熒光可控的光致變色多功能材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種熒光可控的光致變色多功能材料及其制備方法。其中，所述一種熒光可控的光致變色多功能材料包括以下配比的組分：(Bi0.5Na0.5)1?xRExBi4Ti4O15；其中，RE為稀土元素，x的取值范圍為0<x≤0.1。根據(jù)本發(fā)明的一種熒光可控的光致變色多功能材料，具有光致變色性能，在光致變色反應(yīng)的過程中有效調(diào)控?zé)晒獍l(fā)射的強(qiáng)度，并且具有非破壞性熒光讀出的能力。
【專利說明】
熒光可控的光致變色多功能材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及光-電多功能材料領(lǐng)域，具體涉及一種熒光可控的光致變色多功能材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光致變色通常是指材料A在受到某一波長的光輻照時，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成產(chǎn)物B，表現(xiàn)為吸收光譜或折射率的明顯變化，在加熱和另一波長的作用下，B又可以重新變?yōu)樵瓉淼臓顟B(tài)A，上述光致變色的過程是可逆的，其主要機(jī)理為光物理效應(yīng)或光化學(xué)反應(yīng)機(jī)理造成的。在光輻照作用下，吸收的電子發(fā)生能級躍迀，表現(xiàn)為不同的光譜吸收，導(dǎo)致光致變色。這樣的光致變色反應(yīng)中生色過程和褪色過程在光信息存儲、光計算、光開關(guān)、光學(xué)器件及生物探針等高科技領(lǐng)域有著非常重要的應(yīng)用前景。
[0003]目前，光致變色材料主要分為有機(jī)和無機(jī)光致變色材料兩大類，其中有機(jī)光致變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、以及相關(guān)的雜環(huán)化合物上。與傳統(tǒng)的有機(jī)光致變色材料相比，無機(jī)光致變色材料具有非常好的溫度穩(wěn)定性、耐疲勞特性和易于成型等優(yōu)點(diǎn)，成為近年來人們研究的焦點(diǎn)。目前探究的無機(jī)光致變色材料主要集中于過渡金屬氧化物、多金屬氧酸鹽、堿金屬鹵化物、以及復(fù)合礦物質(zhì)等，尤其在過渡金屬氧化物中，研究的體系比較多的是Mo03、W03、Ti02、V205、Nb204P混合氧化物體系。然而，目前對于無機(jī)光致變色材料的研究，主要集中在其吸收譜的變化，對于其作為光信息存儲方面的研究，尤其在熒光可控的非破壞性熒光讀出方面的研究較少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。
[0005]為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種具有熒光可控的光致變色多功能材料。
[0006]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種熒光可控的光致變色多功能材料，其特征在于，包括以下配比的組分:(Bitx5Natx5)1-XRExBi4Ti4O15;其中，RE為稀土元素，X的取值范圍為0〈x彡0.1。
[0007]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種熒光可控的光致變色多功能材料，在具有鉍層狀結(jié)構(gòu)的鈦酸鉍鈉材料(NaQ.5Bi4.5Ti4015)中加入稀土離子(Sm3+、Pr3+、Er3+等)使其具有光致變色性能，在光致變色反應(yīng)的過程中有效調(diào)控?zé)晒獍l(fā)射的強(qiáng)度，并且具有非破壞性熒光讀出的能力，因此，該材料體系在光存儲、光反轉(zhuǎn)器件中有著廣泛的應(yīng)用前景和研究意義。
[0008]另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的一種熒光可控的光致變色多功能材料，還可以具有如下附加的技術(shù)特征:
[0009]進(jìn)一步地，包括以下配比的組分:(B1.SNa(L5)1-XREsBi4Ti4O15;其中，RE為Sm3+、Pr3+或 Er3+，0.01 彡 X彡 0.05。
