一种稀土铽掺杂氧化镓荧光材料的制备方法及其应用

1.本技术涉及稀土掺杂生产技术领域，特别涉及一种稀土铽掺杂氧化镓荧光材料的制备方法及其应用。


背景技术：

2.稀土离子具有独特的电子构型，导致其具有丰富的能级结构，发光范围覆盖从紫外到可见光再到近红外的所有波段。由于稀土发光材料具有发光效率高、发光寿命长、发射谱尖锐和光学稳定性较高等特点，使其在激光、照明、显示、生物医学、太阳能转换以及光催化等领域具有广泛应用。其中，铽(iii)离子被有效激发后，发生5d4→
7f5的跃迁，可以发出波长为543nm附近的绿光，常被用作绿色发光材料的激活剂。
3.氧化镓是超宽带隙半导体材料之一，与窄带隙和普通宽带隙半导体材料相比，氧化镓具有特别宽的带隙(～4.9ev)、高击穿场强、低能量损耗、高热稳定性和化学稳定性，是很好的稀土掺杂基体。
4.基质材料与稀土离子间的相互作用对稀土发光材料的发光性能影响显著。一方面，将稀土掺入宽禁带宿主材料将会提高其发光效率，并改善温度猝灭效应；另一方面，宽禁带半导体由于具有良好的稳定性而成为稀土离子的理想候选宿主。因此，氧化镓适合作为基质材料用于制备稀土铽掺杂氧化镓发光材料。
5.目前，在水热法制备稀土铽掺杂氧化镓材料的过程中，通常使用尿素或者油胺等物质热分解产生的氨气来将溶液ph值调节为碱性，使溶液中的铽离子与镓离子形成沉淀，从而将稀土铽掺入氧化镓晶格中。除此之外，氨水也有希望用于上述水热法，然而，目前还没有相关科学研究。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本技术提出一种稀土铽掺杂氧化镓荧光材料的制备方法及其应用。
7.本技术提供一种稀土铽掺杂氧化镓荧光材料的制备方法，包括以下步骤：
8.s1：获取硝酸铽溶液和硝酸镓溶液，将二者混合均匀得到混合溶液；
9.s2：往所述混合溶液中加入氨水调节ph值为碱性，得到前驱溶液；
10.s3：将所述前驱溶液密封进行水热反应，将反应产物进行离心、洗涤、干燥及退火后得到所述稀土铽掺杂氧化镓荧光材料；
11.其中，所述稀土铽掺杂氧化镓荧光材料的化学通式为(tb
x
ga
1-x
)2o3，其中，0.01≤x≤0.10。
12.在一种优选的实施方式中，所述步骤s1中，所述硝酸铽溶液的溶质为硝酸铽六水合物，溶剂为去离子水；所述硝酸镓溶液的溶质为硝酸镓九水合物，溶剂为去离子水。
13.在一种优选的实施方式中，所述步骤s2中，所述ph值为8～9。
14.在一种优选的实施方式中，所述步骤s2中，所述氨水为浓氨水。
15.在一种优选的实施方式中，所述步骤s3中，所述水热反应的温度为160～200℃，时
间为12～24h。
16.在一种优选的实施方式中，所述步骤s3中，所述离心的离心速率为3600～6000r/min，时间为5～10min。
17.在一种优选的实施方式中，所述步骤s3中，所述洗涤包括：使用丙酮和乙醇分别清洗2～3次。
18.在一种优选的实施方式中，所述步骤s3中，所述干燥的温度为80～90℃，时间为8～12h。
19.在一种优选的实施方式中，所述步骤s3中，所述退火的温度为800℃，时间为2h。
20.在一种优选的实施方式中，所述稀土铽掺杂氧化镓荧光材料在365nm的紫外光激发下发射543nm的绿光。
21.本技术还提供一种根据上述制备方法制得的稀土铽掺杂氧化镓荧光材料在led领域的应用。
22.综上所述，本技术提供一种稀土铽掺杂氧化镓荧光材料的制备方法及其应用，该制备方法简单，耗能较少，成本较低，易于实现。通过对反应溶液ph值的精确调控，制备出的稀土铽掺杂氧化镓荧光材料发光效率高、颜色纯度高，可在365nm的紫外光激发下发射543nm的绿光，可广泛应用于发光、显示以及照明等领域中。
附图说明
23.图1为本技术制备方法的流程示意图。
24.图2为本技术一实施例中制得的稀土铽掺杂氧化镓荧光材料的光致发光发射光谱图。
25.图3为本技术一实施例中制得的稀土铽掺杂氧化镓荧光材料的x射线衍射图。
具体实施方式
26.以下结合具体实施例和附图来进一步说明本技术，但实施例并不对本技术做任何形式的限定。实施例在以本技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本技术的保护范围不限于下述的实施例。
27.本技术提供一种稀土铽掺杂氧化镓荧光材料，在该材料中，将氧化镓作为基质材料，铽离子作为发光中心。该材料的化学组成通式为(tb
x
ga
1-x
)2o3，其中0.01≤x≤0.10。
28.本技术还提供一种稀土铽掺杂氧化镓荧光材料的制备方法，请参考图1，该制备方法包括以下步骤：
