荧光可控的光致变色多功能材料及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种荧光可控的光致变色多功能材料及其制备方法。其中，所述一种荧光可控的光致变色多功能材料包括以下配比的组分：(Bi0.5Na0.5)1?xRExBi4Ti4O15；其中，RE为稀土元素，x的取值范围为0<x≤0.1。根据本发明的一种荧光可控的光致变色多功能材料，具有光致变色性能，在光致变色反应的过程中有效调控荧光发射的强度，并且具有非破坏性荧光读出的能力。
【专利说明】
荧光可控的光致变色多功能材料及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及光-电多功能材料领域，具体涉及一种荧光可控的光致变色多功能材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]光致变色通常是指材料A在受到某一波长的光辐照时，发生化学反应生成产物B，表现为吸收光谱或折射率的明显变化，在加热和另一波长的作用下，B又可以重新变为原来的状态A，上述光致变色的过程是可逆的，其主要机理为光物理效应或光化学反应机理造成的。在光辐照作用下，吸收的电子发生能级跃迀，表现为不同的光谱吸收，导致光致变色。这样的光致变色反应中生色过程和褪色过程在光信息存储、光计算、光开关、光学器件及生物探针等高科技领域有着非常重要的应用前景。
[0003]目前，光致变色材料主要分为有机和无机光致变色材料两大类，其中有机光致变色化合物是研究最多的，主要集中在偶氮苯、俘精酸酐、螺吡喃、二芳基乙烯、以及相关的杂环化合物上。与传统的有机光致变色材料相比，无机光致变色材料具有非常好的温度稳定性、耐疲劳特性和易于成型等优点，成为近年来人们研究的焦点。目前探究的无机光致变色材料主要集中于过渡金属氧化物、多金属氧酸盐、碱金属卤化物、以及复合矿物质等，尤其在过渡金属氧化物中，研究的体系比较多的是Mo03、W03、Ti02、V205、Nb204P混合氧化物体系。然而，目前对于无机光致变色材料的研究，主要集中在其吸收谱的变化，对于其作为光信息存储方面的研究，尤其在荧光可控的非破坏性荧光读出方面的研究较少。
【发明内容】
[0004]本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0005]为此，本发明的一个目的在于提出一种具有荧光可控的光致变色多功能材料。
[0006]根据本发明实施例的一种荧光可控的光致变色多功能材料，其特征在于，包括以下配比的组分:(Bitx5Natx5)1-XRExBi4Ti4O15;其中，RE为稀土元素，X的取值范围为0〈x彡0.1。
[0007]根据本发明实施例的一种荧光可控的光致变色多功能材料，在具有铋层状结构的钛酸铋钠材料(NaQ.5Bi4.5Ti4015)中加入稀土离子(Sm3+、Pr3+、Er3+等)使其具有光致变色性能，在光致变色反应的过程中有效调控荧光发射的强度，并且具有非破坏性荧光读出的能力，因此，该材料体系在光存储、光反转器件中有着广泛的应用前景和研究意义。
[0008]另外，根据本发明上述实施例的一种荧光可控的光致变色多功能材料，还可以具有如下附加的技术特征:
[0009]进一步地，包括以下配比的组分:(B1.SNa(L5)1-XREsBi4Ti4O15;其中，RE为Sm3+、Pr3+或 Er3+，0.01 彡 X彡 0.05。
[0010]本发明的另一目的在于提出一种荧光可控的光致变色多功能材料的制备方法。
