一种发光离子掺杂二氧化硅荧光粉及其制备方法

1.本发明涉及发光材料技术领域，尤其是涉及多种稀土或过渡金属掺杂二氧化硅荧光粉及其制备方法。

背景技术：

2.二氧化硅作为典型的无机氧化物材料具有生物相容性高、物理化学性质稳定、机械强度高以及柔韧性良好等优点而受到人们的广泛关注。当以二氧化硅作为基质制备稀土或过渡金属掺杂发光材料时，由于二氧化硅具有高的透明性，可有效避免基质材料对稀土离子或过渡金属离子的发光产生影响，同时，二氧化硅独特的三维网状结构及其内部存放的大量羟基基团又可以有效稳定和保护掺杂在其中的稀土离子或过渡金属离子，进而提高材料的发光性能。因此，通过不同方法制备稀土或过渡金属掺杂二氧化硅材料来扩展其在生物成像、照明以及光电子设备等领域的应用具有重要价值。
3.随着材料化学不断的研究与发展，稀土或过渡金属掺杂材料由于具有独特的光、电、磁等物理性能而备受关注，在照明、显示、催化、传感、光电设备以及生物等领域展现了巨大的应用前景。目前，关于稀土或过渡金属掺杂二氧化硅制备发光材料的报道有很多，广泛采用的制备方法主要有水热法和高温固相法等，但是这些方法大多需要严苛的反应条件，如高压下加热、高温煅烧过程和惰性气体保护等。而以二氧化硅作为基质准备稀土或过渡金属掺杂制备发光材料时，可以有效利用二氧化硅材料温和的制备条件，常温常压下即可获得所需产物，大大减少了能耗，是非常有前景的稀土掺杂基质材料之一。当前稀土或过渡金属掺杂二氧化硅发光材料的研究相对较少，而且形貌单一，大多为球形或小粒子，这可能是由于二氧化硅特殊的无定型结构很难兼顾稀土离子或过渡金属离子掺杂后产物的形貌和发光性能。这一系列问题大大束缚了稀土或过渡金属掺杂二氧化硅发光材料的应用。此外，研究发现稀土或过渡金属掺杂材料的发光性能与制备方法、产物形貌和尺寸等因素密切相关。
4.目前，将稀土或过渡金属配合物与二氧化硅形成复合荧光纳米材料的方法主要包括反相微乳液法、溶胶-凝胶法、表面修饰法、有机配体敏化荧光增强技术等。秦品珠等利用反相微乳液法制备了eu(tta)3phen为核，teos碱催化条件水解得到的二氧化硅为壳的长寿命发光纳米颗粒。但是，反相微乳液法更适合应用于超细纳米颗粒的制备，制得的荧光微球易团聚，且其成本高，有机成分难以去除，易受实验条件等诸多因素的影响。yu等人采用聚乙烯吡咯烷酮作为稀土配合物eu(dbm)3phen表面活性剂，利用正硅酸乙酯碱催化下水解制备了二氧化硅包覆稀土配合物的球形纳米复合材料。传统的溶胶-凝胶法虽然可以得到球形度较好的产物，但由于稀土配合物的团聚和其形貌的不规则性以及包覆层二氧化硅表面具有高活性的硅羟基，使得得到的荧光微球单分散性较差，在一定程度上较难实现粒径的均一性分布，并且通过包覆得到的复合材料需要的稀土配合物添加量较多。zhang等通过表面修饰法在二氧化硅微球表面接枝稀土配合物，制备了具有较强发光强度的绿和红荧光微球。但是，表面修饰法会消耗掉荧光微球表面的硅羟基，从而降低荧光微球的表面活性
以及生物相容性。上述方法制备周期长，需要高温高压等条件，且产量低，因此，寻求反应条件温和、操作简单、便捷、成本低廉且环境友好的合成路线以实现稀土或过渡金属掺杂二氧化硅材料尺寸和形貌的可控是目前研究者亟待解决的问题。
5.为了解决上述问题，本专利技术致力于用等离子体电弧法制备二氧化硅纳米线掺杂不同稀土离子、过渡金属离子的发光材料，一方面保证二氧化硅纳米线制备过程的便捷性，另一方面为实现同种基质材料调节不同稀土、过渡金属掺杂的发光性能提供技术上的可能性。

技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种发光离子掺杂非晶二氧化硅荧光粉及其制备方法，解决现有技术中稀土或过渡金属掺杂二氧化硅纳米线难以制备的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。
