一种铋离子掺杂的双钙钛矿光致变色陶瓷粉的制备方法

1.本发明涉及光致变色技术领域，具体涉及一种铋离子掺杂的双钙钛矿光致变色陶瓷粉的制备方法。


背景技术：

2.光致变色是一种样品在光场刺激下在两种状态之间变化的现象；光致变色材料应用于光存储、分子开关，防伪标记等领域；现有技术中，光致变色材料主要分为无机光致变色材料、有机光致变色材料、有机-无机光致变色材料；其中无机光致变色材料因具有更优异的热稳定性、更长的使用循环次数寿命而常用于科学研究；
3.由于无机双钙钛矿氧化物具有较高的光致发光量子产率、极高的光吸收系数、较大的缺陷容限和超长的载流子扩散长度，使得研究人员对无机双钙钛矿氧化物在照明、x射线闪烁体、光电传感器、生物成像等领域进行研究和改进；目前虽然已有许多关于双钙钛矿卤化物光致变色或者热致变色材料的报道，但是双钙钛矿卤化物较差的化学稳定性与环境稳定性限制了其在实际中的应用；
4.无机双钙钛矿氧化物因为具有较高的形成能所以相比于卤化物双钙钛矿具有更好的热学和化学稳定性。首先，无机光致变色材料目前主要集中在少数几个系列中(如硅酸镁钡、(ca/ba/sr/pb)wo4、铌酸钠钾等)，基质种类受限；其次，光致变色在双钙钛矿氧化物因为对缺陷具有较好的容忍度，即双钙钛矿氧化物中的陷阱主要为较浅的陷阱，电子容易从中逃脱，难以有效形成色心，导致双钙钛矿氧化物难以形成明显的光致变色；
5.因此，为了解决上述问题，本文提出了一种铋离子掺杂的双钙钛矿光致变色陶瓷粉的制备方法。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种铋离子掺杂的双钙钛矿光致变色陶瓷粉的制备方法，用以解决现有无机双钙钛矿氧化物变色难的问题；本发明利用高温固相烧结，制备了一种铋离子掺杂的双钙钛矿ba2lanbo6光致变色陶瓷粉。
7.为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：
8.一种铋离子掺杂的双钙钛矿光致变色陶瓷粉的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
9.s1：将高纯的baco3、la2o3、nb2o5和bi2o3进行研磨混匀得到混合粉料a；
10.s2：将步骤s1所得混合粉料a置于温度为1350℃、空气气氛中高温烧结6h，自然冷却到室温后，研磨得到ba2lanbo6:bi
3+
光致变色陶瓷粉末；
11.进一步的，所述步骤s1中的原料baco3、la2o3、nb2o5和bi2o3按化学计量比称量，混合粉料a中掺杂离子bi
3+
(bi2o3)，浓度以mol百分比计，其中bi
3+
占0-1mol％。
12.进一步的，本发明制备的ba2lanbo6:bi
3+
原始状态为淡黄色，当表面受到波长为365nm的紫外光照射一定时间后，受到辐照范围内的陶瓷粉表面区域将变成具有显著区分
度的深粉色。
13.本发明的有益效果：
14.本发明提出的一种铋离子掺杂的双钙钛矿光致变色陶瓷粉的制备方法，得到光致变色无机双钙钛矿ba2lanbo6:bi
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陶瓷粉；本发明ba2lanbo6:bi
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光致变色材料在紫外激发下具有优异的光致变色性能；解决无机双钙钛矿氧化物光致变色难的问题：传统的无机双钙钛矿氧化物在实现光致变色时存在困难，主要是由于无机双钙钛矿氧化物的载流子浓度较低和载流子迁移率较高；而铋离子的掺杂能够有效改变材料的载流子性质，增加载流子浓度，降低载流子迁移率，从而有助于实现光致变色效应；
15.本发明ba2lanbo6:bi
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光致变色陶瓷粉在经过365nm紫外灯照射后能够实现较快的变色；双钙钛矿ba2lanbo6:bi
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光致变色陶瓷粉具有响应速度快、对比度高(能够在1min内完成变色)等特点，在应用于信息存储和防伪标识等领域时具有优越的性能；无机双钙钛矿材料在一些应用领域中的稳定性是一个重要的考虑因素；通过铋离子的掺杂，可以增加材料的化学稳定性和环境稳定性；铋离子的掺杂有助于稳定材料的晶体结构和化学组成，减少可能的相变和降解反应，从而使光致变色特性能够持久地保持；
16.本技术方案采用高温固相烧结方法制备铋离子掺杂的双钙钛矿ba2lanbo6光致变色陶瓷粉；高温固相烧结是一种常用且效率较高的陶瓷制备方法，能够保证材料的致密性和结晶度；相较于其他制备方法，该方法具有工艺简单、成本较低等优点，适用于大规模生产和应用；
17.本技术方案中控制掺杂离子bi
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(bi2o3)的浓度以mol百分比计，可以实现对光致变色材料的优化调节，从而获得更好的光致变色效果和性能；
18.铋离子掺杂的双钙钛矿ba2lanbo6光致变色陶瓷粉具有广泛的应用潜力。防伪标识方面，该材料具有明显的颜色变化特性，可以用于制作防伪标记，提高产品的安全性和可辨识性；在传感器领域，该材料的光致变色特性可以用于制作光学传感器，实现对环境参数的快速检测和监测；在光学存储和显示材料方面，该材料可以用于制作高密度的光学存储介质和高分辨率的显示器件，提高存储和显示的效果。
19.当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为实施例1所述ba2lanbo6、ba2lanbo6：0.1mol％bi
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、ba2lanbo6：0.5mol％bi
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、ba2lanbo6：1mol％bi
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光致变色材料的xrd图；
22.图2为实施例2所述ba2lanbo6、ba2lanbo6：0.1mol％bi
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、ba2lanbo6：0.5mol％bi
3+
、ba2lanbo6：1mol％bi
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光致变色材料分别在365nm紫外灯下照射1min前后的漫反射光谱；
23.图3为实施例3所述的ba2lanbo6：0.5mol％bi
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光致变色材料在365nm紫外灯下照射1min前样品的颜色；
24.图4为实施例3所述的ba2lanbo6：0.5mol％bi
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光致变色材料在365nm紫外灯下照
射1min后样品的颜色。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
26.一种铋离子掺杂的双钙钛矿光致变色陶瓷粉的制备方法，具体步骤如下：
27.s1：将高纯的baco3、la2o3、nb2o5和bi2o3进行研磨混匀得到混合粉料a；
28.s2：将步骤s1所得混合粉料a置于温度为1350℃、空气气氛中高温烧结6h，自然冷却到室温后，研磨得到ba2lanbo6:bi
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光致变色陶瓷粉末；
29.所述步骤s1中的原料baco3、la2o3、nb2o5和bi2o3按化学计量比称量，混合粉料a中掺杂离子bi
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(bi2o3)，浓度以mol百分比计，其中bi
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占0mol％与0.5mol％；
30.本发明制备的ba2lanbo6:bi
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原始状态为淡黄色，当表面受到波长为365nm的紫外光照射一定时间后，受到辐照范围内的陶瓷粉表面区域将变成具有显著区分度的深粉色。
31.实施例1
32.如图1所示
33.将本技术获得的样品进行x射线衍射分析，得到x射线衍射图，如图1所示，从图中可以看出该系列样品掺杂不同浓度bi
3+
后的衍射峰均与ba2lanbo6标准卡片pdfno.37-0856匹配，说明该系列样品均为ba2lanbo6相；
34.纯相表示样品中只存在这种化合物，没有任何杂质或其他相，这意味着该系列样品中不存在与ba2lanbo6不同的化合物或杂质，所以通过本技术获得样本取得的效果，能够准确评估ba2lanbo6的特性和性质。
35.实施例2
36.如图2所示
37.探究了不同浓度bi
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掺杂对ba2lanbo6陶瓷粉光致变色性能的影响；利用装有积分球的分光光度计(u-4100)测得不同bi
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离子掺杂ba2lanbo6陶瓷粉在365nm光照前后的漫反射光谱；
38.将本技术获得到样品通过365nm紫外光辐照1min，测得ba2lanbo6、ba2lanbo6：0.1mol％bi
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、ba2lanbo6：0.5mol％bi
3+
、ba2lanbo6：1mol％bi
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陶瓷粉变色前后的漫反射光谱，如图2所示，可以看出，样品在365nm紫外灯照射1min后，漫反射光谱在400nm-800nm范围内的强度降低，结果显示，掺杂0.5mol％bi
3+
离子后，ba2lanbo6:bi
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陶瓷粉变色效果最好。
39.实施例3
40.如图3、4所示
41.将掩膜板覆盖住ba2lanbo6:0.5mol％bi
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的陶瓷粉的一半，再用365nm紫外灯照射粉末1min后撤去掩膜板，实现光致变色图案的写入。
42.本实施例3得到样品通过紫外灯照射前后的照片，如图3、4所示，明显地，相比于未照射前的样品，样品在经过365nm紫外灯照射后，发生明显的光致变色现象，样品颜色由淡黄色变为深粉色。
43.本发明所得的ba2lanbo6:bi
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陶瓷粉，其中烧结温度为1350℃时，烧结时间为6h，得到具有光致变色效应的无铅双钙钛矿氧化物，并且光致变色现象显示出响应速度快、对比度高的优点。说明具有光致变色特点的铋离子掺杂的ba2lanbo6双钙钛矿氧化物在光开关、光存储以及光学探测器等方面具有广泛的应用前景。
44.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