[0011]根据本发明的一种荧光可控的光致变色多功能材料的制备方法，包括如下步骤:研磨:按照摩尔比为(4.5-0.5x):(0.5-0.5x):2x:8依次取原料Na2CO3Ji2O3J12和稀土氧化物进行研磨，其中，稀土元素的摩尔含量为x，x的取值范围为0〈x<0.1;预烧:将研磨后的粉体在第一预设温度下预烧第一预设时间，得到(BiQ.5Na0.J1-XRExBi4Ti4O15粉体，其中RE为稀土元素;造粒:向(B1.5Na0.5)1-xRExBi4Ti40i5粉体中加入粘结剂进行造粒，在预设压力下，将(Bi(L5NatL5)1-XRExBi4Ti4O15粉体制备成陶瓷生坯片;烧结:将陶瓷生坯片在第二预设温度下保温第二预设时间排除粘结剂后，在第三预设温度下保温第三预设时间进行烧结，即得到荧光可控的光致变色多功能材料。
[0012]进一步地，在研磨步骤中，稀土元素为Sm3+、Pr3+或Er3+，0.0l^x^0.05。
[0013]进一步地，在研磨步骤中，向原料中加入溶剂，溶剂与原料的体积比为1.5:2，溶剂包括无水乙醇和/或水。
[0014]进一步地，在预烧步骤中，第一预设温度为800 0C?1000 0C，第一预设时间为2h?6h。
[00? 5] 进一步地，在造粒步骤中，粘结即为质量分数为8 %?10 %的聚乙稀醇。
[0016]进一步地，在造粒步骤中，预设压力为1MPa?10MPa。
[0017]进一步地，在烧结步骤中，第二预设温度为500°C?600°C，第二预设时间为8h?12h0
[0018]进一步地，在烧结步骤中，第三预设温度为1000°C?1250°C，第三预设时间为2h?4h0
[0019]本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
【附图说明】
[0020]图1是(BitL5NatL5)1-xRExBi4Ti4015(RE 为 Sm3+、Pr3+或 Er3+)材料在波长为407nm 的光辐照前后的对比图；
[0021]图2是(B1.sNa0.d0.ggSm0.tnBidiWB材料在波长为407nm的光辐照前后的发射光谱谱图的变化；
[0022]图3是(B1.sNa0.skMPr0.tnBidiWB材料在波长为407nm的光辐照前后的发射光谱谱图的变化；
[0023]图4是(B1.sNa0.skMEr0.tnBidiWB材料在波长为407nm的光辐照前后的发射光谱谱图的变化。
【具体实施方式】
[0024]下面结合具体实施例详细描述本发明。
[0025]实施例1
[0026]实施例1提供了的制备过程。
[0027](1)按照化学计量比，制备0.0111101(8丨().5恥().5)().993111().()收4114015粉体。选取恥20)3、Bi2O3、Ti02和Sm3O2作为起始原料，用电子天平分别称量0.1846克Na2C03、7.3325克Bi203、2.2462克T12和0.0122克Sm3O2，将称量的粉料放于玛瑙研钵中，加入无水乙醇，其中无水乙醇与球磨料的体积比为1.2?1.5，常温下研磨干燥后，再次加入无水乙醇研磨2次，每次研磨3h?4h。
[0028](2)将第一次研磨后的粉体放入氧化铝坩祸中，在800°C?1000°C预烧4h，获得(B1.sNa0.5)0.99S 则.0iBi4T i4〇i5 粉体。
[0029](3)将上述预烧的粉料再次放入加入无水乙醇研磨3h?4h。研磨干燥后，按照传统电子陶瓷制备工艺，采用8%的聚乙烯醇(PVA)作为粘结剂进行造粒，在15MPa压力下，干法压制成直径为12mm生坯片，在550°C条件下进行排粘。将排粘后的样品1100°C下进行烧结，保温2h后，得到(B1.5Na0.5) ο.99SmQ.0收4114015块体陶瓷样品。
[0030]实施例2
[0031]实施例2 提供了(B1.sNa0.skMPr0.tnBidi^s 的制备过程。
[0032](1)按照化学计量比，制备0.0111101(8丨().5恥().5)().9!^().()收4114015粉体。选取恥20)3、Bi2O3J12和Pr6O11作为起始原料，用电子天平分别称量0.1846克Na2C03、7.3325克Bi203、
