阅读说明：本技术 一种钐掺杂硅酸盐的发光材料及其制备方法 (Samarium-doped silicate luminescent material and preparation method thereof ) 是由 王飞 智文科 朱潘蕾 杨斌 刘大春 徐宝强 邓勇 曲涛 田阳 郁青春 陈秀敏 于 2019-08-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种钐掺杂硅酸盐发光材料及其制备方法,其化学组成为Ca<Sub>2-x</Sub>SiO<Sub>4</Sub>:xSm<Sup>3+</Sup>(yNa<Sub>2</Sub>CO<Sub>3</Sub>),其中,x=0.008-0.012,y=0.9-1.1,按化学组成称取原料碳酸钙、氧化硅、碳酸钠、Sm<Sup>3+</Sup>源,称量好的原料研磨混合均匀,得到混合物；将混合物压块,将压块在氩气气氛下煅烧,自然冷却到室温,得到钐掺杂硅酸盐发光材料；本发明制备工艺简单,为本领域增添一类新品种,推动无机发光材料的广泛应用。(the invention discloses a samarium-doped silicate luminescent material and a preparation method thereof, wherein the chemical composition of the samarium-doped silicate luminescent material is Ca 2‑x SiO 4 :xSm 3+ （yNa 2 CO 3 ) Wherein x =0.008-0.012 and y =0.9-1.1, and raw materials of calcium carbonate, silicon oxide, sodium carbonate and Sm are weighed according to chemical composition 3+ Grinding and uniformly mixing the weighed raw materials to obtain a mixture; briquetting the mixture, calcining the briquetting under the argon atmosphere, and naturally cooling to room temperature to obtain the samarium-doped silicate luminescent material; the preparation process is simple, adds a new variety to the field, and promotes the wide application of the inorganic luminescent material.)

一种钐掺杂硅酸盐的发光材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种钐掺杂硅酸盐的发光材料及其制备方法，属于无机发光材料技术领域。

背景技术

我国硅酸盐资源丰富，且廉价易得，同时，我国也是一个稀土资源大国，稀土由于其独特的电子层排布和优异的性能，能与其他的材料组成优异的新材料，在发光材料领域也作出了很大的贡献并取得很好的成果。

目前，在生产生活中，发光材料主要是由钒酸盐、钼酸盐、钨酸盐、铝酸盐等组成的，其缺点是热稳定性差且易污染空气。众所周知，稀土离子激活材料的发光性能很大程度上取决于发光主体材料，因此，选择合适的基质材料是获得更好发光性能的重要因素。以硅酸盐为基质的发光材。料则具有良好的热稳定性、使用过程中对环境友好、具备稳定的晶体结构、刚性结构的特点，这使得其在白光LED基质材料性能上表现优异；硅酸盐体系发光材料具有良好的光学性质及特殊的网络结构，原料价格廉价且容易获得、无毒无害，且有简单适宜的合成工艺，掺杂离子以不同的价态出现在网络和介孔中，化学性质稳定；硅酸盐发光材料耐水性和耐紫外线辐射性能好，发光颜色多样，应用范围广泛。因此，研究以硅酸盐为基质的稀土发光材料的发光性能和发光性质具有重要意义，并具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备工艺简单、发光强度优异的钐掺杂硅酸盐发光材料，为本领域增添一类新品种，推动无机发光材料的广泛应用。

本发明提供一种钐掺杂硅酸盐发光材料，其化学组成为Ca_2-xSiO₄: xSm³⁺（yNa₂CO₃），其中，x=0.008-0.012，y=0.9-1.1。

本发明还提供一种钐掺杂硅酸盐发光材料的制备方法，采用高温固相反应法制备得到，包括如下步骤：

（1）按化学组成为Ca_2-xSiO₄:xSm³⁺（yNa₂CO₃）称取原料碳酸钙、氧化硅、碳酸钠、钐离子Sm³⁺源，称量好的原料经过研钵进行研磨，使其原料混合均匀，得到混合物；

（2）将步骤（1）的混合物放入压料机对其进行压料成块，将压好的块先放入刚玉舟中，接着把刚玉舟放到气氛管式真空炉的加热区域，在氩气气氛下煅烧，自然冷却到室温，得到一种在紫外、近紫外光激发下的可以发射出红色光的钐掺杂硅酸盐发光材料。