7.为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
8.本发明提供了稀土或过渡金属掺杂二氧化硅纳米线的制备方法，包括以下步骤：
9.(1)将含有二氧化硅粉末和稀土粉末或过渡金属粉末的反应原料放入压片模具中压制成锭，制得的锭放置在位于直流电弧放电装置反应室内的石墨埚阳极中；
10.(2)向反应室内通入空气或氧气，随后进行放电处理；
11.(3)在反应室内收集反应产物，收集得到的产物即为二氧化硅荧光粉。
12.在进行放电处理时，反应室内为高温、高能量环境，直流电弧在高温环境下产生的等离子体是制备该稀土或过渡金属掺杂二氧化硅纳米线的关键所在。该加工方式操作简单便捷，反应条件相对温和，同时后续回收利用较为方便，能够相对简单的制得高纯度稀土或过渡金属掺杂非晶二氧化硅纳米线。
13.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
14.作为本发明的进一步改进，步骤(1)中，所述稀土氧化物粉末为eu2o3、 tb4o7、sm2o3、dy2o3、ceo2中的一种或者多种，或过渡金属(bi粉)中的一种或者多种，或者稀土氧化物粉末与过渡金属粉末混合物。
15.上述稀土元素或过渡金属均具有较好的发光性能，因此利用上述稀土氧化物或过渡金属作为原材料制备得到的产物均具有更好的光学领域应用前景，能为发光器件领域的纳米级材料研发提供新的研究方向。
16.作为本发明的进一步改进，所述二氧化硅粉末与所述稀土氧化物粉末或过渡金属粉末的摩尔比为100：1-5。
17.作为本发明的进一步改进，步骤(2)中，所述反应室内的放电条件为：电压范围10～30v，电流80～120a，反应时间2～10min。在该条件下，反应室内能够产生适宜的高温、高能量环境，有助于反应的进行。
18.作为本发明的进一步改进，步骤(2)中，所述反应室内的气体可以为空气或者氩气，最终气压范围为10～40kpa。
19.作为本发明的进一步改进，所述反应室内设置有冷凝壁，至少部分反应产物会在所述冷凝壁上凝结。
20.作为本发明的进一步改进，在进行步骤(2)之前，需要对所述石墨埚阳极和所述冷
凝壁处通入冷却水。
21.作为本发明的进一步改进，所述反应室内还设置有阴极，所述阴极由钨棒构成。由钨棒构成的阴极具有较好的抗高温效果。
22.作为本发明的进一步改进，步骤(2)中，先将所述反应室内进行抽真空处理，随后通入保护气体。
23.本发明还提供了一种稀土或过渡金属掺杂二氧化硅纳米线，作为本发明的进一步改进，所述稀土或过渡金属掺杂二氧化硅纳米线直径约为30～50nm，长度为10-20μm。二氧化硅荧光粉发光性能够通过调控掺杂的功能离子来调控。
24.相比于现有技术，本发明较佳的实施方式提供的稀土或过渡金属掺杂二氧化硅纳米线的制备方法条件简单，易于操作，高效节能，环境友好，过程中无任何有害气体产生。利用此方法制备的稀土或过渡金属掺杂二氧化硅纳米线纯度较高，能够以二氧化硅纳米线实现稀土离子或过渡金属的成功掺杂，为纳米级材料的发光领域器件提供了无限可能。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中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。
26.图1是本发明方法中所使用的反应室的结构示意图；
27.图2是本发明制备所得二氧化硅纳米线的扫描电镜、透射电镜图谱；
28.图3是本发明稀土掺杂二氧化硅纳米线第一种实施例的xrd图谱；
29.图4是本发明稀土掺杂二氧化硅纳米线第一种实施例的pl光谱图；
30.图5是本发明稀土掺杂二氧化硅纳米线第二种实施例的xrd图谱；
31.图6是本发明稀土掺杂二氧化硅纳米线第二种实施例的pl光谱图；
32.图7是本发明过渡金属掺杂二氧化硅纳米线第三种实施例的xrd图谱；
33.图8是本发明过渡金属掺杂二氧化硅纳米线第三种实施例的pl光谱图；
