專(zhuān)利名稱(chēng)：一種共摻鈰、鐵鋁酸鋰的轉(zhuǎn)光熒光粉及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種共摻鈰、鐵鋁酸鋰的轉(zhuǎn)光熒光粉及其制備方法。該發(fā)光熒 光粉可以摻入到薄膜中提高轉(zhuǎn)光效率，用于各種農(nóng)用設(shè)施，也可用做燈粉制作 熒光燈用于醫(yī)療等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
研究表明，增加對(duì)農(nóng)作物紅光和藍(lán)光的照射強(qiáng)度，可以促使農(nóng)作物生長(zhǎng)和 增產(chǎn)，植物生長(zhǎng)熒光燈便是因此而發(fā)展起來(lái)的農(nóng)用科學(xué)技術(shù)，它在農(nóng)作物室溫 育苗方面十分有用。另一方面，怎樣將陽(yáng)光中的綠光和紫外光轉(zhuǎn)換成紅光和藍(lán) 光，是充分利用太陽(yáng)能發(fā)展高效生態(tài)農(nóng)業(yè)的重要科技問(wèn)題。光致發(fā)光材料具有 光轉(zhuǎn)換功能，大量研究表明，將光致發(fā)光材料作為助劑摻入塑料中吹成的農(nóng)膜 能夠有效地將曰光中的綠光或紫外光，轉(zhuǎn)換成紅光和藍(lán)光。應(yīng)用于塑料農(nóng)膜中 的光致發(fā)光材料稱(chēng)為轉(zhuǎn)光劑，添加了轉(zhuǎn)光劑的塑料農(nóng)膜稱(chēng)為轉(zhuǎn)光膜。農(nóng)田實(shí)驗(yàn) 表明，用轉(zhuǎn)光膜栽培的作物根系發(fā)達(dá)、莖葉茂盛，并能增產(chǎn)增收和提高農(nóng)產(chǎn)品 的品質(zhì)。早在1976年，日本農(nóng)業(yè)用光線(xiàn)選擇利用技術(shù)研究協(xié)會(huì)就曾報(bào)道過(guò)摻藍(lán)色熒 光、紅色熒光助劑的聚氯乙烯薄膜。！979年，報(bào)道了使用若丹明6G制成將黃綠 光轉(zhuǎn)換成紅橙光的薄膜。1982年，日本山添勝?gòu)┑热藢⑾⊥翢晒饣衔锾砑拥?聚苯乙烯里制成發(fā)光聚合物。1987年，Tanaka等人將香豆素類(lèi)及苯并哇類(lèi)熒光 增白劑摻入PVC樹(shù)脂中制成藍(lán)光膜10]. 1985年，俄羅斯Golodkova.L.N等人將 稀土熒光化合物加入到PVC、 PE等樹(shù)脂中制成溫室薄膜。我國(guó)在這方面的研究始于二十世紀(jì)八十年代末，回顧十多年來(lái)轉(zhuǎn)光農(nóng)膜的 開(kāi)發(fā)進(jìn)程，可知國(guó)內(nèi)對(duì)轉(zhuǎn)光劑、轉(zhuǎn)光農(nóng)膜的研究十分活躍;其大棚試驗(yàn)規(guī)模不斷 擴(kuò)大，作物品種不斷增多，從人參栽培，水稻育秧，蔬菜瓜果種植到花弁栽培 都在試驗(yàn)，并且均已取得了可喜的效果。轉(zhuǎn)光劑、轉(zhuǎn)光母料和轉(zhuǎn)光農(nóng)膜的商品 化生產(chǎn)及其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)正在逐步形成。在各類(lèi)農(nóng)用轉(zhuǎn)光膜中，轉(zhuǎn)光劑是核心。成為當(dāng)前發(fā)光材料的研究熱點(diǎn)之一。 