29.s1：获取硝酸铽溶液和硝酸镓溶液，将二者混合均匀得到混合溶液；
30.s2：往所述混合溶液中加入氨水调节ph值为碱性，得到前驱溶液；
31.s3：将所述前驱溶液密封进行水热反应，将反应产物进行离心、洗涤、干燥及退火后得到所述稀土铽掺杂氧化镓荧光材料。
32.更具体地，该稀土铽掺杂氧化镓荧光材料的具体制备流程包括：
33.步骤一：称取一定质量的硝酸铽六水合物，将其加入适量去离子水中搅拌使其溶解，并将溶液稀释至一定浓度；称取一定质量的硝酸镓九水合物，将其加入适量去离子水中搅拌使其溶解，并将溶液稀释至一定浓度。
34.步骤二：根据铽离子掺杂浓度，量取一定体积的硝酸铽溶液与硝酸镓溶液，搅拌使其均匀混合。
35.步骤三：向步骤二中所得混合溶液滴加浓氨水并搅拌，将其ph值调节至碱性。
36.步骤四：将步骤三中所得溶液密封，在一定温度下反应一段时间。
37.步骤五：将步骤四中所得产物离心并收集沉淀，将沉淀清洗、干燥并退火后，即可得到稀土铽掺杂氧化镓荧光材料。
38.优选地，步骤一中，采用高精度电子秤进行原料称量。
39.进一步地，步骤二中，硝酸铽溶液和硝酸镓溶液混合后的搅拌时间设置为1～2小时。
40.进一步地，步骤二中，铽离子的掺杂浓度范围为5～10％，也即步骤一中硝酸铽溶液和硝酸镓溶液的配置浓度根据铽离子的具体掺杂浓度来设定。
41.进一步地，步骤三中，在混合溶液中加入浓氨水后的搅拌时间设置为30～60分钟，进行ph值的调节。
42.进一步地，步骤三中，将混合溶液的ph值调节为8～9。
43.进一步地，步骤四中，使用聚四氟乙烯内衬容器盛放步骤三中配置好的混合溶液，并将该容器密封于高压反应釜中进行水热反应。
44.进一步地，步骤四中，水热反应的温度设置为160～200℃，反应时间设置为12～24小时。
45.进一步地，步骤五中，离心操作的离心速率设置为3600～6000r/min，离心时间设置为5～10分钟。
46.进一步地，步骤五中，清洗时使用丙酮和乙醇分别清洗2～3次。
47.进一步地，步骤五中，干燥温度设置为80～90℃，干燥时间设置为8～12小时。
48.进一步地，步骤五中，退火温度设置为800℃，退火时间设置为2小时。
49.下面以具体实施例对本技术技术方案进行详细说明：
50.实施例一
51.制备掺杂浓度为5％的铽掺杂氧化镓荧光材料，具体流程包括：
52.步骤一：称取一定质量的硝酸铽六水合物，将其加入适量去离子水中搅拌使其溶解，配置浓度为0.05mol/l的硝酸铽水溶液。称取一定质量的硝酸镓九水合物，将其加入适量去离子水中搅拌使其溶解，配置浓度为0.5mol/l的硝酸铽水溶液。
53.步骤二：量取步骤一中5ml硝酸铽溶液与9.5ml硝酸镓溶液，将两种溶液混合并磁力搅拌1小时使其混合均匀。该混合溶液中铽离子与镓离子的浓度比为1:19，即铽离子的掺杂浓度为5％。
54.步骤三：向步骤二中的混合溶液缓慢滴加适量浓氨水，调节ph值为8，并磁力搅拌30分钟使反应充分进行。
55.步骤四：将步骤三中所得溶液转移至聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，在180℃下反应12小时，并自然冷却至室温。
56.步骤五：将步骤四中所得溶液以4200r/min的速率离心5分钟，收集沉淀，并将沉淀用丙酮和乙醇分别清洗两次。
57.步骤六：将步骤五中所得沉淀置于烘箱中在80℃下干燥10小时，并将干燥后的产
物研磨成粉末。
58.步骤七：将步骤六中所得粉末在800℃下退火2小时，即可制得掺杂浓度为5％的铽掺杂氧化镓荧光材料。
59.经过上述方法制得的稀土铽掺杂氧化镓荧光材料样品的光致发光发射光谱如图2所示。由图2可以看出，本技术制备的稀土铽掺杂氧化镓荧光材料发光单色性较好。
60.经过上述方法制得的稀土铽掺杂氧化镓荧光材料样品的x射线衍射图如图3所示。由图3可以看出，本技术制备的稀土铽掺杂氧化镓荧光材料主体成分为氧化镓。
61.综上所述，本技术提供一种稀土铽掺杂氧化镓荧光材料的制备方法及其应用，该制备方法简单，耗能较少，成本较低，易于实现。通过对反应溶液ph值的精确调控，制备出的稀土铽掺杂氧化镓荧光材料可在365nm的紫外光激发下发射543nm的绿光，可广泛应用于发光、显示以及照明等领域中。
62.本技术所描述的概念在不偏离其精神和特性的情况下可以实施成其它形式。所公开的具体实施例应被视为例示性而不是限制性的。因此，本技术的范围是由所附的权利要求，而不是根据之前的这些描述进行确定。在权利要求的字面意义及等同范围内的任何改变都应属于这些权利要求的范围。