34.图9是本发明稀土掺杂二氧化硅纳米线第四种实施例的pl光谱图；
35.图10是本发明稀土掺杂二氧化硅纳米线第五种实施例的pl光谱图；
36.图11是本发明稀土掺杂二氧化硅纳米线第六种实施例的pl光谱图；
37.图12是本发明稀土掺杂二氧化硅纳米线第六种实施例的pl光谱图；
38.图13是本发明利用直流电弧法制备的二氧化硅纳米线的xrd图谱；
39.图14是本发明利用直流电弧法制备的二氧化硅纳米线的pl图谱；
40.图中：1、反应室；2、冷凝壁；3、钨阴极；4、反应原料；5、石墨埚阳极； 6、冷却水口；7、进气口；8、放气口；9、冷凝壁进水口；10、冷凝壁出水口。
具体实施方式
41.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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做出创造性劳动的前提下所得到的所有
其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
42.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
43.下面结合附图对本发明的技术方案进行具体说明。
44.图1是本发明方法中所使用的反应室的结构示意图。
45.如图1所示，反应室1内部设置有冷凝壁2、钨阴极3以及石墨埚阳极5，其中石墨埚阳极5上朝向钨阴极3一侧填充有反应原料4(反应原材料混合后经压片机压制而成)，石墨埚阳极5和钨阴极3与直流电源接通。为了保证反应产物的顺利凝结，设置石墨埚阳极5和冷凝壁2处均通入循环冷却水，其中石墨埚阳极5的下方设置有冷却水进水口和出水口，即图1中的冷却水口6(冷却水口6包括进水口和出水口)，冷凝壁2的两端分别设置有冷凝壁进水口9 和冷凝壁出水口10。在反应完成后，得到的产物即为二氧化硅纳米线材料。
46.反应室1内设置有冷凝壁2，在进行步骤(2)之前，需要对石墨埚阳极5 和冷凝壁2处通入冷却水(该冷却水可循环使用)以降低石墨埚阳极5以及冷凝壁2所在处的温度，放电反应完成后，至少部分反应产物会在冷凝壁2上凝结。
47.本发明提供了一种新型的稀土或过渡金属掺杂二氧化硅纳米线的制备方法，其步骤如下：
48.(1)将含有二氧化硅粉末和稀土氧化物粉末或过渡金属粉末的反应原料放入压片模具中压制成锭4，制得的锭4放置在位于直流电弧放电装置反应室1 内的石墨埚阳极5中(此时，该反应室1内的阴极材料为具有较好的抗高温效果的钨棒，即钨阴极3)；
49.(2)向反应室1内通入空气或氩气，随后进行放电处理；
50.(3)在反应室1内收集反应产物，收集得到的产物即为二氧化硅纳米线。
51.在进行放电处理时，反应室1的结构如图1所示，其内部为高温、高能量环境，直流电弧在高温环境下产生的等离子体是制备该稀土或过渡金属掺杂二氧化硅纳米线的关键所在。具体的工作原理为：直流电弧在高温、高电离和高淬冷的动态极端环境下，通过高温蒸发、升华和电子与离子束爆轰，易形成纳米尺度具有高反应活性的反应物团簇。这些团簇在适当成核条件下有利于大半径的稀土离子或过渡金属离子掺杂到二氧化硅基质中。石墨坩埚构成的阳极能够有效地抗高温，并且在反应过程中，石墨坩埚能有效的还原含稀土粉末中除稀土离子外的物质，使样品掺杂均匀，纯度高。由于稀土元素或过渡金属元素具有较好的发光性能，因此能够使得制备得到的产物具有更好的光学领域应用前景，为纳米级材料的发光领域器件提供了无限可能。与其他的加工方法相比，该加工方式操作简单便捷，反应条件相对温和，同时后续回收利用较为方便，能够相对简单地制得稀土或过渡金属掺杂的二氧化硅纳米线。
52.需要注意的是，在向反应室1内通入保护气体时，需要通过气体进气口7 和放气口8来实现。
53.为了保证其反应效果，需要对其具体的反应条件进行限定：
54.步骤(2)中，反应室1内的放电条件为：电压范围10～40v，电流80～120 a，反应时