相關(guān)專(zhuān)利也不斷涌現(xiàn)。如專(zhuān)利"多核稀土轉(zhuǎn)光粉、其制備方法及其應(yīng)用"(公開(kāi)號(hào)CN1338500 )公布了將紫外光轉(zhuǎn)換成紅光的多核稀土轉(zhuǎn)光粉及其制備方法。 又如專(zhuān)利"納米仿生態(tài)稀土轉(zhuǎn)光劑及納米仿生態(tài)稀土轉(zhuǎn)光農(nóng)膜及其制備方法" (公開(kāi)號(hào)CN1648172 ),該專(zhuān)利公開(kāi)了一種稀土包膜轉(zhuǎn)光材料制備工藝，以無(wú)機(jī) 微粒為基核，以稀土凝膠即納米稀土粒子為包膜層，采用化學(xué)沉積的方法在無(wú) 機(jī)微粒表面包覆一層納米厚度的稀土轉(zhuǎn)光材料。以單摻鐵的鋁酸鋰的轉(zhuǎn)光熒光粉的專(zhuān)利已有涉及[如JP11263971 、 JP8293285 、 CN1448463、 JP7268318]。此物質(zhì)能用于制備特殊熒光照明設(shè)備熒 光粉。摻鐵的鋁酸鋰作為熒光粉也可以將紫外光轉(zhuǎn)換成紅光，用作太陽(yáng)能紫外 轉(zhuǎn)光劑，使得植物對(duì)太陽(yáng)光的利用率加強(qiáng)。遺憾的是，摻鐵的鋁酸鋰轉(zhuǎn)光效率 卻不十分理想。如何提高這類(lèi)材料的轉(zhuǎn)光效率，成為這類(lèi)材料研究的核心問(wèn)題 之一。為了能使轉(zhuǎn)光效率提高，我們創(chuàng)造性地進(jìn)行了一系列稀土離子敏化的實(shí) 驗(yàn)研究，試圖提高該類(lèi)材料的轉(zhuǎn)光效率。通過(guò)系統(tǒng)的分析和測(cè)試，發(fā)現(xiàn)了鈰對(duì) 鐵離子的紫外敏化效應(yīng)。鈰、鐵離子共摻的鋁酸鋰轉(zhuǎn)光效率相對(duì)單摻鐵的鋁酸 鋰的轉(zhuǎn)光效率可以提高一倍多。從而使得鈰、鐵離子共摻的鋁酸鋰熒光粉成為 更有效的太陽(yáng)能紫外轉(zhuǎn)光劑，加強(qiáng)植物對(duì)太陽(yáng)光的利用率；作為一種高效熒光 粉，也可作為熒光燈的燈粉用于植物照明或醫(yī)療等。對(duì)于偏鋁酸鋰粉料合成有很多方法、通常有固相合成法、溶膠一凝膠法、 共沉淀法等。后兩者的制備過(guò)程復(fù)雜，成本貴，且反應(yīng)周期較長(zhǎng)，另外反應(yīng)后 存在副產(chǎn)物?？紤]到該材料應(yīng)用領(lǐng)域的獨(dú)特性及生產(chǎn)的批量化、安全性，這些 方法就不太適合。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種共摻鈰、鐵鋁酸鋰的轉(zhuǎn)光熒光粉及其制備方法。本發(fā)明的目的是通過(guò)如下途徑實(shí)現(xiàn)的 一種共摻鈰、鐵鋁酸鋰的轉(zhuǎn)光熒光 粉，該轉(zhuǎn)光熒光粉的化學(xué)組成式為L(zhǎng)iA102: xFe, yCe,其中x和y分別為摻雜 的鐵Fe離子、鈰Ce離子與LiA102分子的摩爾比，x和y的允許值范圍皆為0. 1°/。 ~ 5%。該轉(zhuǎn)光熒光粉的發(fā)射波長(zhǎng)范圍為630~ 850nm。一種共摻鈰、鐵鋁酸鋰的轉(zhuǎn)光熒光粉的制備方法，根據(jù)如下步驟制備A. 按所述轉(zhuǎn)光熒光粉化學(xué)組成式的比例稱(chēng)取九水硝酸鋁Al (N03) 3 9H力、 碳酸鋰Li2C03、六水氯化鐵FeCl3 6H20氧化鈰Ce02;B. 