專利名稱：一種單一基質的多色長余輝發(fā)光材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種長余輝發(fā)光材料，具體涉及ー種三價稀土離子激活的單一基質多色長余輝發(fā)光材料，屬于發(fā)光材料技術領域。
背景技術：
長余輝發(fā)光材料是ー種新型環(huán)保節(jié)能材料，它能在吸收太陽光或紫外光的能量 后，將部分能量儲存起來，然后緩慢地把儲存的能量以可見光的形式釋放出來，在光源撤出后仍然可以長時間發(fā)出可見光。長余輝發(fā)光材料由于在顯示器的背光燈、標志照明、夜光涂料等方面均用廣泛的商業(yè)用途，因而從20世紀初以來在材料組成的研究、制備エ藝的研究等方面都得到了迅速的發(fā)展。從實際應用方面考慮，人們希望得到不同發(fā)光顏色甚至全部色彩范圍的長余輝發(fā)光材料。那么根據三原色原理，只要將余輝性能相近的紅色、緑色、藍色三種顏色的長余輝材料按ー定比例混合，就可以得到各種顏色的長余輝發(fā)光材料。但是這一方案必須要求三基色的發(fā)光強度和衰減時間都基本一致，目前藍、緑色長余輝發(fā)光材料的研究已比較成熟，但是紅色長余輝材料的發(fā)光強度和余輝時間都還達不到要求。并且，由于三基色長余輝發(fā)光材料基質不同的物理與化學特性，以及其發(fā)光中心離子激發(fā)波長范圍的區(qū)別，通過不同三基色長余輝發(fā)光材料的混合實現(xiàn)長余輝發(fā)光顏色變化的方案仍有待改善。

發(fā)明內容
為實現(xiàn)長余輝發(fā)光顏色變化，避免多種基質物理化學性能不同影響其發(fā)光性能及其三基色發(fā)光中心離子激發(fā)波長范圍的不同等問題，本發(fā)明的目的是提供一種單一基質、不同離子激活系列多色長余輝發(fā)光材料，以及上述長余輝發(fā)光材料的制備方法，通過下列技術方案實現(xiàn)。本發(fā)明的目的之ー是提供ー種單一基質的多色長余輝發(fā)光材料，其化學組成為CahOSnO2SiO2 xRe3+，其中CaSnSiO5為基質、Re3+為稀土離子作為激活劑離子，O ^ X ^ O. 02, Re 為 Pr、Sm、Tb、Dy 中的任意一種。本發(fā)明的另一目的在于提供上述發(fā)光材料的制備方法，通過高溫固相反應エ藝來制備，經過下列各步驟以碳酸鈣CaCO3、硅酸H2SiO3、氧化錫SnO2、稀土氧化物為原料，按目標產物的化學劑量比(Ca尚子Sn尚子Si尚子Re尚子=l-χ :1:1: x)稱取各組分并混合均勻后，在1000 1380°C下進行煅燒3 6h后自然冷卻至室溫，即制得多色長余輝發(fā)光材料，其化學組成為=CahOSnO2SiO2 xRe3+。所述稀土氧化物為氧化鐠Pr6O11、氧化釤Sm2O3、氧化鋱Tb4O7或氧化鏑Dy2O3。本發(fā)明通過采用激發(fā)ー種單一基質，通過摻雜不同類型的發(fā)光中心離子來實現(xiàn)長余輝發(fā)光顔色的變化，即可保證基質的物理化學性能不會影響其多色長余輝的發(fā)光，同時就可解決三基色發(fā)光中心激發(fā)光波長范圍不同的問題。本發(fā)明以錫硅酸鈣作為基質，以鐠離子、釤離子、鋱離子或鏑離子作為激活劑，制備的發(fā)光材料能吸收200 400nm范圍的紫外光能量，并通過不同稀土離子的摻雜，在該 單一基質中可分別實現(xiàn)藍光、紅光、綠光及白光的長余輝發(fā)射，在人眼能夠分辨的發(fā)光亮度 (0. 32mcd/m2)以上持續(xù)發(fā)光。本發(fā)明的制備方法簡單、易于操作。


