專利名稱：一種稀土激活納米自發(fā)光粉的微波激勵低溫液相燃燒合成的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種稀土激活納米自發(fā)光粉的微波激勵液相燃燒合成的制備 方法，屬發(fā)光材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于目前商用熒光粉一般采用傳統(tǒng)的高溫固相法合成，需要1600。C以上 的高溫長時(shí)間反應(yīng)，不但能耗大、成本高，而且在此高溫下產(chǎn)物易燒結(jié)且顆 粒粗大，需球磨粉碎，從而導(dǎo)致晶形破壞而嚴(yán)重?fù)p害熒光粉的發(fā)光性能。據(jù) 實(shí)驗(yàn)測定，磨碎后的熒光粉亮度只有原來的四分之一左右。因此，為了解決 現(xiàn)有問題，低溫合成工藝的研究與開發(fā)已成為迫切需要。
由于納米微粒具有小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧 道效應(yīng)等使得它在光、電、磁等方面呈現(xiàn)常規(guī)材料不具備的光學(xué)和電學(xué)特性。 當(dāng)熒光粉基質(zhì)的顆粒尺寸小到納米級范圍內(nèi)，其中摻雜的激活離子的發(fā)光和 動力學(xué)性質(zhì)就會發(fā)生改變，從而影響其光吸收、激發(fā)壽命、能量傳遞、光量 子效率和濃度猝滅等性質(zhì)而提高熒光粉的性能。
濕化學(xué)法作為一種制備超細(xì)納米粉的方法正成為各國材料科學(xué)家研究的 熱點(diǎn)。該法由于原料在溶液中反應(yīng)，因而組分能達(dá)到分子、離子級別上的均 勻混合，且合成溫度低，成分容易精確控制。
常見的濕化學(xué)法包括共沉淀法、Sol-gd法(溶膠一凝膠法)、水熱合成法、 液相燃燒法等。共沉淀法和Sol-gel法工藝復(fù)雜、生產(chǎn)周期長、過程影響因素多。 近年來，微波激勵液相燃燒法作為一種快速、高效的制備納米粉體方法，可 用來合成結(jié)晶優(yōu)良、粒徑分布窄、形貌可控且純度髙的納米粉體。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的在于提出一種制備稀土激活自發(fā)光納米熒光粉的新工藝，從 而開發(fā)出低成本、易于產(chǎn)業(yè)化、且產(chǎn)物性能優(yōu)良的制備自發(fā)光熒光粉新方法。 該方法最主要特點(diǎn)是采用微波激勵低溫液相燃燒合成納米熒光粉。
微波作為一種迅速而有效的加熱方式，在加速化學(xué)反應(yīng)、提高產(chǎn)品質(zhì)量 等方面發(fā)揮了巨大的作用，并且日益廣泛用于新材料的合成領(lǐng)域。與常規(guī)加 熱相比，微波加熱不需熱的傳導(dǎo)和對流，在極短時(shí)間內(nèi)使介質(zhì)分子達(dá)到活化 狀態(tài)，加劇分子的運(yùn)動與碰撞，大大加快反應(yīng)速度，縮短反應(yīng)周期，并因內(nèi) 外同時(shí)加熱，體系受熱均勻，在合成反應(yīng)過程中不存在溫度梯度，從而保證 合成產(chǎn)品的均一性。
本發(fā)明的微波激勵的液相介質(zhì)為金屬硝酸鹽、尿素(或甘氨酸)與適量 添加劑所組成的混合溶液。金屬硝酸鹽、尿素(或甘氨酸，卡巴胺)、添加劑 (適量)等所組成的反應(yīng)物在水溶液中達(dá)到原子級的均勻混合，保證了稀土 離子激活劑均勻分布在基質(zhì)晶格中，從而可獲得高效熒光材料。
將均勻混合的溶液裝入反應(yīng)裝置并置入微波設(shè)備中進(jìn)行微波激勵低溫燃 燒合成反應(yīng)。微波激勵設(shè)備采用單模微波輻射設(shè)計(jì)，其微波強(qiáng)度恒定，能夠 產(chǎn)生持續(xù)的微波場，使樣品受到均衡的微波輻射強(qiáng)度，通過調(diào)節(jié)持續(xù)波的輸
出功率來改變能量強(qiáng)度。通過紅外控溫儀精確控溫。微波激勵頻率為2.45GHz， 微波功率為500-1000W，反應(yīng)時(shí)間為5-10分鐘。 本發(fā)明制備方法的步驟為