间2～10min。在该条件下，反应室1内能够产生适宜的高温、高能量环境，有助于反应的进行。另外，步骤(2)中为了避免氧气和水对反应造成影响，需要先对反应室1进行抽真空处理，随后通入反应保护气体，例如空气或氩气。在进行放电处理之前，反应室1内的最终气压范围为10～40kpa。
55.采用上述方法制得的二氧化硅纳米线直径约为30～50nm，长度为10-20μm。
56.需要注意的是，该产物的最终物理性质受原材料的影响，其发光特性也会因原材料中是否含有稀土元素或过渡金属元素以及所含稀土元素或过渡金属元素的种类不同而产生一定的变化。
57.作为可选地实施方式，步骤(1)中，反应原料为稀土氧化物粉末eu2o3、 tb4o7、sm2o3、dy2o3、ceo2中的一种或者多种或过渡金属，如bi粉。
58.需要注意的是，上述含稀土元素或过渡金属的反应原料也可以是稀土或过渡金属单质、稀土氧化物或过渡金属氧化物等。
59.作为可选地实施方式，二氧化硅粉末与稀土氧化物粉末或过渡金属粉末的摩尔比为100：1。未掺杂的二氧化硅纳米线以及该二氧化硅纳米线内含有有一定量的稀土元素或过渡金属元素时，均能够在相应的光激发下发出可见光。例如：
60.eu
2+
掺杂的二氧化硅纳米线发光在335nm的激发下，有480nm发射的黄光；eu
3+
掺杂的二氧化硅纳米线发光在278nm的激发下，有610nm发射的红光；tb
3+
掺杂的二氧化硅纳米线发光在257nm的激发下，有540nm发射的绿光；sm
2+
掺杂的二氧化硅纳米线发光在468nm的激发下，有682nm发射的红光；dy
3+
掺杂的二氧化硅纳米线发光在350nm的激发下，有574nm发射的橙光；ce
3+
掺杂的二氧化硅纳米线发光在335nm的激发下，有438nm发射的青光；bi
3+
掺杂的二氧化硅纳米线发光在323nm的激发下，有430nm发射的蓝光；未掺杂的二氧化硅纳米线发光在250nm的激发下，有390nm发射的近紫外光。
61.根据反应原料的不同，具体的反应条件以及获得的产物也存在一定的不同。
62.实施例1：
63.如图3-4所示，本实施例提供了利用直流电弧法制备eu
2+
离子掺杂二氧化硅纳米线，其制备过程如下：
64.将二氧化硅粉末与eu2o3粉末按100：1的摩尔比例混合均匀，放入压片模具中，使用压片机压制成锭，得到直径1.8cm，高2cm的圆柱体。将得到的锭置于石墨埚阳极5内(其具体位置如图1所示)，阳极5以及冷凝壁2通入循环冷却水；先将反应室1抽成真空，将空气经管道进入到直流电弧等离子体反应室1内，当气压为20kpa时，关闭充气管道，开始放电。在放电过程中保持电压为30v，电流为120a，反应5min。在石墨埚内与钨棒接触边缘内侧部分收集放电后得到的反应产物并对其进行研磨，即为eu
2+
离子掺杂的二氧化硅纳米线。
65.从图3的xrd衍射峰图可以看出，制备的样品在2θ＝20～30
°
存在一个宽的衍射峰，归属于无定形二氧化硅的特征峰，同时没有发现其他杂质的衍射峰，表明样品的纯度很高；图4的pl激发光谱在200nm-450nm处有一个较宽驼峰位于335nm，源于eu
2+
离子的4f7→
4f65d的跃迁，发射光谱从380nm延伸到 750nm，在480nm处达到峰值，是由于eu
2+
离子的4f65d
→
4f7的跃迁，可看出 eu
2+
离子的成功掺杂使二氧化硅纳米线在335nm的激发下有480nm的青光发射。
66.实施例2：
67.如图5-6所示，本实施例提供了一种利用直流电弧法制备的掺杂有tb
3+
离子的二氧化硅纳米线，其制备过程如下：
68.将二氧化硅粉末与tb4o7粉末按100：1的摩尔比例混合均匀，放入压片模具中，使用压片机压制成锭，得到直径1.8cm，高2cm的圆柱体。将得到的锭置于石墨埚阳极5内(其具体位置如图1所示)，阳极5以及冷凝壁2通入循环冷却水；先将反应室1抽成真空，将空气经管道进入到直流电弧等离子体反应室1内，当气压为30kpa时，关闭充气管道，开始放电。在放电过程中保持电压为20v，电流为90a，反应5min。在石墨埚内与钨棒接触边缘内侧部分收集放电后得到的反应产物并对其进行研磨，即为掺杂tb
