一种Mn2+离子掺杂增强上转换红光发光钪铝酸盐及其合成方法与流程

本发明属于上转换发光材料，具体涉及一种锰离子掺杂增强上转换红光发光钪铝酸盐及其合成方法。

背景技术：

1、随着激光技术和纳米技术的发展，稀土掺杂的上转换材料在三维立体显示，太阳能电池，生物成像和生物治疗等方面有着不可估计的潜在价值。在上转换纳米材料的研究中，稀土掺杂纳米晶体材料的应用最为广泛。相对于有机染料的不稳定性﹑高光漂白率，量子点材料的微毒性﹑非特异性结合干扰等缺点，稀土掺杂的上转换荧光材料具有高的光学稳定性﹑低生物毒性和低光漂白率等优势，使得稀土掺杂上转换材料在生物医学领域的研究渐入热潮。

2、稀土掺杂上转换纳米材料的发光光谱极其丰富，但是存在一些高能的上转换光子，这些光子对生物细胞或多或少地会造成一定的影响。为了能够获得最佳的生物荧光标记及生物成像,需要将稀土离子掺杂的上转换材料的光谱限制在“生物窗口”(600~1100nm)内，并且期望得到强发射的荧光。本课题组的大量实验证明，可以利用980 nm激光照射稀土掺杂的钪铝酸钡(ba2sc0.67yb0.3er0.03alo5)能够获得664 nm的较强红光，因此我们认为该种上转换荧光材料能够在生物探针、生物治疗和生物成像等方面取得应用。

3、常见的钪铝酸盐制备手段主要有高温固相法，共沉淀法、溶胶凝胶法等。上转换发光材料的制备方法与其大致相同，其中高温固相法是将碳酸钡﹑氧化抗、氧化铝等原料进行机械搅拌，烘干，粉末压制成片状，再经高温煅烧得到所需要的产物。这种方法因其工艺简单、可控性高、合成周期短等优势在各领域得到广泛使用。

4、为进一步调控和增强(ba2sc0.67yb0.3er0.03alo5)上转换材料的红光发射，本发明同样利用高温固相法，提出掺入一定比例的锰离子的(ba2- xmn xsc0.67yb0.3er0.03alo5)钪铝酸钡化合物，在980nm近红外激光照射下,该材料发射出比ba2sc0.67yb0.3er0.03alo5更强的红光(664 nm)，为上转换荧光材料在生物医学上的应用提供一种新的材料。

技术实现思路

1、本发明针对上述现有技术中上转换发光材料的红光发射效率低等技术问题，本发明提出了一种锰离子掺杂上转换强红光发射材料及其制备方法，通过调控锰离子的掺杂浓度，形成缺陷来提高基质材料中稀土离子的敏化和发射能力，使其发射出更强红光。

2、本发明所采用的技术方案如下：

3、具有一种锰离子掺杂增强上转换红光发光钪铝酸盐及其合成方法，其特征在于，所述上转换发光材料的结构式为：ba2- xmn xsc0.67yb0.3er0.03alo5 ( x = 0 - 0.5)。

4、具有一种锰离子掺杂增强上转换红光发光钪铝酸盐及其合成方法，其特征在于，包括以下步骤：

5、步骤1： 考虑烧结过程中钡离子容易发生蒸散，应多称取10 wt.%的碳酸钡，所以按照元素ba、mn、sc、yb、er、al的摩尔比(2.2-1.1 x)： x：0.67：0.3：0.03：1的比例称取碳酸钡、氧化锰、氧化钪、氧化镱、氧化铒以及氢氧化铝作为原料；

6、步骤2：在步骤1称取的原料一起倒入干净的50 ml的烧杯中，加入无水乙醇，通过磁力搅拌器充分搅拌获得均匀悬浊液；

7、步骤3：将悬浊液静置直到清液与沉淀物分层，进行干燥使烧杯中无水乙醇完全蒸发，得到粉末原料；

8、步骤4：将步骤3干燥后的均匀原料压制成圆片状；

9、步骤5：将步骤3中压制的圆片状样品放入高温型马弗炉中，先在1200 ℃条件下预煅烧25分钟，再将温度升至1500℃~1700℃烧结1.5个小时，自然冷却至室温后取出样品，研磨成粉末，得到目标产物。