使用硝酸溶解的方法將上述原料以及助熔劑硼酸H3B03混合均勻后，澄清；C. 將澄清的溶液蒸發(fā)，成為固體，然后在400 50(TC的馬沸爐中將其分解 至氧化物；D. 取出氧化物研磨約1小時(shí)，最后放到馬沸爐中在1000 ~ IIOO'C煅燒10~ 11個(gè)小時(shí)后自然冷卻至室溫得成品。所述硼酸的含量以與UA102分子的摩爾比計(jì)，其值小于5%。 本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比有以下優(yōu)點(diǎn)(1)該發(fā)明制備的轉(zhuǎn)光熒光粉與相對(duì)應(yīng)的單摻鐵的熒光粉相比。同等強(qiáng)度 紫外光源激發(fā)下發(fā)光強(qiáng)度顯著提高，更能有效的吸收太陽(yáng)光中的紫外光并轉(zhuǎn)換為紅光和近紅外光；(2) 該發(fā)明的制備的轉(zhuǎn)光熒光粉的發(fā)射波長(zhǎng)在630-S50nm,可用于人工植 物照明熒光燈具、電視機(jī)遙控器、夜視裝置及醫(yī)療應(yīng)用等；(3) 基質(zhì)在高溫下具有良好的化學(xué)、熱穩(wěn)定性和力學(xué)穩(wěn)定性。與其他材料 相容性好，尤其是有極好的耐輻照特性；(4) 目前現(xiàn)有的農(nóng)用大棚普遍使用薄膜，該轉(zhuǎn)光材料能摻入塑料薄膜中， 有利于該轉(zhuǎn)光熒光粉的推廣。作為固相合成法也有其不利的一面，如時(shí)間周期 長(zhǎng)，需要研磨，耗時(shí)耗能，我們通過(guò)一種用硝酸溶解反應(yīng)物，使之能充分混合 反應(yīng)的制備方法，大大提高了制備效率。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn) 一 步詳細(xì)說(shuō)明圖1為實(shí)施例1制備摻雜鈰離子的濃度為2%、鐵的濃度為1%的轉(zhuǎn)光熒光粉 的發(fā)射光譜圖；圖2為實(shí)施例2制備摻雜鈰離子的濃度為5%、鐵的濃度為1%的轉(zhuǎn)光熒光粉 的發(fā)射光譜圖；圖3為實(shí)施例3制備摻雜鈰離子的濃度為2%、鐵離子的濃度為5%的轉(zhuǎn)光熒光粉的發(fā)射光譜圖；圖4為實(shí)施例4制備摻雜鈰離子的濃度為0. 5%、鐵離子的濃度為1. 5%的轉(zhuǎn)光熒光粉的發(fā)射光譜圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明所公布的轉(zhuǎn)光熒光粉的化學(xué)組成式為L(zhǎng)iA102: xFe， yCe，其中x和y 分別為鐵Fe離子、鈰Ce離子與UA102分子的摩爾比，x和y的允許值范圍皆為 0. 1~5%。該轉(zhuǎn)光熒光粉的發(fā)射波長(zhǎng)范圍為630 ~ 850腦。。該轉(zhuǎn)光熒光粉的具體制備方法參照下面四個(gè)實(shí)施例實(shí)施例一按照樣品的化學(xué)式LiA102: l%Fe. 2%Ce ,分別稱(chēng)取Li2C03 2.218g 、 Al(NO3)3'9H2O22.508g、 FeClr6H20 0.162g、 Ce02 0.207g、 H3BO30.015g，用酸溶解的方法將上述原料混合均勻后，將其蒸發(fā)至固體，然后在400 - 50(TC的馬沸爐中將其分解至氧化物；取出氧化物研磨約i小時(shí)，最后放到馬沸爐中在iooo。