3+
离子的二氧化硅纳米线。
69.从图5的xrd衍射峰图可以看出，制备的样品在2θ＝20～30
°
范围内存在一个宽的衍射峰，归属于无定形二氧化硅的特征峰，同时没有发现其他杂质的衍射峰，表明样品的纯度很高；图6的pl激发光谱从200nm延伸至550nm，在约257nm为中心的强条带属于tb
3+
离子的4f8→
4f75d1的吸收跃迁，在317nm、 364nm、378nm、483nm处属于tb
3+
离子的7f6→5h7、7f6→5d2、7f6→5g6、7f6→5d4的吸收跃迁；发射光谱从450nm延伸到700nm，在488nm、540nm、589nm、 625nm处有明显的峰值，是由于tb
3+
离子的5d4→7f6、5d4→7f5、5d4→7f4、5d4→7f3的跃迁，可看出tb
3+
离子的成功掺杂使二氧化硅纳米线在257nm的激发下有540nm的绿光发射。
70.实施例3：
71.如图7-8所示，本实施例提供了利用直流电弧法制备掺杂有bi
3+
离子二氧化硅纳米线，其制备过程如下：
72.将二氧化硅粉末与bi粉按100：1的摩尔比例混合均匀，放入压片模具中，使用压片机压制成锭，得到直径1.8cm，高2cm的圆柱体。将得到的锭置于石墨埚阳极5内，阳极5以及冷凝壁2通入循环冷却水；先将反应室1抽成真空，将空气经管道进入到直流电弧等离子体反应室1内，当气压为35kpa时，关闭充气管道，开始放电。在放电过程中保持电压为20v，电流为100a，反应2min。在石墨埚内与钨棒接触边缘内侧部分收集放电后得到的反应产物并对其进行研磨，即可以得到掺杂有bi
3+
离子的二氧化硅纳米线。
73.从图7的xrd衍射峰图可以看出，制备的样品在2θ＝20～30
°
范围内存在一个宽的衍射峰，归属于无定形二氧化硅的特征峰，同时没有发现其他杂质的衍射峰，表明样品的纯度很高；在图8中，pl光谱在200nm-350nm处有一个较宽驼峰位于251nm，源于bi
3+
离子的1s0→1p1的跃迁，发射光谱从330nm延伸到600nm，在391nm处达到峰值，是由于bi
3+
离子的3p1→1s0的跃迁，可看出 bi
3+
掺杂的二氧化硅纳米线发光在251nm的激发下，有391nm发射的近紫外光。
74.实施例4：
75.本实施例提供了一种利用直流电弧法制备的掺杂有dy
3+
离子的二氧化硅纳米线，其制备过程如下：
76.将二氧化硅粉末与dy2o3粉末按100：1的摩尔比例混合均匀，放入压片模具中，使用压片机压制成锭，得到直径1.8cm，高2cm的圆柱体。将得到的锭置于石墨埚阳极5内，阳极5以及冷凝壁2通入循环冷却水；先将反应室1 抽成真空，将空气经管道进入到直流电弧等离子体反应室1内，当气压为20kpa 时，关闭充气管道，开始放电。在放电过程中保持电压为20v，电流为100a，反应4min。在石墨埚内与钨棒接触边缘内侧部分收集放电后得到的反应产物并对其进行研磨，即得到掺杂有dy
3+
离子的二氧化硅纳米线。
77.dy
3+
掺杂二氧化硅纳米线的pl光谱如图9所示。在图9中，pl激发光谱以350nm为中心，从200nm延伸至500nm，在约300nm、323nm、350nm、 386nm、423nm、451nm、472nm处有强条带分别对应于dy
3+
离子的6h
15/2
→6k
15/2
、6h
15/2
→4i
9/2
、6h
15/2
→6p
7/2
、6h
15/2
→4i
11/2
、6h
15/2
→4g
11/2
、6h
15/2
→4i
15/2
、6h
15/2
→4f
9/2
的电子跃迁；发射光谱在481nm、573nm、664nm处分别对应于 dy
3+
离子的4f
9/2
→6h
15/2
、4f
9/2
→6h