步骤（1）钐离子Sm³⁺源为Sm₂O₃。

步骤（2）煅烧温度为1000-1200℃，煅烧时间为4-10h。

本发明的有益效果：

（1）制备方法简单，原材料易得，成本低。

（2）制备得到的发光材料发光强度优异，为本领域增添一类新品种，推动无机发光材料的广泛应用。

（3）制备得到的发光材料可应用于照明、显示器、光学传感器、太阳能采集、生物成像等领域。

附图说明

图1为实施例1-3制备得到的钐掺杂硅酸盐发光材料的XRD图片；

图2为实施例3制备得到的钐掺杂硅酸盐发光材料的SEM和EDS图片；

图3为实施例1-3制备得到的钐掺杂硅酸盐发光材料在室温下的发射光图；

图4为实施例3-6制备得到的钐掺杂硅酸盐发光材料的XRD图片；

图5为实施例3-6制备得到的钐掺杂硅酸盐发光材料在室温下的发射光图；

图6为对比例1制备得到的钐掺杂硅酸盐发光材料在室温下的发射光谱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步的描述。

实施例1

一种钐掺杂硅酸盐发光材料，其化学组成为Ca_2-xSiO₄: xSm³⁺（yNa₂CO₃），其中，x=0.01，y=0.9。

本实施例钐掺杂硅酸盐发光材料的制备方法，采用高温固相反应法制备得到，包括如下步骤：

（1）按Ca_1.99SiO₄:0.01Sm³⁺（0.9Na₂CO₃）的化学计量比称取原料碳酸钙、氧化硅、碳酸钠、氧化钐，称量好的原料经过研钵进行研磨，使其原料混合均匀，得到混合物；

（2）将步骤（1）的混合物放入压料机对其进行压料成块，将压好的块先放入刚玉舟中，接着把刚玉舟放到气氛管式真空炉的加热区域，在氩气气氛下煅烧，煅烧温度为1200℃，煅烧时间为10h，自然冷却到室温，得到一种在紫外、近紫外光激发下的可以发射出红色光的钐掺杂硅酸盐发光材料。

实施例2

一种钐掺杂硅酸盐发光材料，其化学组成为Ca_2-xSiO₄: xSm³⁺（yNa₂CO₃），其中，x=0.01，y=1.0。

本实施例钐掺杂硅酸盐发光材料的制备方法，采用高温固相反应法制备得到，包括如下步骤：

（1）按Ca_1.99SiO₄:0.01Sm³⁺（1.0Na₂CO₃）的化学计量比称取原料碳酸钙、氧化硅、碳酸钠、氧化钐，称量好的原料经过研钵进行研磨，使其原料混合均匀，得到混合物；

（2）将步骤（1）的混合物放入压料机对其进行压料成块，将压好的块先放入刚玉舟中，接着把刚玉舟放到气氛管式真空炉的加热区域，在氩气气氛下煅烧，煅烧温度为1200℃，煅烧时间为10h，自然冷却到室温，得到一种在紫外、近紫外光激发下的可以发射出红色光的钐掺杂硅酸盐发光材料。

实施例3

一种钐掺杂硅酸盐发光材料，其化学组成为Ca_2-xSiO₄: xSm³⁺（yNa₂CO₃），其中，x=0.01，y=1.1。

本实施例钐掺杂硅酸盐发光材料的制备方法，采用高温固相反应法制备得到，包括如下步骤：

（1）按Ca_1.99SiO₄:0.01Sm³⁺（1.1Na₂CO₃）的化学计量比称取原料碳酸钙、氧化硅、碳酸钠、氧化钐，称量好的原料经过研钵进行研磨，使其原料混合均匀，得到混合物；

（2）将步骤（1）的混合物放入压料机对其进行压料成块，将压好的块先放入刚玉舟中，接着把刚玉舟放到气氛管式真空炉的加热区域，在氩气气氛下煅烧，煅烧温度为1200℃，煅烧时间为10h，自然冷却到室温，得到一种在紫外、近紫外光激发下的可以发射出红色光的钐掺杂硅酸盐发光材料。