C煅燒9小時(shí)，自然冷卻至室溫，獲得轉(zhuǎn)光熒光粉。圖l是是本實(shí)施例制備的LiA102: 1。/。Fe，2。/。Ce轉(zhuǎn)光熒光粉發(fā)射光譜，圖中 的實(shí)線(xiàn)為摻鈰的濃度為2%、鐵的濃度為1%，作為比較，虛線(xiàn)給出的是摻鈰的濃 度為0%、鐵的濃度為1°/。。如圖l所示，本實(shí)施例制備的轉(zhuǎn)光熒光粉的發(fā)光強(qiáng)度 是沒(méi)有摻鈰離子的樣品的l.S倍，這種熒光粉更能有效的將紫外光轉(zhuǎn)換成植物 可吸收的紅光和近紅外光，其中心波長(zhǎng)為742nm。實(shí)施例2:按照樣品的化學(xué)式Li A102: 1 %Fe. 5%Ce ，分別稱(chēng)取Li2C03 1.109g 、 Al(N03)3.9H2011.254g、 FeCl3-6H20 0.081 g、 Ce02 0.258g、 H3B03 O細(xì)g，用酸溶解的方法將上述原料混合均勻后，將其蒸發(fā)至固體，然后在400 50(TC的馬 沸爐中將其分解至氧化物；取出氧化物研磨約1小時(shí)，最后放到馬沸爐中在1100 'C煅燒ll小時(shí)，自然冷卻至室溫，獲得轉(zhuǎn)光熒光粉。圖2是本實(shí)施例制備的LiA102: "/。Fe,5y。Ce轉(zhuǎn)光熒光粉發(fā)射光譜。圖中的實(shí)線(xiàn)為摻鈰的濃度為5%、鐵的濃度為iy。，作為比較，虛線(xiàn)給出的是摻鈰的濃度為0%、鐵的濃度為1%。如圖2所示，本實(shí)施例制備的轉(zhuǎn)光熒光粉的發(fā)光強(qiáng)度是 沒(méi)有摻鈰離子樣品的1.2倍，這種熒光粉更能有效的將紫外光轉(zhuǎn)換成植物可吸 收的紅光和近紅外光，其中心波長(zhǎng)為742nm。實(shí)施例3:按照樣品的化學(xué)式LiA102:5%Fe， 2%Ce ，分別稱(chēng)取Li2C03 1.479g 、 Al(NO3)3.9H2O15.005g、 FeCly6H20 0.541g、 Ce02 0.138g、 H3B03 O,OlOg，用酸溶解的方法將上述原料混合均勻后，將其蒸發(fā)至固體，然后在400 50(TC的馬沸爐中將其分解至氧化物；取出氧化物研磨約i小時(shí)，最后放到馬沸爐中在在105(TC煅燒IO小時(shí)，自然冷卻至室溫，獲得轉(zhuǎn)光熒光粉。圖3是本實(shí)施例制備的LiA102: 5%Fe. 2%Ce轉(zhuǎn)光熒光粉發(fā)射光譜，圖中 的實(shí)線(xiàn)為摻雜鐵離子的濃度為5%、鈰離子的濃度為2%，作為比較，虛線(xiàn)給出的 是摻鈰離子的濃度為0%，鐵濃度為5%。如圖3所示，本實(shí)施例制備的轉(zhuǎn)光熒光 粉的發(fā)光強(qiáng)度是沒(méi)有摻鈰離子樣品的2.1倍，這種熒光粉更能有效的將紫外光 轉(zhuǎn)換成植物可吸收的紅光和近紅外光，其中心波長(zhǎng)為742nm。實(shí)施例4:按照樣品的化學(xué)式LiA102: 1.5%Fe， 0.5%Ce，分別稱(chēng)取Li2C03 1.331g、 Al(NO3)3.9H2CH3.505g、 FeCl3.6H20 0.146g、 CeO20.031g、 H3BO30.009g，用酸溶解的方法將上述原料混合均勻后，將其蒸發(fā)至固體，然后在400 50(TC的馬 沸爐中將其分解至氧化物；取出氧化物研磨約1小時(shí)，最后放到馬沸爐中在1100 'C煅燒10小時(shí)，自然冷卻至室溫，獲得轉(zhuǎn)光熒光粉。