以Al₂Y₄O₉為基質(zhì)的三維有序大孔上轉(zhuǎn)換發(fā)光陶瓷材料及其制備方法

專利名稱：以Al₂Y₄O₉為基質(zhì)的三維有序大孔上轉(zhuǎn)換發(fā)光陶瓷材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以Al2Y4O9為基質(zhì)的三維有序大孔上轉(zhuǎn)換發(fā)光陶瓷材料及其制備方法，屬于上轉(zhuǎn)換發(fā)光陶瓷技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
上轉(zhuǎn)換發(fā)光是指在光致發(fā)光的激發(fā)過程中，在長波長光的激發(fā)下產(chǎn)生短波長的光發(fā)射。上轉(zhuǎn)換發(fā)光在熒光探針、生物標記、激光技術(shù)、光纖通訊技術(shù)、光纖放大器、三維立體顯示、紅外探測技術(shù)與防偽等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。三維有序大孔(孔直徑大于50nm)材料除具有一般多孔材料的特點以外，還具有孔道排列規(guī)則有序、周期性強、孔徑均一、孔結(jié)構(gòu)分布均勻等優(yōu)點，在光子晶體材料、大分子催化、大分子過濾、催化劑載體、電極材料等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。將三維有序大孔材料和上轉(zhuǎn)換發(fā)光結(jié)合為一體的功能化三微有序大孔材料在藥物釋放負載載體和生物標記等方面具有獨特的應(yīng)用優(yōu)勢，因此制備與研究具有上裝換發(fā)光的三維有序大孔材料已成為近年來多孔材料研究的熱點。例如Xuesong Qu, Hongwei Song, Xue Bai, Guohui Pan, Biao Dong, Haifeng Zhao, Fang Wang, Ruifei Qin.三維有序大孔材料 ZrO2 :Yb, Er 的制備及上轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)，無機化學，(Preparation and UpconverTion Luminescence of Three-DimenTionalIy Ordered Macroporous ZrO2: Er3+, Yb3+, Inorganic Chemistry. 2008，47: 9654 - 9659)該文報道了三維有序大孔材料ZrO2: Yb, Er的制備并研究了其上轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)。目前，三維有序大孔上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料仍存在材料基質(zhì)比較單一的問題。

發(fā)明內(nèi)容
為克服三維有序大孔上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料基質(zhì)比較單一的問題，本發(fā)明提供一種以 Al2Y4O9S基質(zhì)的三維有序大孔上轉(zhuǎn)換發(fā)光陶瓷材料及其制備方法，通過下列技術(shù)方案實現(xiàn)。本發(fā)明提供的是這樣一種以Al2Y4O9為基質(zhì)的三維有序大孔上轉(zhuǎn)換發(fā)光陶瓷材料， 該材料中Al離子Y離子Yb離子Er離子的摩爾比=I 2 O. 01 O. I O. 01
O.2。本發(fā)明的另一目的在于提供一種以Al2Y4O9為基質(zhì)的三維有序大孔上轉(zhuǎn)換發(fā)光陶瓷材料的制備方法，經(jīng)過下列各步驟
(1)取硝酸釔、硝酸鉺和硝酸鐿；
(2)將硝酸鋁、步驟(I)中的硝酸釔、硝酸鉺、硝酸鐿分別溶解于無水乙醇，按Al離子、 Y離子、Yb離子與Er離子的摩爾比為I : 2 O. 01 O. I O. 01 O. 2的比例取上述四種溶液混合均勻，得到前驅(qū)物溶液；