图1为实施例1-3制备得到的钐掺杂硅酸盐发光材料的XRD图片；XRD测试结果得知，实施例1、2、3所制备的样品主要衍射峰与JCPDS NO.24-1069 (Na₂CaSiO₄)和JCPDSNO.83-0460 (Ca₂SiO₄)标准卡片相符合，可以说明样品中包括两种成分：Ca₂SiO₄和Na₂CaSiO₄，由此可以说明发生了部分离子取代，即Na⁺取代了部分Ca²⁺，当y=1.1时，样品强度最强。

图2为实施例3制备得到的钐掺杂硅酸盐发光材料的SEM和EDS图片；从SEM图可以看出，材料为颗粒状，未发现团聚现象；EDS图可以看出样品的实际元素包括C、Ca、Si、O、Sm、Na，证明原料中的成分都参与了反应。

图3为实施例1-3制备得到的钐掺杂硅酸盐发光材料的室温下的发射光谱图；由图可知，本实施例技术方案制备样品在310纳米波长激发下的发射光谱图，当y=1.1时，发射光谱在690nm发射峰最强，其来自于Sm³⁺的⁴G_5/2-⁶H_11/2的电子跃迁，所制得材料可以有效的将紫外光转换为近红外光。

实施例4

一种钐掺杂硅酸盐发光材料，其化学组成为Ca_2-xSiO₄:xSm³⁺（yNa₂CO₃），其中，x=0.01，y=1.1。

本实施例钐掺杂硅酸盐发光材料的制备方法，采用高温固相反应法制备得到，包括如下步骤：

（1）按Ca_1.99SiO₄:0.01Sm³⁺（1.1Na₂CO₃）的化学计量比称取原料碳酸钙、氧化硅、碳酸钠、碳酸钐，称量好的原料经过研钵进行研磨，使其原料混合均匀，得到混合物；

（2）将步骤（1）的混合物放入压料机对其进行压料成块，将压好的块先放入刚玉舟中，接着把刚玉舟放到气氛管式真空炉的加热区域，在氩气气氛下煅烧，煅烧温度为1200℃，煅烧时间为8h，自然冷却到室温，得到一种在紫外、近紫外光激发下的可以发射出红色光的钐掺杂硅酸盐发光材料。

实施例5

一种钐掺杂硅酸盐发光材料，其化学组成为Ca_2-xSiO₄:xSm³⁺（yNa₂CO₃），其中，x=0.01，y=1.1。

本实施例钐掺杂硅酸盐发光材料的制备方法，采用高温固相反应法制备得到，包括如下步骤：

（1）按Ca_1.99SiO₄:0.01Sm³⁺（1.1Na₂CO₃）的化学计量比称取原料碳酸钙、氧化硅、碳酸钠、碳酸钐，称量好的原料经过研钵进行研磨，使其原料混合均匀，得到混合物；

（2）将步骤（1）的混合物放入压料机对其进行压料成块，将压好的块先放入刚玉舟中，接着把刚玉舟放到气氛管式真空炉的加热区域，在氩气气氛下煅烧，煅烧温度为1200℃，煅烧时间为6h，自然冷却到室温，得到一种在紫外、近紫外光激发下的可以发射出红色光的钐掺杂硅酸盐发光材料。

实施例6

一种钐掺杂硅酸盐发光材料，其化学组成为Ca_2-xSiO₄:xSm³⁺（yNa₂CO₃），其中，x=0.01，y=1.1。

本实施例钐掺杂硅酸盐发光材料的制备方法，采用高温固相反应法制备得到，包括如下步骤：

（1）按Ca_1.99SiO₄:0.01Sm³⁺（1.1Na₂CO₃）的化学计量比称取原料碳酸钙、氧化硅、碳酸钠、碳酸钐，称量好的原料经过研钵进行研磨，使其原料混合均匀，得到混合物；

（2）将步骤（1）的混合物放入压料机对其进行压料成块，将压好的块先放入刚玉舟中，接着把刚玉舟放到气氛管式真空炉的加热区域，在氩气气氛下煅烧，煅烧温度为1200℃，煅烧时间为4h，自然冷却到室温，得到一种在紫外、近紫外光激发下的可以发射出红色光的钐掺杂硅酸盐发光材料。

图4为实施例3-6制备得到的钐掺杂硅酸盐发光材料的XRD图片；XRD测试结果得知，所制备的样品主要衍射峰与JCPDS NO.24-1069 (Na₂CaSiO₄)和JCPDS NO.83-0460(Ca₂SiO₄) 标准卡片相符合，可以说明样品中包括两种成分：Ca₂SiO₄和Na₂CaSiO₄，由此可以说明发生了部分离子取代，即Na⁺取代了部分Ca²⁺；实施例3烧结时间为10小时时，样品强度最强。