[0010]本發(fā)明的另一目的在于提出一種熒光可控的光致變色多功能材料的制備方法。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一種熒光可控的光致變色多功能材料的制備方法，包括如下步驟:研磨:按照摩爾比為(4.5-0.5x):(0.5-0.5x):2x:8依次取原料Na2CO3Ji2O3J12和稀土氧化物進(jìn)行研磨，其中，稀土元素的摩爾含量為x，x的取值范圍為0〈x<0.1;預(yù)燒:將研磨后的粉體在第一預(yù)設(shè)溫度下預(yù)燒第一預(yù)設(shè)時間，得到(BiQ.5Na0.J1-XRExBi4Ti4O15粉體，其中RE為稀土元素;造粒:向(B1.5Na0.5)1-xRExBi4Ti40i5粉體中加入粘結(jié)劑進(jìn)行造粒，在預(yù)設(shè)壓力下，將(Bi(L5NatL5)1-XRExBi4Ti4O15粉體制備成陶瓷生坯片;燒結(jié):將陶瓷生坯片在第二預(yù)設(shè)溫度下保溫第二預(yù)設(shè)時間排除粘結(jié)劑后，在第三預(yù)設(shè)溫度下保溫第三預(yù)設(shè)時間進(jìn)行燒結(jié)，即得到熒光可控的光致變色多功能材料。
[0012]進(jìn)一步地，在研磨步驟中，稀土元素為Sm3+、Pr3+或Er3+，0.0l^x^0.05。
[0013]進(jìn)一步地，在研磨步驟中，向原料中加入溶劑，溶劑與原料的體積比為1.5:2，溶劑包括無水乙醇和/或水。
[0014]進(jìn)一步地，在預(yù)燒步驟中，第一預(yù)設(shè)溫度為800 0C?1000 0C，第一預(yù)設(shè)時間為2h?6h。
[00? 5] 進(jìn)一步地，在造粒步驟中，粘結(jié)即為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8 %?10 %的聚乙稀醇。
[0016]進(jìn)一步地，在造粒步驟中，預(yù)設(shè)壓力為1MPa?10MPa。
[0017]進(jìn)一步地，在燒結(jié)步驟中，第二預(yù)設(shè)溫度為500°C?600°C，第二預(yù)設(shè)時間為8h?12h0
[0018]進(jìn)一步地，在燒結(jié)步驟中，第三預(yù)設(shè)溫度為1000°C?1250°C，第三預(yù)設(shè)時間為2h?4h0
[0019]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【附圖說明】
[0020]圖1是(BitL5NatL5)1-xRExBi4Ti4015(RE 為 Sm3+、Pr3+或 Er3+)材料在波長為407nm 的光輻照前后的對比圖；
[0021]圖2是(B1.sNa0.d0.ggSm0.tnBidiWB材料在波長為407nm的光輻照前后的發(fā)射光譜譜圖的變化；
[0022]圖3是(B1.sNa0.skMPr0.tnBidiWB材料在波長為407nm的光輻照前后的發(fā)射光譜譜圖的變化；
[0023]圖4是(B1.sNa0.skMEr0.tnBidiWB材料在波長為407nm的光輻照前后的發(fā)射光譜譜圖的變化。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合具體實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明。
[0025]實(shí)施例1
[0026]實(shí)施例1提供了的制備過程。
[0027](1)按照化學(xué)計量比，制備0.0111101(8丨().5恥().5)().993111().()收4114015粉體。選取恥20)3、Bi2O3、Ti02和Sm3O2作為起始原料，用電子天平分別稱量0.1846克Na2C03、7.3325克Bi203、2.2462克T12和0.0122克Sm3O2，將稱量的粉料放于瑪瑙研缽中，加入無水乙醇，其中無水乙醇與球磨料的體積比為1.2?1.5，常溫下研磨干燥后，再次加入無水乙醇研磨2次，每次研磨3h?4h。
[0028](2)將第一次研磨后的粉體放入氧化鋁坩禍中，在800°C?1000°C預(yù)燒4h，獲得(B1.sNa0.5)0.99S 則.0iBi4T i4〇i5 粉體。
[0029](3)將上述預(yù)燒的粉料再次放入加入無水乙醇研磨3h?4h。研磨干燥后，按照傳統(tǒng)電子陶瓷制備工藝，采用8%的聚乙烯醇(PVA)作為粘結(jié)劑進(jìn)行造粒，在15MPa壓力下，干法壓制成直徑為12mm生坯片，在550°C條件下進(jìn)行排粘。將排粘后的樣品1100°C下進(jìn)行燒結(jié)，保溫2h后，得到(B1.5Na0.5) ο.99SmQ.0收4114015塊體陶瓷樣品。
[0030]實(shí)施例2
[0031]實(shí)施例2 提供了(B1.sNa0.skMPr0.tnBidi^s 的制備過程。
[0032](1)按照化學(xué)計量比，制備0.0111101(8丨().5恥().5)().9!^().()收4114015粉體。選取恥20)3、Bi2O3J12和Pr6O11作為起始原料，用電子天平分別稱量0.1846克Na2C03、7.3325克Bi203、