(3)按每cm2有序陣列模板滴加O.01 ImL的前驅(qū)物溶液，將步驟(2)所得前驅(qū)物溶液填入有序陣列模板中，再在800 1050°C下煅燒5小時，即得到Y(jié)b、Er共摻雜的以Al2Y4O9為基質(zhì)的三維有序大孔上轉(zhuǎn)換發(fā)光陶瓷材料。所述步驟(I)中的硝酸釔、硝酸鉺和硝酸鐿為市售產(chǎn)品或者是通過下列方法獲得 將Er203、Yb203、Y203分別溶解于濃硝酸中，再在100°C下蒸干后分別形成干燥的硝酸釔、硝酸鉺和硝酸鐿。所述濃硝酸是指質(zhì)量分數(shù)為65%的市售濃硝酸。所述步驟(2)的硝酸鋁、無水乙醇均為市售產(chǎn)品。所述步驟(3)的有序陣列模板是按常規(guī)方法利用微球與基板制備一元有序蛋白石模板，其中微球是一種直徑為300 500nm的聚苯乙烯微球；基板是石英或者玻璃基板。本發(fā)明制得的Yb、Er共摻雜的以Al2Y4O9為基質(zhì)的三維有序大孔上轉(zhuǎn)換發(fā)光陶瓷材料，以Al2Y4O9為基質(zhì)，基質(zhì)材料中摻雜有稀土 Yb3+和Er3+離子，該上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料中大孔的直徑為200 400nm。本發(fā)明具備的效果和優(yōu)點
本發(fā)明所得三維有序大孔上轉(zhuǎn)換發(fā)光陶瓷材料在980nm激光的激發(fā)下，具有較強的上轉(zhuǎn)換發(fā)射。針對三維有序大孔上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料存在的材料基質(zhì)比較單一的問題，提供了一種新型三維有序多孔上轉(zhuǎn)換發(fā)光基質(zhì)材料，并實現(xiàn)了將Al2Y4O9三維有序大孔材料和上轉(zhuǎn)換發(fā)光結(jié)合為一體，這種功能化三微有序大孔材料在藥物釋放負載載體和生物標記等方面具有獨特的應(yīng)用優(yōu)勢；并且使用該方法制備的Al2Y4O9三維有序大孔材料可重復性高，制備方法簡單，基質(zhì)材料化學穩(wěn)定性好。


圖I為實施例I所得Yb、Er共摻雜的以Al2Y4O9為基質(zhì)的三維有序大孔上轉(zhuǎn)換發(fā)光陶瓷材料的SEM照片。
具體實施例方式下面結(jié)合具體的實施例和附圖對本發(fā)明作進一步的描述，但本發(fā)明要求保護的范圍不局限于這些實施例。實施例I
(1)將Er203、Yb2O3>Y2O3分別溶解于質(zhì)量分數(shù)為65%的市售濃硝酸中，再在100°C下蒸干后分別形成干燥的硝酸釔、硝酸鉺和硝酸鐿；
(2)將市售硝酸鋁、步驟(I)中的硝酸釔、硝酸鉺、硝酸鐿分別溶解于市售無水乙醇，按 Al離子、Y離子、Yb離子與Er離子的摩爾比為I : 2 : O. 025 : O. 025的比例取上述四種溶液混合均勻，得到前驅(qū)物溶液；
(3)按每cm2有序陣列模板滴加O.5mL的前驅(qū)物溶液，將步驟(2)所得前驅(qū)物溶液填入有序陣列模板中，再在850°C下煅燒5小時，即得到Y(jié)b、Er共摻雜的以Al2Y4O9為基質(zhì)的三維有序大孔上轉(zhuǎn)換發(fā)光陶瓷材料，其中有序陣列模板是按常規(guī)方法利用微球與基板制備一元有序蛋白石模板，其中微球是一種直徑為400nm的聚苯乙烯微球；基板是石英基板。該材料中Al離子Y離子Yb離子Er離子的摩爾比=I 2 O. 025 0.025。如圖I所示，所得Yb、Er共摻雜的以Al2Y4O9為基質(zhì)的三維有序大孔上轉(zhuǎn)換發(fā)光陶瓷材料的孔大小為310nm ;該三維有序大孔材料在980nm激光的激發(fā)下，在520 580nm和650 690nm呈現(xiàn)Er的特征發(fā)射峰。實施例2
(O取硝酸釔、硝酸鉺和硝酸鐿(市售產(chǎn)品或者是通過下列方法獲得將Er203、Yb203、 Y2O3分別溶解于質(zhì)量分數(shù)為65%的市售濃硝酸中，再在100°C下蒸干后分別形成干燥的硝酸釔、硝酸鉺和硝酸鐿);
(2)將市售硝酸鋁、步驟(I)中的硝酸釔、硝酸鉺、硝酸鐿分別溶解于市售無水乙醇，按 Al離子、Y離子、Yb離子與Er離子的摩爾比為I : 2 : O. 01 : O. 01的比例取上述四種溶液混合均勻，得到前驅(qū)物溶液；
(3)按每cm2有序陣列模板滴加O.OlmL的前驅(qū)物溶液，將步驟(2)所得前驅(qū)物溶液填入有序陣列模板中，再在800°C下煅燒5小時，即得到Y(jié)b、Er共摻雜的以Al2Y4O9為基質(zhì)的三維有序大孔上轉(zhuǎn)換發(fā)光陶瓷材料，其中有序陣列模板是按常規(guī)方法利用微球與基板制備一元有序蛋白石模板，其中微球是一種直徑為300nm的聚苯乙烯微球；基板是玻璃基板。該材料中Al離子Y離子Yb離子Er離子的摩爾比=I 2 O. 01 0.01。所得Yb、Er共摻雜的以Al2Y4O9為基質(zhì)的三維有序大孔上轉(zhuǎn)換發(fā)光陶瓷材料的孔大小為200nm ;該三維有序大孔材料在980nm激光的激發(fā)下，在520 580nm和650 690nm 呈現(xiàn)Er的特征發(fā)射峰。實施例3
(1)取市售硝酸釔、硝酸鉺和硝酸鐿；