圖I為樣品CaSnSiO5:0. OlRe3+CRe=Sm, Tb, Pr, Dy)的X射線衍射圖；圖中縱坐標為 衍射峰強度，橫坐標為衍射角度2 0。由X射線衍射圖譜可知，樣品與CaSnSiO5的標準XRD 衍射卡片圖譜一致，結合表達式中的摩爾配比，推斷其化合物為CaSnSiO5，屬于四方晶系結 構，空間群為P421m。圖2 為 CaSnSiO5 及 CaSnSiO5 = O. OlRe3+CRe=Sm, Tb, Pr, Dy)的發(fā)射光譜圖；圖中縱坐 標為發(fā)光強度，橫坐標為波長。在365nm紫外光激發(fā)下,CaSnSiO5樣品呈現(xiàn)420nm 580nm 的寬帶發(fā)射光譜。圖3為CaSnSiO5:0. OlRe3+ (Re=Sm, Tb，Pr，Dy)的雙對數余輝衰減曲線；圖中縱坐 標為相對亮度，橫坐標為余輝時間。其測試條件為室溫下，用IOOO^r±5%光源激發(fā)樣品 IOmin,等待時間為Is。
具體實施例方式下面結合實施例對本發(fā)明做進ー步說明。實施例I
以碳酸鈣CaCO3O. 5000克、硅酸H2SiO3O. 3905克、氧化錫SnO2O. 7536克為原料，按目標 產物的化學劑量比(Ca離子Sn離子Si離子=I I I)稱取各組分并混合均勻后， 在1380°C下進行煅燒4h后自然冷卻至室溫，即制得多色長余輝發(fā)光材料，其化學組成為 CaOSnO2SiO2。該材料外觀呈淺白色，經XRD鑒定其為CaSnSiO5物相。經太陽光或紫外線照射后， 在暗處呈現(xiàn)出藍色余輝發(fā)光，該材料在人眼能夠分辨的發(fā)光亮度(0. 32mcd/m2)以上還能夠 發(fā)光3分鐘以上。對實例材料進行光譜測試，其發(fā)射波長位于420nm處。實施例2
以碳酸鈣CaCO3O. 495克、硅酸H2SiO3O. 3905克、氧化錫SnO2O. 7536克、氧化釤 Sm2O3O. 00872克為原料，按目標產物的化學劑量比(Ca離子Sn離子Si離子Re離子 =0. 99 : I : I : 0.01)稱取各組分并混合均勻后，在1200°C下進行煅燒6h后自然冷卻至 室溫，即制得多色長余輝發(fā)光材料，其化學組成為=Caa99OSnO2SiO2 0. OISm3+。該材料外觀呈白色，XRD測試結果表明其為CaSnSiO5物相。經太陽光或紫外線照 射后，在暗處呈現(xiàn)出橙紅余輝發(fā)光，該材料在人眼能夠分辨的發(fā)光亮度(0. 32mcd/m2)以上 還能夠發(fā)光20分鐘以上(圖3)。對實例材料進行光譜測試，其發(fā)射波長位于600nm處(圖 2)。實施例3
以碳酸鈣CaCO3O. 495克、硅酸H2SiO3O. 3905克、氧化錫SnO2O. 7536克、氧化鋱 Tb4O7O. 00935克為原料，按目標產物的化學劑量比(Ca離子Sn離子Si離子Re離子 =0. 99 : I : I : 0.01)稱取各組分并混合均勻后，在1000°C下進行煅燒3h后自然冷卻至室溫，即制得多色長余輝發(fā)光材料，其化學組成為=Caa99OSnO2SiO2 0.01Tb3+。該材料外觀呈淺白色，XRD測試結果表明其為CaSnSiO5物相。經太陽光或紫外線照射后，在暗處呈現(xiàn)出緑色余輝發(fā)光，該材料在人眼能夠分辨的發(fā)光亮度(O. 32mcd/m2)以上還能夠發(fā)光I小時以上。對實例材料進行光譜測試，其發(fā)射波長位于542nm處。實施例4
以碳酸鈣CaCO3O. 495克、硅酸H2SiO3O. 3905克、氧化錫SnO2O. 7536克、氧化鐠Pr6O11O. 00851克為原料，按目標產物的化學劑量比(Ca離子Sn離子Si離子Re離子=0. 99 : I : I : O. 01)稱取各組分并混合均勻后，在1380°C下進行煅燒6h后自然冷卻至 室溫，即制得多色長余輝發(fā)光材料，其化學組成為=Caa99OSnO2SiO2 O. OlPr3+。所述稀土氧化物為、氧化釤Sm2O3、氧化鋱Tb4O7或氧化鏑Dy2O3。該材料外觀呈淺白色，用XRD測試，發(fā)現(xiàn)其具有與CaSnSiO5相同的衍射圖譜，表明其具有與CaSnSiO5有相同的晶體結構。經太陽光或紫外線照射后，在暗處呈現(xiàn)出藍色余輝發(fā)光，該材料在人眼能夠分辨的發(fā)光亮度(O. 32mcd/m2)以上還能夠發(fā)光10分鐘以上。對實例材料進行光譜測試，其發(fā)射波長位于489nm處。實施例5