13/2
、4f
9/2
→6h
11/2
的电子跃迁，可看出dy
3+
掺杂的二氧化硅纳米线在350nm的激发下，有574nm发射的橙光。
78.实施例5：
79.本实施例提供了利用直流电弧法制备掺杂有eu
3+
离子二氧化硅纳米线，其制备过程如下：
80.将二氧化硅粉末与eu2o3粉末按100：1的摩尔比例混合均匀，放入压片模具中，使用压片机压制成锭，得到直径1.8cm，高2cm的圆柱体。将得到的锭置于石墨埚阳极5内，阳极5以及冷凝壁2通入循环冷却水；先将反应室1抽成真空，将空气经管道进入到直流电弧等离子体反应室1内，当气压为20kpa 时，关闭充气管道，开始放电。在放电过程中保持电压为15v，电流为80a，反应2min。在石墨埚内与钨棒接触边缘内侧部分收集放电后得到的反应产物并对其进行研磨，即得到掺杂有eu
3+
离子的二氧化硅纳米线。
81.eu
3+
掺杂二氧化硅纳米线的pl光谱如图10所示。在图10中，pl激发光谱从200nm延伸到550nm，以约278nm为中心的宽频带是电荷转移吸收(ctb) 的结果。在322nm、362nm、382nm、395nm、416nm、465nm处有明显的峰值，是eu
3+
离子7f0→5h4、7f0→5d4、7f0→5g2、7f0→5l6、7f0→5d3、7f0→5d2的跃迁；发射光谱从570nm延伸至720nm，在586nm、610nm、623nm、707 nm处分别对应于5d0→7f0、5d0→7f1、5d0→7f2、5d0→7f3、5d0→7f4的跃迁，可看出eu
3+
离子掺杂的二氧化硅纳米线在278nm的激发下，有610nm发射的红光。
82.实施例6：
83.本实施例提供了利用直流电弧法制备掺杂有ce
3+
离子二氧化硅纳米线，其制备过程如下：
84.将二氧化硅粉末与ceo2粉末按100：1的摩尔比例混合均匀，放入压片模具中，使用压片机压制成锭，得到直径1.8cm，高2cm的圆柱体。将得到的锭置于石墨埚阳极5内，阳极5以及冷凝壁2通入循环冷却水；先将反应室1抽成真空，将空气经管道进入到直流电弧等离子体反应室1内，当气压为35kpa 时，关闭充气管道，开始放电。在放电过程中保持电压为20v，电流为100a，反应3min。在石墨埚内与钨棒接触边缘内侧部分收集放电后得到的反应产物并对其进行研磨，即可以得到掺杂有ce
3+
离子的二氧化硅纳米线。
85.ce
3+
掺杂二氧化硅纳米线的pl光谱如图11所示。在图11中，pl光谱在 200nm-400nm处有一个较宽驼峰位于335nm，源于ce
3+
离子的4f
→
5d的跃迁，发射光谱从360nm延伸到650nm，在438nm处达到峰值，是由于ce
3+
离子的 5d
→
4f的跃迁，可看出ce
3+
掺杂的二氧化硅纳米线发光在335nm的激发下，有438nm发射的青光。
86.实施例7：
87.本实施例提供了利用直流电弧法制备掺杂有sm
2+
离子二氧化硅纳米线，其制备过程如下：
88.将二氧化硅粉末与sm2o3粉末按100：1的摩尔比例混合均匀，放入压片模具中，使用压片机压制成锭，得到直径1.8cm，高2cm的圆柱体。将得到的锭置于石墨埚阳极5内，阳极5
以及冷凝壁2通入循环冷却水；先将反应室1 抽成真空，将空气经管道进入到直流电弧等离子体反应室1内，当气压为40kpa 时，关闭充气管道，开始放电。在放电过程中保持电压为25v，电流为100a，反应4min。在石墨埚内与钨棒接触边缘内侧部分收集放电后得到的反应产物并对其进行研磨，即得到掺杂有sm
2+
离子的二氧化硅纳米线。
89.sm
2+
掺杂二氧化硅纳米线的pl光谱如图12所示。在图12中，pl激发光谱以约468nm为中心的强条带属于sm
2+
离子的4f6→
4f55d1的吸收跃迁，发射光谱从600nm延伸到850nm，在682nm、703nm、725nm、761nm、809nm 处有明显的峰值，是由于sm
2+