2.2462克T12和0.0170克Pr6O11,將稱量的粉料放于瑪瑙研缽中，加入無水乙醇，其中無水乙醇與球磨料的體積比為1.2?1.5，常溫下研磨干燥后，再次加入無水乙醇研磨2次，每次研磨3h?4h。
[0033](2)將第一次研磨后的粉體放入氧化鋁坩禍中，在800°C?1000°C預(yù)燒4h，獲得(B1.sNa0.5)0.99Pr0.0iBi4T i4〇i5 粉體。
[0034](3)將上述預(yù)燒的粉料再次放入加入無水乙醇研磨3h?4h。研磨干燥后，按照傳統(tǒng)電子陶瓷制備工藝，采用8%的聚乙烯醇(PVA)作為粘結(jié)劑進(jìn)行造粒，在15MPa壓力下，干法壓制成直徑為12mm生坯片，在550°C條件下進(jìn)行排粘。將排粘后的樣品1100°C下進(jìn)行燒結(jié)，保溫2h后，得至丨」(8丨0.5恥().5)().9!^().()收4114015塊體陶瓷樣品。
[0035]實(shí)施例3
[0036]實(shí)施例3提供了(BiQ.5Na0.5)().99Er().Q1Bi4Ti4O15 的制備過程。
[0037](1)按照化學(xué)計量比，制備0.0111101(8丨().5恥().5)().9!&().()收4114015粉體。選取恥20)3、Bi2O3、Ti02和Er3O2作為起始原料，用電子天平分別稱量0.1846克Na2C03、7.3325克Bi203、2.2462克T12和0.0128克Er2O3將稱量的粉料放于瑪瑙研缽中，加入無水乙醇，其中無水乙醇與球磨料的體積比為1.2?1.5，常溫下研磨干燥后，再次加入無水乙醇研磨2次，每次研磨3h?4h。
[0038](2)將第一次研磨后的粉體放入氧化鋁坩禍中，在800°C?1000°C預(yù)燒4h，獲得(B1.5Na0.5)0.99Er0.0iBi4Ti40i5 粉體。
[0039](3)將上述預(yù)燒的粉料再次放入加入無水乙醇研磨3h?4h。研磨干燥后，按照傳統(tǒng)電子陶瓷制備工藝，采用8%的聚乙烯醇(PVA)作為粘結(jié)劑進(jìn)行造粒，在15MPa壓力下，干法壓制成直徑為12mm生坯片，在550°C條件下進(jìn)行排粘。將排粘后的樣品1100°C下進(jìn)行燒結(jié)，保溫2h后，得到(BiQ.5Na0.5)().99Er 0.0收4114015塊體陶瓷樣品。
[0040]圖1為按照實(shí)施例1?3的配方所制得的(B1.sNa0.skMRE0.tnBidi^WRE為Sm3+、Pr3+或Er3+)陶瓷材料的在407nm光輻照前后的對比圖，如圖1所示，輻照前，樣品顏色較淺，輻照之后，樣品顏色變深，使得材料由起始的黃色轉(zhuǎn)變?yōu)闇\灰色。并且，當(dāng)溫度加熱到50°C?200°C溫度時，顏色較深的樣品又可以恢復(fù)到起始的顏色，即材料有淺灰色轉(zhuǎn)變?yōu)辄S色說。圖2、圖3和圖4所不，(B1.5Na0.5)0.99Sm0.0iBi4Ti40i5、(B1.sNa0.5)0.99Pr0.0iBi4Ti40i5、(B1.5Na0.Sk99ErtLo1Bi4Ti4O15分別在407nm、450nm和487nm激發(fā)波長下，呈現(xiàn)出較強(qiáng)的光致發(fā)光特性，其中Sm3+、Pr3+、Er3+摻雜的樣品分別在600nm，612nm和550nm處呈現(xiàn)強(qiáng)的光致發(fā)光。在不同激發(fā)波長下材料的熒光發(fā)射隨輻照時間的增加逐漸減弱，最大的降低程度達(dá)到80%左右。從圖2?圖4可以看出，材料呈現(xiàn)出顯著的可逆光致變色特性，材料的顏色在黃色和淺灰色之間發(fā)生可逆轉(zhuǎn)變，尤其對于Pr和Er的摻雜，輻照的波長(407nm)與激發(fā)波長(450nm和487nm)之間不存在重疊，因而在熒光讀出的過程中，能避免信息讀出時對儲存信息點(diǎn)的破壞，能很好的實(shí)現(xiàn)非破壞性熒光對出。
[0041]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種熒光可控的光致變色多功能材料，在具有鉍層狀結(jié)構(gòu)的鈦酸鉍鈉材料(Na0.5Bi4.5Ti4015)中加入稀土離子(Sm3+、Pr3+、Er3+等)使其具有光致變色性能，在光致變色反應(yīng)的過程中有效調(diào)控?zé)晒獍l(fā)射的強(qiáng)度，并且具有非破壞性熒光讀出的能力，因此，該材料體系在光存儲、光反轉(zhuǎn)器件中有著廣泛的應(yīng)用前景和研究意義。
[0042]在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不必須針對的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任一個或多個實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。