自發(fā)光熒光粉可取自下列化學(xué)式的一種或者幾種Sr2MgSi207: (Eu2+，Dy3+)、 Y203:(Eu3+'Ca2+,Ti4+)、 SrAl204:(Eu2+,Dy3+);
(1 )、按化學(xué)式Sr2MgSi207: ( Eu2+,Dy3+) 、 Y203:( Eu3+'Ca2+'Ti4+)、 SrAl204:(E^+,Dy,稱取相應(yīng)摩爾數(shù)光譜純級的稀土氧化物，分析純級的金屬硝 酸鹽；
(2)、將稀土氧化物用稀硝酸溶解，然后將稱取的其余樣品放入其中，最后加入去離子水并攪拌，直至原料充分溶解，得到硝酸鹽溶液；
(3) 、加入有機(jī)燃料，有機(jī)燃料與硝酸鹽的摩爾比為1.2-1.5;
(4) 、加入下列一種或幾種化合物添加劑、助熔劑、形貌控制劑；
(5) 、將步驟(4)所得的溶液進(jìn)行微波激勵低溫燃燒合成反應(yīng)；
(6) 通過紅外控溫于550-60(TC，燃燒合成反應(yīng)5-10min，得到晶粒尺寸為 40-60nm的自發(fā)光納米熒光粉。
上述步驟(3)中所述的有機(jī)燃料包括尿素、甘氨酸，卡巴胺。
自發(fā)光熒光粉的基質(zhì)晶相為單一物相，且其晶粒尺寸不大于60nm。
微波反應(yīng)條件為微波頻率為2.45GHz，微波功率為800W，反應(yīng)時(shí)間為 5-10分鐘，溫度控制于550-60(TC。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，利用微波激勵低溫燃燒合成熒光粉有如下特點(diǎn)
(1) 微波為整體、內(nèi)部加熱，反應(yīng)物受熱均勻，而且升溫速度快，大大 縮短反應(yīng)時(shí)間，具有髙效、節(jié)能的優(yōu)勢；
(2) 合成的產(chǎn)物純凈、結(jié)晶優(yōu)良、發(fā)光效率高，產(chǎn)物的激發(fā)光譜、發(fā)射 光譜完全符合使用要求；
(3) 產(chǎn)物顆粒為球形、尺寸大小為40-60nm，不需要球磨粉碎和后處理 即可直接應(yīng)用；
(4) 生產(chǎn)工藝簡單，生產(chǎn)效率高，易于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。因?yàn)榉磻?yīng)一旦點(diǎn)燃， 則不需要外部再提供任何能量，整個(gè)燃燒過程完全依靠自身放出的熱量自動、 快速地完全。因此，采用微波激勵低溫燃燒合成技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)高度純凈、 結(jié)晶優(yōu)良、發(fā)光效率高的稀土激活自發(fā)光納米熒光粉的低成本制備。


圖1為制備的SrA1204:(Eu,Dy)熒光粉的XRD圖譜，表明產(chǎn)物為純相； 圖2為制備的熒光粉的FE-SEM像，可見顆粒為球形，尺寸大小40-60nm;圖3為制備的SrAl204:(Eu,Dy)熒光粉的激發(fā)光譜，可見其激發(fā)主峰位于 340nm左右，且激發(fā)峰為一寬帶峰(230-400 nm)，說明在相當(dāng)寬的激發(fā)波長范 圍內(nèi)熒光粉都可以被有效激發(fā)從而產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象；
圖4為制備的SrAl204:(Eu,Dy)熒光粉的發(fā)射光譜，發(fā)射峰為450nm左右。
具體實(shí)施例方式
下面以實(shí)施例的方式進(jìn)一步闡明本發(fā)明，而非僅周限于實(shí)施例。 實(shí)施例1
將Sr(N03)2、 A1(N03)3 9H20、 Ba(N03，Eu203 (光譜純)、Dy203 (光 譜純)的硝酸鹽溶液按一定比例混合,再加入適量添加劑,置于瓷坩鍋中，最后 加入適量的去離子水并不斷攪拌，直至原料充分溶解，獲得均勻混合的澄清 透明溶液。
將溶液置入微波設(shè)備中進(jìn)行微波激勵低溫燃燒合成反應(yīng)。通過紅外控溫 儀精確控溫于55(TC。微波激勵頻率為2.45GHz，微波功率為800W，反應(yīng)時(shí)間 為10分鐘。反應(yīng)完畢后，即得泡沫狀粉體產(chǎn)物。產(chǎn)物經(jīng)X射線粉末衍射分析， 結(jié)果表明產(chǎn)物為純相，如圖1所示。產(chǎn)物的場發(fā)射掃描電鏡像如圖2所示，表 明顆粒為球形，且尺寸為50nm左右。 實(shí)施例2