(2)將市售硝酸鋁、步驟(I)中的硝酸釔、硝酸鉺、硝酸鐿分別溶解于市售無水乙醇，按 Al離子、Y離子、Yb離子與Er離子的摩爾比為I : 2 : O. I : O. 2的比例取上述四種溶液混合均勻，得到前驅(qū)物溶液；
(3)按每cm2有序陣列模板滴加ImL的前驅(qū)物溶液，將步驟(2)所得前驅(qū)物溶液填入有序陣列模板中，再在1050°C下煅燒5小時，即得到Y(jié)b、Er共摻雜的以Al2Y4O9為基質(zhì)的三維有序大孔上轉(zhuǎn)換發(fā)光陶瓷材料，其中有序陣列模板是按常規(guī)方法利用微球與基板制備一元有序蛋白石模板，其中微球是一種直徑為500nm的聚苯乙烯微球；基板是石英基板。該材料中Al離子Y離子Yb離子Er離子的摩爾比=I : 2 : O. I : O. 2。所得Yb、Er共摻雜的以Al2Y4O9為基質(zhì)的三維有序大孔上轉(zhuǎn)換發(fā)光陶瓷材料的孔大小為400nm ;該三維有序大孔材料在980nm激光的激發(fā)下，在520 580nm和650 690nm 呈現(xiàn)Er的特征發(fā)射峰。
權(quán)利要求
1.一種以Al2Y4O9為基質(zhì)的三維有序大孔上轉(zhuǎn)換發(fā)光陶瓷材料，其特征在于該材料中 Al離子Y離子Yb離子Er離子的摩爾比=I 2 O. 01 O. I O. 01 O. 2。
2.權(quán)利要求I所述三維有序大孔上轉(zhuǎn)換發(fā)光陶瓷材料的制備方法，其特征在于經(jīng)過下列各步驟(1)取硝酸釔、硝酸鉺和硝酸鐿；(2)將硝酸鋁、步驟(I)中的硝酸釔、硝酸鉺、硝酸鐿分別溶解于無水乙醇，按Al離子、 Y離子、Yb離子與Er離子的摩爾比為I : 2 O. 01 O. I O. 01 O. 2的比例取上述四種溶液混合均勻，得到前驅(qū)物溶液；(3)按每cm2有序陣列模板滴加O.01 ImL的前驅(qū)物溶液，將步驟(2)所得前驅(qū)物溶液填入有序陣列模板中，再在800 1050°C下煅燒5小時，即得到Y(jié)b、Er共摻雜的以Al2Y4O9 為基質(zhì)的三維有序大孔上轉(zhuǎn)換發(fā)光陶瓷材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三維有序大孔上轉(zhuǎn)換發(fā)光陶瓷材料的制備方法，其特征在于所述步驟(I)中的硝酸釔、硝酸鉺和硝酸鐿為市售產(chǎn)品或者是通過下列方法獲得將 Er203、Yb2O3J2O3分別溶解于濃硝酸中，再在100°C下蒸干后分別形成干燥的硝酸釔、硝酸鉺和硝酸鐿。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三維有序大孔上轉(zhuǎn)換發(fā)光陶瓷材料的制備方法，其特征在于所述濃硝酸是指質(zhì)量分數(shù)為65%的市售濃硝酸。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三維有序大孔上轉(zhuǎn)換發(fā)光陶瓷材料的制備方法，其特征在于所述步驟(2)的硝酸鋁、無水乙醇均為市售產(chǎn)品。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三維有序大孔上轉(zhuǎn)換發(fā)光陶瓷材料的制備方法，其特征在于所述步驟(3)的有序陣列模板是按常規(guī)方法利用微球與基板制備一元有序蛋白石模板，其中微球是一種直徑為300 500nm的聚苯乙烯微球；基板是石英或者玻璃基板。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以Al2Y4O9為基質(zhì)的三維有序大孔上轉(zhuǎn)換發(fā)光陶瓷材料及其制備方法，通過硝酸鋁、硝酸釔、硝酸鉺、硝酸鐿分別溶解于無水乙醇，按Al離子、Y離子、Yb離子與Er離子的摩爾比為1︰1︰0.01～0.1︰0.01～0.2取上述四種溶液混合均勻，得到前驅(qū)物溶液，再將前驅(qū)物溶液填入有序陣列模板中，然后煅燒后，即得到Y(jié)b、Er共摻雜的以Al2Y4O9為基質(zhì)的三維有序大孔上轉(zhuǎn)換發(fā)光陶瓷材料；該材料中Al2Y4O9︰Yb離子︰Er離子的摩爾比＝1︰2︰0.01～0.1︰0.01～0.2。該材料在980nm激光的激發(fā)下，具有較強的上轉(zhuǎn)換發(fā)射，且可重復使用性高，制備方法簡單，基質(zhì)材料化學穩(wěn)定性好。
文檔編號C04B35/505GK102584237SQ20111043440
公開日2012年7月18日 申請日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月22日
發(fā)明者嚴冬, 余雪, 周大成, 宋志國, 尹兆益, 楊勇, 楊正文, 邱建備 申請人:昆明理工大學