得到的invo4:eu
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稀土掺杂纳米发光材料。
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具体实施方式：下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围实施例1钒酸铟稀土掺杂纳米发光材料invo4:eu
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的制备方法（1）将一定量的偏钒酸铵溶于纯水中搅拌，配成100mmol/lnh4vo4溶液，量取20ml，形成a溶液。
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（2）将一定量的硝酸铟、硝酸铕、硝酸镧溶于纯水中，分别配成100mmol/l in(no3)3,eu(no3)3，la(no3)3溶液，取19ml硝酸铟溶液，0.4ml硝酸铕溶液，0.6ml硝酸镧溶液混合形成b溶液。
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（3）将a溶液缓慢加入b溶液中搅拌10分钟，加入0.4g的柠檬酸固体，用氨水调节ph=7，搅拌5分钟，得到悬浊液，移入反应釜中。
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（4）将悬浊液于100℃水热12h，得到前驱体溶液，在60℃下烘干12h，得到粉末状固体，将干燥的粉末在900℃下煅烧2h得到invo4:eu
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稀土掺杂纳米发光材料。
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所得材料的发光性能较差，在紫外灯的照射下，发光颜色呈暗灰色。
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实施例2钒酸铟稀土掺杂纳米发光材料invo4:eu
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的制备方法（1）将一定量的偏钒酸铵溶于纯水中搅拌，配成50mmol/l nh4vo4溶液，量取20ml，形成a溶液。
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（2）将一定量的硝酸铟、硝酸铕、硝酸镧溶于纯水中，分别配成60mmol/l in(no3)3,eu(no3)3，la(no3)3溶液，取18.8ml硝酸铟溶液，0.4ml硝酸铕溶液，0.8ml硝酸镧溶液混合形成b溶液。
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（3）将a溶液缓慢加入b溶液中搅拌10分钟，加入0.3g的柠檬酸固体，用氨水调节ph=7，搅拌5分钟，得到悬浊液，移入反应釜中。
[0027]
（4）将悬浊液于180℃水热12h，得到前驱体溶液，在60℃下烘干12h，得到粉末状固体，将干燥的粉末在700℃下煅烧2h得到invo4:eu
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稀土掺杂纳米发光材料。
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所得材料的发光性能较优，在紫外灯的照射下，发光颜色呈亮黄色。
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实施例3钒酸铟稀土掺杂纳米发光材料invo4:eu
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的制备方法（1）将一定量的偏钒酸铵溶于纯水中搅拌，配成10mmol/l nh4vo4溶液，量取20ml，形成a溶液。
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（2）将一定量的硝酸铟、硝酸铕、硝酸镧溶于纯水中，分别配成20mmol/l in(no3)3,eu(no3)3，la(no3)3溶液，取18.6ml硝酸铟溶液，0.4ml硝酸铕溶液，1ml硝酸镧溶液混合形成b液。
[0031]
（3）将a液缓慢加入b液中搅拌10分钟，加入0.1g的柠檬酸固体，用氨水调节ph=7，搅拌5分钟，得到悬浊液，移入反应釜中。
[0032]
（4）将悬浊液于100℃水热12h，得到前驱体溶液，在60℃下烘干12h，得到粉末状固体，将干燥的粉末在800℃下煅烧2h得到invo4:eu
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稀土掺杂纳米发光材料。
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所得材料的发光性能很好，在紫外灯的照射下，发光颜色呈亮红色，经过一系列测试，其结构和性能较好。
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本发明利用简单的水热法制备了发光性能较为理想的invo4:eu
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稀土掺杂纳米发光材料，所合成的纳米结构使光生电子传输能力增强，比表面积增大，电子空穴复合率降低，扩展了对光的利用率。本发明研究了其作为发光材料的发光性能，发现其发光效果比未优化之前提升较大，该复合材料的制备操作简便易行，易于大规模生产，使其在发光材料领域中有着潜在的应用前景，对开发新型发光材料有一定的指导作用。