2.2462克T12和0.0170克Pr6O11,将称量的粉料放于玛瑙研钵中，加入无水乙醇，其中无水乙醇与球磨料的体积比为1.2?1.5，常温下研磨干燥后，再次加入无水乙醇研磨2次，每次研磨3h?4h。
[0033](2)将第一次研磨后的粉体放入氧化铝坩祸中，在800°C?1000°C预烧4h，获得(B1.sNa0.5)0.99Pr0.0iBi4T i4〇i5 粉体。
[0034](3)将上述预烧的粉料再次放入加入无水乙醇研磨3h?4h。研磨干燥后，按照传统电子陶瓷制备工艺，采用8%的聚乙烯醇(PVA)作为粘结剂进行造粒，在15MPa压力下，干法压制成直径为12mm生坯片，在550°C条件下进行排粘。将排粘后的样品1100°C下进行烧结，保温2h后，得至丨」(8丨0.5恥().5)().9!^().()收4114015块体陶瓷样品。
[0035]实施例3
[0036]实施例3提供了(BiQ.5Na0.5)().99Er().Q1Bi4Ti4O15 的制备过程。
[0037](1)按照化学计量比，制备0.0111101(8丨().5恥().5)().9!&().()收4114015粉体。选取恥20)3、Bi2O3、Ti02和Er3O2作为起始原料，用电子天平分别称量0.1846克Na2C03、7.3325克Bi203、2.2462克T12和0.0128克Er2O3将称量的粉料放于玛瑙研钵中，加入无水乙醇，其中无水乙醇与球磨料的体积比为1.2?1.5，常温下研磨干燥后，再次加入无水乙醇研磨2次，每次研磨3h?4h。
[0038](2)将第一次研磨后的粉体放入氧化铝坩祸中，在800°C?1000°C预烧4h，获得(B1.5Na0.5)0.99Er0.0iBi4Ti40i5 粉体。
[0039](3)将上述预烧的粉料再次放入加入无水乙醇研磨3h?4h。研磨干燥后，按照传统电子陶瓷制备工艺，采用8%的聚乙烯醇(PVA)作为粘结剂进行造粒，在15MPa压力下，干法压制成直径为12mm生坯片，在550°C条件下进行排粘。将排粘后的样品1100°C下进行烧结，保温2h后，得到(BiQ.5Na0.5)().99Er 0.0收4114015块体陶瓷样品。
[0040]图1为按照实施例1?3的配方所制得的(B1.sNa0.skMRE0.tnBidi^WRE为Sm3+、Pr3+或Er3+)陶瓷材料的在407nm光辐照前后的对比图，如图1所示，辐照前，样品颜色较浅，辐照之后，样品颜色变深，使得材料由起始的黄色转变为浅灰色。并且，当温度加热到50°C?200°C温度时，颜色较深的样品又可以恢复到起始的颜色，即材料有浅灰色转变为黄色说。图2、图3和图4所不，(B1.5Na0.5)0.99Sm0.0iBi4Ti40i5、(B1.sNa0.5)0.99Pr0.0iBi4Ti40i5、(B1.5Na0.Sk99ErtLo1Bi4Ti4O15分别在407nm、450nm和487nm激发波长下，呈现出较强的光致发光特性，其中Sm3+、Pr3+、Er3+掺杂的样品分别在600nm，612nm和550nm处呈现强的光致发光。在不同激发波长下材料的荧光发射随辐照时间的增加逐渐减弱，最大的降低程度达到80%左右。从图2?图4可以看出，材料呈现出显著的可逆光致变色特性，材料的颜色在黄色和浅灰色之间发生可逆转变，尤其对于Pr和Er的掺杂，辐照的波长(407nm)与激发波长(450nm和487nm)之间不存在重叠，因而在荧光读出的过程中，能避免信息读出时对储存信息点的破坏，能很好的实现非破坏性荧光对出。
[0041]根据本发明实施例的一种荧光可控的光致变色多功能材料，在具有铋层状结构的钛酸铋钠材料(Na0.5Bi4.5Ti4015)中加入稀土离子(Sm3+、Pr3+、Er3+等)使其具有光致变色性能，在光致变色反应的过程中有效调控荧光发射的强度，并且具有非破坏性荧光读出的能力，因此，该材料体系在光存储、光反转器件中有着广泛的应用前景和研究意义。