10、本发明的有益效果为：

11、1、本发明通过在ba2sc0.67yb0.3er0.03alo5上转换材料中掺杂锰离子，制得了一种锰离子掺杂增强上转换红光发射材料ba2- xmn xsc0.67yb0.3er0.03alo5 ( x = 0 - 0.5)，由于锰离子的半径比钡离子小很多，因此锰离子很容易进入主基质ba2scalo5并影响晶体场，使材料中产生氧空位，这些氧空位所形成的缺陷能够增加材料的能量传递效率，进而提高稀土离子的敏化和发射能力，提升材料的发光特性；

12、2、对比于未掺杂锰离子的ba2sc0.67yb0.3er0.03alo5上转换发光材料，本发明所得ba1.6mn0.4sc0.67yb0.3er0.03alo5上转换材料所激发的664 nm红光的发光相对强度高出约27.4倍；

13、3、本发明所得ba2sc0.67yb0.3er0.03alo5上转换材料可通过调整所掺杂的锰离子浓度实现对红光发光强度的调控，在生物医学、新能源产氢和太阳能电池等方面有着巨大的应用。

14、4、本发明所述ba1.6mn0.4sc0.67yb0.3er0.03alo5上转换材料的合成方法简单、产率高、节能环保，适合工业生产。

技术特征：

1. 一种锰离子掺杂增强上转换红光发光钪铝酸盐及其合成方法，其特征在于，所述上转换发光材料的结构式为：ba2-xmnxsc0.67yb0.3er0.03alo5 (x = 0 - 0.5)。

2.根据权利要求1所述的一种锰离子掺杂增强上转换红光发光钪铝酸盐及其合成方法，其特征在于，所述上转换荧光粉ba1.6mn0.4sc0.67yb0.3er0.03alo5在锰离子的掺杂下，氧空位所形成的缺陷具有增强红光发光行为。

3.一种锰离子掺杂增强上转换红光发光钪铝酸盐及其合成方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述具有缺陷增强红光发光行为的上转换荧光粉的制备方法，其特征在于，步骤2所得悬浊液的浓度为每毫升无水乙醇中有0.1～0.2g原料。

5.根据权利要求3所述具有缺陷增强红光发光行为的上转换荧光粉的制备方法，其特征在于，步骤3中干燥的温度设置在40～80℃之间，干燥的时间设为5～12h。

技术总结本发明公开了一种锰离子掺杂增强上转换红光发光钪铝酸盐及其合成方法，属于上转换发光材料技术领域。本发明涉及的上转换发光材料的分子式为Ba<subgt;2‑x</subgt;Mn<subgt;x</subgt;Sc<subgt;0.67</subgt;Yb<subgt;0.3</subgt;Er<subgt;0.03</subgt;AlO<subgt;5</subgt;(x=0‑0.5)，制备方法为高温固相法。由于锰离子的半径比钡离子小很多，因此锰离子很容易进入主基质Ba<subgt;2</subgt;ScAlO<subgt;5</subgt;并影响晶体场，使材料中产生氧空位。这些氧空位所形成的缺陷能够增加材料的能量传递效率，进而提高稀土离子的敏化和发射能力，提升材料的发光特性。在980nm近红外激光激发下，所得Ba<subgt;1.6</subgt;Mn<subgt;0.4</subgt;Sc<subgt;0.67</subgt;Yb<subgt;0.3</subgt;Er<subgt;0.03</subgt;AlO<subgt;5</subgt;在红光波长664nm处具有最大的红光发射强度，相比于对比例所得Ba<subgt;2</subgt;Sc<subgt;0.67</subgt;Yb<subgt;0.3</subgt;Er<subgt;0.03</subgt;AlO<subgt;5</subgt;的红光发射强度，其红光发射强度提高了近27.4倍。本发明制备的锰离子掺杂钪铝酸钡上转换发光材料具有优异的单红色上转换发光，同时本发明制备方法简单、可控性好、产率高和制备过程更加节能环保，适合工业推广。技术研发人员：杜辉,王兆岗,徐起龙,王闯,郑米玲,李燕受保护的技术使用者：河南宏昌科技有限公司技术研发日：技术公布日：2025/1/6