离子的5d0→7f0、5d0→7f1、5d0→7f2、5d0→7f3、5d0→7f4的跃迁，可看出sm
2+
离子掺杂的二氧化硅纳米线发光在468nm的激发下，有682nm发射的红光。
90.另外，本技术还公开了一种利用上述制备方法制备的二氧化硅纳米线纯品的产物，其相应的物理特性和发光特性如图13、14所示。
91.图13的xrd衍射峰图可以看出，制备的样品在2θ＝20～30
°
范围内存在一个宽的衍射峰，归属于无定形二氧化硅的特征峰，同时没有发现其他杂质的衍射峰，表明样品的纯度很高；图14的pl光谱图可以看出，制备的样品在250nm 的激发下有390nm的近紫外光谱出现。
92.以图13、14作为空白对照，能够进一步证明利用本发明提供的方法所制备的稀土或过渡金属掺杂的二氧化硅纳米线为无定形二氧化硅结构，且除稀土元素或过渡金属元素以外基本无多余杂质引入，制得的稀土或过渡金属掺杂二氧化硅纳米线产物具有较高的纯度。
93.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：

1.一种发光离子掺杂二氧化硅荧光粉，其特征在于，所述二氧化硅荧光粉为非晶态，所述二氧化硅荧光粉形貌为线状，直径为30～50nm，长度为10-20μm。2.根据权利要求1所述二氧化硅荧光粉，其特征在于，所述二氧化硅荧光粉发光性能够通过调控掺杂的功能离子来调控。3.一种发光离子掺杂二氧化硅荧光粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将含有二氧化硅粉末和稀土粉末或过渡金属粉末的反应原料混合后，放入压片模具中压制成锭，制得的锭放置在位于直流电弧放电装置反应室内的石墨埚阳极中；(2)向反应室内通入低气压气体，随后进行直流等离子体放电；(3)在反应室内收集反应产物为发光离子掺杂二氧化硅荧光粉。4.根据权利要求3所述的二氧化硅荧光粉的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述稀土氧化物粉末为eu2o3、tb4o7、sm2o3、dy2o3、ceo2中的一种或者多种；所述过渡金属为bi。5.根据权利要求4所述的二氧化硅荧光粉的制备方法，其特征在于，所述二氧化硅粉末与所述稀土粉末或过渡金属粉末的摩尔比为100：1-5。6.根据权利要求4所述的二氧化硅荧光粉的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述反应室内的放电条件为：电压范围10～30v，电流80～120a，反应时间2～10min。7.根据权利要求3所述的二氧化硅荧光粉的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述反应室内的气体可以为空气或者氩气，最终气压范围为10～40kpa。8.根据权利要求3所述的二氧化硅荧光粉的制备方法，其特征在于，所述反应室内设置有冷凝壁，至少部分反应产物会在所述冷凝壁上凝结。9.根据权利要求3所述的二氧化硅荧光粉的制备方法，其特征在于，在进行步骤(2)之前，对所述石墨埚阳极和所述冷凝壁处通入冷却水。10.根据权利要求3所述的二氧化硅荧光粉的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，先将所述反应室内进行抽真空处理，随后通入低气压气体。

技术总结

本发明提供了发光离子掺杂二氧化硅荧光粉及其制备方法，涉及发光材料技术领域，主要目的是实现同种基质材料调节不同稀土或过渡金属掺杂的发光性能并制备出非晶二氧化硅纳米线的新方法。该制备方法包括以下步骤：(1)将含有二氧化硅粉末和稀土氧化物或过渡金属粉末的反应原料放入压片模具中压制成锭，制得的锭放置在位于直流电弧放电装置反应室内的石墨埚阳极中；(2)向反应室内通入空气或者氩气，随后进行放电处理；(3)在反应室内收集反应产物，收集到的产物即为发光离子掺杂二氧化硅荧光粉。光粉。光粉。