圖4是本實(shí)施例制備的LiA102: 1.5%Fe. 0.5%Ce轉(zhuǎn)光熒光粉發(fā)射光譜，圖 中的實(shí)線(xiàn)為摻鐵的濃度為1.5°/。、鈰離子的濃度為0.5%,作為比較，虛線(xiàn)給出的 是摻鐵濃度為1.5%、鈰離子的濃度為0%。如圖4所示，本實(shí)施例制備的轉(zhuǎn)光熒 光粉的發(fā)光強(qiáng)度是沒(méi)有摻鈰離子樣品的1.3倍，這種熒光粉更能有效的將紫外 光轉(zhuǎn)換成植物可吸收的紅光和近紅外光，其中心波長(zhǎng)為742nm。
權(quán)利要求
1.一種共摻鈰、鐵鋁酸鋰的轉(zhuǎn)光熒光粉，其特征在于該轉(zhuǎn)光熒光粉的化學(xué)組成式為L(zhǎng)iAlO2:xFe，yCe，其中x和y分別為摻雜的鐵Fe離子、鈰Ce離子與LiAlO2分子的摩爾比，x和y的允許值范圍皆為0.1％～5％。
2. 如權(quán)利要求1所述的共摻鈰、鐵鋁酸鋰的轉(zhuǎn)光熒光粉，其特征在于該轉(zhuǎn) 光熒光粉的發(fā)射波長(zhǎng)的范圍為630 ~ 850im。
3. —種共摻鈰、鐵鋁酸鋰的轉(zhuǎn)光熒光粉的制備方法，其特征在于共摻鈰、 鐵鋁酸鋰的轉(zhuǎn)光熒光粉根據(jù)如下步驟制備A. 按權(quán)利要求1所述轉(zhuǎn)光熒光粉化學(xué)組成式的比例稱(chēng)取九水硝酸鋁AK N03) 3 . 9H20、碳酸鋰Li2C03、六水氯化鐵FeCl3 . 6H20氧化鈰Ce02;B. 使用硝酸溶解的方法將上述原料以及助熔劑硼酸H;B()3混合均勻，澄清；C. 將澄清的溶液蒸發(fā)，成為固體，然后在400 50(TC的馬沸爐中將其分解 至氧化物；D. 取出氧化物并研磨約1小時(shí)，最后放到馬沸爐中在1000 110(TC煅燒 10 ~ 11個(gè)小時(shí)后自然冷卻至室溫得成品。
4. 如權(quán)利要求3所述的一種共摻鈰、鐵鋁酸鋰的轉(zhuǎn)光熒光粉的制備方法， 其特征在于作為助熔劑硼酸的含量以與LiA102分子的摩爾比計(jì)，其值小于全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種共摻鈰Ce、鐵Fe的鋁酸鋰的轉(zhuǎn)光熒光粉及其制備方法，該轉(zhuǎn)光粉能有效地將紫外光轉(zhuǎn)成紅光和近紅外光，可用于農(nóng)用轉(zhuǎn)光、人工植物照明熒光燈具、電視機(jī)遙控器、夜視裝置及醫(yī)療等。該熒光粉以普通鋁酸鋰為基質(zhì)，以Fe³⁺為激活劑，以稀土離子Ce³⁺為敏化劑；將Fe³⁺和Ce³⁺作為摻雜劑，通過(guò)硝酸溶解、混合并高溫反應(yīng)制備出所需轉(zhuǎn)光熒光粉體，其化學(xué)組成式為L(zhǎng)iAlO₂∶xFe，yCe，其中x和y為Fe、Ce離子與LiAlO₂分子的摩爾比，x和y的允許值范圍均為0.1～5％。
文檔編號(hào)C09K11/80GK101250410SQ200810030418
公開(kāi)日2008年8月27日 申請(qǐng)日期2008年1月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月3日
發(fā)明者丁建文, 強(qiáng)人峰, 肖思國(guó), 陽(yáng)效良 申請(qǐng)人:湘潭大學(xué)