技术特征：
1.一种铋离子掺杂的双钙钛矿光致变色陶瓷粉的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：s1：将高纯的baco3、la2o3、nb2o5和bi2o3进行研磨混匀得到混合粉料a；s2：将步骤s1所得混合粉料a置于温度为1350℃、空气气氛中高温烧结6h，自然冷却到室温后，研磨得到ba2lanbo6:bi
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光致变色陶瓷粉末。2.如权利要求1所述的一种铋离子掺杂的双钙钛矿光致变色陶瓷粉的制备方法，其特征在于：原料baco3、la2o3、nb2o5和bi2o3按化学计量比称量，掺杂离子bi
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以mol百分比算，其中bi
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占0.5mol％。

技术总结
本发明涉及光致变色材料技术领域，具体涉及一种铋离子掺杂的双钙钛矿光致变色陶瓷粉的制备方法，本发明将高纯的BaCO3、La2O3、Nb2O5和Bi2O3进行研磨混匀得到混合粉料A；混合粉料A置于温度为1350℃、空气气氛中高温烧结6h，自然冷却到室温后研磨得到Ba2LaNbO6:Bi


技术研发人员：杨正文 冯荣宝 徐赞 宋友艳 字映竹 白雪 赵和平 朱晓东 何彦妮 邹礼泽 邱建备 宋志国 黄安君
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：2023.07.07
技术公布日：2023/10/6