初始原料Eu203、 Dy203為光譜純，Sr(N03)2、 Ai(N03)3 '9H20、 Ba(N03)2 及CO(NH2)2為分析純，并稱取質(zhì)量比為P/。的H3B03、 A1F3為添加劑。 按SrAl204:(Eu,Dy)化學(xué)計(jì)量配比，用分析天平精確稱取上述試劑。 在燒杯中，首先用濃硝酸(分析純)將Eu203、 Dy2Cb充分溶解，然后將 稱取Sr(NCb)2、 A1(N03)3 9H20、 Ba(N03)2及CO(NH2)2放入其中。最后加入 適量的去離子水并不斷攪拌，直至原料充分溶解，獲得均勻混合的澄清透明 溶液。
將溶液置入微波設(shè)備中進(jìn)行微波激勵低溫燃燒合成反應(yīng)。通過紅外控溫儀精確控溫于60(TC。微波激勵頻率為2.45GHz，微波功率為800W，反應(yīng)時(shí)間 為10分鐘。反應(yīng)完畢后，即得泡沫狀白色粉體產(chǎn)物。獲得的產(chǎn)物經(jīng)過光譜性 能測試，其激發(fā)光譜如圖3所示，可見其激發(fā)主峰位于340nm左右，且激發(fā)峰 為一寬帶峰(230-400nm)，說明在相當(dāng)寬的激發(fā)波長范圍內(nèi)熒光粉都可以被有 效激發(fā)從而產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象；其發(fā)射光譜如圖4所示，其發(fā)射峰為450mn左右。
權(quán)利要求
1、一種微波激勵低溫液相燃燒合成納米自發(fā)光熒光粉，自發(fā)光熒光粉可取自下列化學(xué)式的一種或者幾種Sr2MgSi2O7(Eu2+，Dy3+)、Y2O3(Eu3+，Ca2+，Ti4+)、SrAl2O4(Eu2+，Dy3+)其制備方法的特征在于其制備步驟為
2、 根據(jù)權(quán)利l的所述的制備方法，其特征在于上述步驟(3)中所述的 有機(jī)燃料包括尿素、甘氨酸，卡巴胺。
3、 根據(jù)權(quán)利l的所述的制備方法，其特征在于自發(fā)光熒光粉的基質(zhì)晶相為單一物相，且其晶粒尺寸不大于60nm。
4、 根據(jù)權(quán)利l的所述方法，其特征在于微波反應(yīng)條件為微波頻率為2.45GHz，微波功率為800W，反應(yīng)時(shí)間為5-10分鐘，溫度控制于550-600"C 。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種稀土激活自發(fā)光納米熒光粉的微波激勵液相燃燒合成的制備方法，屬發(fā)光材料領(lǐng)域。本發(fā)明是優(yōu)選化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的物質(zhì)(如多鋁酸鹽、硅酸鹽、及氧化物)為基質(zhì)材料，以4f電子組態(tài)的稀土元素(如Eu、Tb、Y、Gd、Er等)為激活劑和敏化劑，并添加適量助劑，采用微波激勵低溫液相燃燒合成方法快速制備出綠、藍(lán)綠、深藍(lán)、藍(lán)紫、黃、黃綠、紅、橙紅等多種發(fā)光顏色的高效納米自發(fā)光材料。本發(fā)明的特點(diǎn)是工藝簡單，反應(yīng)迅速，點(diǎn)燃溫度低，不需要添加還原性氣氛保護(hù)，燃燒合成反應(yīng)在幾分鐘內(nèi)即可完成，所制得的熒光粉晶粒尺寸在40-60nm之間；本發(fā)明合成的熒光粉產(chǎn)物純凈、結(jié)晶優(yōu)良、發(fā)光效率高，不需要球磨粉碎和后處理即可直接應(yīng)用。所以本發(fā)明具有可靠、節(jié)能、高效、環(huán)保等優(yōu)勢，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號C09K11/79GK101429431SQ200810136550
公開日2009年5月13日 申請日期2008年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月18日
發(fā)明者哲 陳 申請人:哲 陳