以碳酸鈣CaCO3O. 495克、硅酸H2SiO3O. 3905克、氧化錫SnO2O. 7536克、氧化鏑Dy2O3O. 00933克為原料,按目標產物的化學劑量比(Ca尚子Sn尚子Si尚子Re尚子=0. 99 : I : I : O. 01)稱取各組分并混合均勻后，在1000°C下進行煅燒6h后自然冷卻至室溫，即制得多色長余輝發(fā)光材料，其化學組成為=Caa99OSnO2SiO2 O. OlDy3+。該材料外觀呈白色，用XRD測試，發(fā)現(xiàn)其具有與CaSnSiO5相同的衍射圖譜，表明其具有與CaSnSiO5有相同的晶體結構。經太陽光或紫外線照射后，在暗處呈現(xiàn)出白色余輝發(fā)光，該材料使人眼在完全黑暗環(huán)境下能夠分辨的發(fā)光亮度(O. 32mcd/m2)以上還能夠發(fā)光30分鐘以上。對該材料進行光譜測試，它的發(fā)射波長位于573nm處用X_ray粉末衍射儀(XRD ；Model D/max-2400, Rigaku Co. Ltd. Japan)測定樣品物相；用 FLS920T 型熒光光譜儀測量樣品發(fā)射光譜；用PR-305長余輝熒光粉特性測試系統(tǒng)測試余輝衰減曲線。實施例6
以碳酸鈣CaCO3O. 490克、硅酸H2SiO3O. 3905克、氧化錫SnO2O. 7536克、氧化鋱Tb4O7O. 01869克為原料,按目標產物的化學劑量比(Ca尚子Sn尚子Si尚子Re尚子=0. 98 : I : I : O. 02)稱取各組分并混合均勻后，在1000°C下進行煅燒3h后自然冷卻至室溫，即制得多色長余輝發(fā)光材料，其化學組成為=Caa98OSnO2SiO2 0.02Tb3+。該材料外觀呈淺白色，XRD測試結果表明其為CaSnSiO5物相。經太陽光或紫外線照射后，在暗處呈現(xiàn)出緑色余輝發(fā)光，該材料在人眼能夠分辨的發(fā)光亮度(O. 32mcd/m2)以上還能夠發(fā)光I小時以上。對實例材料進行光譜測試，其發(fā)射波長位于542nm處。
權利要求
1.一種單一基質的多色長余輝發(fā)光材料，其特征在于化學組成為CahOSnC^SiC^ xRe3+，其中CaSnSi05為基質、Re3+為稀土離子作為激活劑離子，0≤x≤0. 02，Re為Pr、Sm、 Tb、Dy中的任意一種。
2.—種權利要求1所述單一基質的多色長余輝發(fā)光材料的制備方法，其特征在于經過 下列各步驟以碳酸鈣、硅酸、氧化錫、稀土氧化物為原料，按目標產物的化學劑量比稱取各 組分并混合均勻后，在1000 1380°C下進行煅燒3 6h后自然冷卻至室溫，即制得多色長 余輝發(fā)光材料，其化學組成為Ca^OSnC^SiC^ xRe3+。
3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于所述稀土氧化物為氧化鐠、氧化釤、 氧化鋱或氧化鏑。
全文摘要
本發(fā)明提供一種單一基質的多色長余輝發(fā)光材料及其制備方法，其化學組成為Ca1-xOSnO2SiO2︰xRe3+，其中CaSnSiO5為基質、Re3+為稀土離子作為激活劑離子，0≤x≤0.02，Re為Pr、Sm、Tb、Dy中的任意一種。以碳酸鈣、硅酸、氧化錫、稀土氧化物為原料，按目標產物的化學劑量比稱取各組分并混合均勻后，在1000～1380℃下進行煅燒3～6h后自然冷卻至室溫，即制得多色長余輝發(fā)光材料。在該單一基質中可分別實現(xiàn)藍光、紅光、綠光及白光的長余輝發(fā)射，在人眼能夠分辨的發(fā)光亮度(0.32mcd/m2)以上持續(xù)發(fā)光。且本發(fā)明的制備方法簡單、易于操作。
文檔編號C09K11/66GK102660271SQ20121012865
公開日2012年9月12日 申請日期2012年4月28日 優(yōu)先權日2012年4月28日
發(fā)明者余雪, 宋志國, 徐旭輝, 楊勇, 楊正文, 趙宗彥, 邱建備 申請人:昆明理工大學