图5为实施例3-6制备得到的钐掺杂硅酸盐发光材料的室温下的发射光谱图；由图可知，本实施例技术方案制备样品在310纳米波长激发下的发射光谱图；实施例3烧结时间为10小时时，发射光谱在690纳米发射峰最强，其来自于Sm³⁺的⁴G_5/2-⁶H_11/2的电子跃迁，所制得材料可以有效的将紫外光转换为近红外光。

对比例1

一种钐掺杂硅酸盐发光材料，其化学组成为Ca_2-xSiO₄:xSm³⁺，其中，x=0.01。

本实施例钐掺杂硅酸盐发光材料的制备方法，采用高温固相反应法制备得到，包括如下步骤：

（1）按化学组成为Ca_1.99SiO₄:0.01Sm³⁺的化学计量比称取原料碳酸钙、二氧化硅、氧化钐，称量好的原料经过研钵进行研磨，使其原料混合均匀，得到混合物；

（2）将步骤（1）的混合物分别放入压料机对其进行压料成块，将压好的块先放入刚玉舟中，接着把刚玉舟放到气氛管式真空炉的加热区域，在氩气气氛下煅烧，煅烧温度为1200℃，煅烧时间为4h，自然冷却到室温，得到一种在紫外、近紫外光激发下的可以发射出红色光的钐掺杂硅酸盐发光材料。

图6是本实施例制备样品在310纳米波长激发下的发射光谱图；由图可知，样品在579，608，615，673nm处有尖锐的发射峰，发射峰均来自Sm³⁺的电子跃迁，是由Sm³⁺的4f电子禁带转变引起；579nm处的发射峰来自于Sm³⁺的⁴G_7/2-⁶H_9/2的电子跃迁产生，608和615nm处的发射峰来自于Sm³⁺的⁴G_5/2-⁶H_7/2的电子跃迁产生，673nm处的发射峰来自于Sm³⁺的⁴G_5/2-⁶H_11/2的电子跃迁产生。

通过比较实施例6和对比例1发现，实施例6样品的发光强度相对对比例1不加入Na₂CO₃的样品提高了23倍左右。

实施例7

一种钐掺杂硅酸盐发光材料，其化学组成为Ca_2-xSiO₄:xSm³⁺（yNa₂CO₃），其中，x=0.008，y=1。

本实施例钐掺杂硅酸盐发光材料的制备方法，采用高温固相反应法制备得到，包括如下步骤：

（1）按Ca_1.992SiO₄:0.008Sm³⁺（1.0Na₂CO₃）的化学计量比称取原料碳酸钙、氧化硅、碳酸钠、氧化钐，称量好的原料经过研钵进行研磨，使其原料混合均匀，得到混合物；

（2）将步骤（1）的混合物放入压料机对其进行压料成块，将压好的块先放入刚玉舟中，接着把刚玉舟放到气氛管式真空炉的加热区域，在氩气气氛下煅烧，煅烧温度为1000℃，煅烧时间为10h，自然冷却到室温，得到一种在紫外、近紫外光激发下的可以发射出红色光的钐掺杂硅酸盐发光材料。

实施例8

一种钐掺杂硅酸盐发光材料，其化学组成为Ca_2-xSiO₄:xSm³⁺（yNa₂CO₃），其中，x=0.012，y=0.9。

本实施例钐掺杂硅酸盐发光材料的制备方法，采用高温固相反应法制备得到，包括如下步骤：

（1）按Ca_1.988SiO₄:0.012Sm³⁺（0.9Na₂CO₃）的化学计量比称取原料碳酸钙、氧化硅、碳酸钠、氧化钐，称量好的原料经过研钵进行研磨，使其原料混合均匀，得到混合物；

（2）将步骤（1）的混合物放入压料机对其进行压料成块，将压好的块先放入刚玉舟中，接着把刚玉舟放到气氛管式真空炉的加热区域，在氩气气氛下煅烧，煅烧温度为1100℃，煅烧时间为5h，自然冷却到室温，得到一种在紫外、近紫外光激发下的可以发射出红色光的钐掺杂硅酸盐发光材料。