[0043]盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種熒光可控的光致變色多功能材料，其特征在于，包括以下配比的組分:(B1.sNa0.5) 1-xRExBi4T 14Ο15 ； 其中，RE為稀土元素，X的取值范圍為0〈x<0.1。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熒光可控的光致變色多功能材料，其特征在于，包括以下配比的組分:(B1.5Na0.5)PxRExBi4Ti4O15; 其中，RE為Sm3+、Pr3+或Er3+，0.01彡x彡0.05。3.—種熒光可控的光致變色多功能材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 研磨:按照摩爾比為(4.5-0.5χ):(0.5-0.5χ):2χ:8依次取原料Na2C03、Bi203、Ti02和稀土氧化物進(jìn)行研磨，其中，稀土元素的摩爾含量為x，x的取值范圍為0〈x<0.1; 預(yù)燒:將所述研磨后的粉體在第一預(yù)設(shè)溫度下預(yù)燒第一預(yù)設(shè)時間，得到(B1.sNa0.sh-xRExBi4Ti4015粉體，其中RE為稀土元素； 造粒:向所述(B1.sNa0.5)1-xRExBi4Ti40i5粉體中加入粘結(jié)劑進(jìn)行造粒，在預(yù)設(shè)壓力下，將所述(B1Ja0.sh—xRExBi4Ti4015粉體制備成陶瓷生坯片； 燒結(jié):將所述陶瓷生坯片在第二預(yù)設(shè)溫度下保溫第二預(yù)設(shè)時間排除粘結(jié)劑后，在第三預(yù)設(shè)溫度下保溫第三預(yù)設(shè)時間進(jìn)行燒結(jié)，即得到熒光可控的光致變色多功能材料。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種熒光可控的光致變色多功能材料的制備方法，其特征在于，在研磨步驟中，所述稀土元素為Sm3+、Pr3+或Er3+，0.01<x<0.05。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種熒光可控的光致變色多功能材料的制備方法，其特征在于，在研磨步驟中，向所述原料中加入溶劑，所述溶劑與所述原料的體積比為1.5:2，所述溶劑包括無水乙醇和/或水。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種熒光可控的光致變色多功能材料的制備方法，其特征在于，在預(yù)燒步驟中，所述第一預(yù)設(shè)溫度為800°C?1000°C，所述第一預(yù)設(shè)時間為2h?6h。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種熒光可控的光致變色多功能材料的制備方法，其特征在于，在造粒步驟中，所述粘結(jié)即為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%?10%的聚乙烯醇。8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種熒光可控的光致變色多功能材料的制備方法，其特征在于，在造粒步驟中，所述預(yù)設(shè)壓力為I OMPa?I OOMPa。9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種熒光可控的光致變色多功能材料的制備方法，其特征在于，在燒結(jié)步驟中，所述第二預(yù)設(shè)溫度為500°C?600°C，所述第二預(yù)設(shè)時間為Sh?12h。10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種熒光可控的光致變色多功能材料的制備方法，其特征在于，在燒結(jié)步驟中，所述第三預(yù)設(shè)溫度為1000°C?1250 °C，所述第三預(yù)設(shè)時間為2h?4h。
【文檔編號】C09K9/00GK106085407SQ201610395824
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月3日 公開號201610395824.2, CN 106085407 A, CN 106085407A, CN 201610395824, CN-A-106085407, CN106085407 A, CN106085407A, CN201610395824, CN201610395824.2
【發(fā)明人】孫海勤, 張奇?zhèn)? 張瑤, 郝喜紅
【申請人】內(nèi)蒙古科技大學(xué)