[0042]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0043]尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
【主权项】
1.一种荧光可控的光致变色多功能材料，其特征在于，包括以下配比的组分:(B1.sNa0.5) 1-xRExBi4T 14Ο15 ； 其中，RE为稀土元素，X的取值范围为0〈x<0.1。2.根据权利要求1所述的一种荧光可控的光致变色多功能材料，其特征在于，包括以下配比的组分:(B1.5Na0.5)PxRExBi4Ti4O15; 其中，RE为Sm3+、Pr3+或Er3+，0.01彡x彡0.05。3.—种荧光可控的光致变色多功能材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: 研磨:按照摩尔比为(4.5-0.5χ):(0.5-0.5χ):2χ:8依次取原料Na2C03、Bi203、Ti02和稀土氧化物进行研磨，其中，稀土元素的摩尔含量为x，x的取值范围为0〈x<0.1; 预烧:将所述研磨后的粉体在第一预设温度下预烧第一预设时间，得到(B1.sNa0.sh-xRExBi4Ti4015粉体，其中RE为稀土元素； 造粒:向所述(B1.sNa0.5)1-xRExBi4Ti40i5粉体中加入粘结剂进行造粒，在预设压力下，将所述(B1Ja0.sh—xRExBi4Ti4015粉体制备成陶瓷生坯片； 烧结:将所述陶瓷生坯片在第二预设温度下保温第二预设时间排除粘结剂后，在第三预设温度下保温第三预设时间进行烧结，即得到荧光可控的光致变色多功能材料。4.根据权利要求3所述的一种荧光可控的光致变色多功能材料的制备方法，其特征在于，在研磨步骤中，所述稀土元素为Sm3+、Pr3+或Er3+，0.01<x<0.05。5.根据权利要求3所述的一种荧光可控的光致变色多功能材料的制备方法，其特征在于，在研磨步骤中，向所述原料中加入溶剂，所述溶剂与所述原料的体积比为1.5:2，所述溶剂包括无水乙醇和/或水。6.根据权利要求3所述的一种荧光可控的光致变色多功能材料的制备方法，其特征在于，在预烧步骤中，所述第一预设温度为800°C?1000°C，所述第一预设时间为2h?6h。7.根据权利要求3所述的一种荧光可控的光致变色多功能材料的制备方法，其特征在于，在造粒步骤中，所述粘结即为质量分数为8%?10%的聚乙烯醇。8.根据权利要求3所述的一种荧光可控的光致变色多功能材料的制备方法，其特征在于，在造粒步骤中，所述预设压力为I OMPa?I OOMPa。9.根据权利要求3所述的一种荧光可控的光致变色多功能材料的制备方法，其特征在于，在烧结步骤中，所述第二预设温度为500°C?600°C，所述第二预设时间为Sh?12h。10.根据权利要求3所述的一种荧光可控的光致变色多功能材料的制备方法，其特征在于，在烧结步骤中，所述第三预设温度为1000°C?1250 °C，所述第三预设时间为2h?4h。
【文档编号】C09K9/00GK106085407SQ201610395824
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月3日 公开号201610395824.2, CN 106085407 A, CN 106085407A, CN 201610395824, CN-A-106085407, CN106085407 A, CN106085407A, CN201610395824, CN201610395824.2
【发明人】孙海勤, 张奇伟, 张瑶, 郝喜红
【申请人】内蒙古科技大学