鐠摻雜氟化鑭的有機(jī)無機(jī)雜化納米粉體及其制備方法和用圖
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鐠摻雜氟化鑭的有機(jī)無機(jī)雜化納米粉體及其制備方法和用途。納米粉體的化學(xué)式組成為La1?xPrxF3，化學(xué)式中的10?3≤x≤10?1，且La1?xPrxF3中的氟與表面活性劑中的碳以C?F化學(xué)鍵相連接組成有機(jī)無機(jī)雜化材料，材料為粒徑20～70nm的粉體；方法先按照La1?xPrxF3的成分比將相應(yīng)量的氧化鑭和氧化鐠以及硝酸水溶液于攪拌下配制成總稀土離子濃度為0.1～0.5mol/L的稀土硝酸鹽水溶液，再依次分別將表面活性劑水溶液和氟化銨加入稀土硝酸鹽水溶液中攪拌，得到前軀體溶液，之后，先將前軀體溶液置于密閉狀態(tài)下反應(yīng)，得到反應(yīng)液，再對冷卻了的反應(yīng)液依次進(jìn)行固液分離、洗滌和干燥的處理，制得目的產(chǎn)物。它受紫外光激發(fā)直接發(fā)出白光，極利于廣泛地商業(yè)化應(yīng)用于LED在室內(nèi)的照明。
【專利說明】
鐠摻雜氟化鑭的有機(jī)無機(jī)雜化納米粉體及其制備方法和用途
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種有機(jī)無機(jī)雜化納米粉體及制備方法和用途，尤其是一種鐠摻雜氟化鑭的有機(jī)無機(jī)雜化納米粉體及其制備方法和用途。
【背景技術(shù)】
[0002]上世紀(jì)90年代發(fā)光二極管(LED)和紫外LED的技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)化極大地推動(dòng)了半導(dǎo)體照明的發(fā)展。由于白光LED光源具有壽命長、體積小、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)迅速普及應(yīng)用到了日常的生活、工業(yè)生產(chǎn)等各個(gè)領(lǐng)域。目前，實(shí)現(xiàn)白光LED的主要途徑已如題為“White-Light-Emitting Single Phosphors via Triply Doped LaFsNanoparticles”，J.Phys.Chem.C，2013，117,12229-12238( “通過三重?fù)诫sLaF3納米粒子的白光熒光粉”，《物理化學(xué)C刊》2013年第117卷第12229?12238頁)的文章所述，其中之一的是在氮化鎵銦(InGaN)芯片上涂敷三基色或多種顏色的熒光粉，利用該芯片發(fā)出的近紫外(360?410nm)光來激發(fā)熒光粉而實(shí)現(xiàn)白光發(fā)射。這種途徑雖能獲得白光，卻也存在著不足之處，首先，能量轉(zhuǎn)換過程中能量的損失較大，得到的紅綠藍(lán)光能量較低，會(huì)使LED的流明效率和色彩還原性受到較大的影響;其次，制作白光LED器件的工藝復(fù)雜，成本過高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種單一基質(zhì)的熒光粉受激發(fā)后直接發(fā)出白光的鐠摻雜氟化鑭的有機(jī)無機(jī)雜化納米粉體。
[0004]本發(fā)明要解決的另一個(gè)技術(shù)問題為提供一種上述鐠摻雜氟化鑭的有機(jī)無機(jī)雜化納米粉體的制備方法。
[0005]本發(fā)明要解決的又一個(gè)技術(shù)問題為提供一種上述鐠摻雜氟化鑭的有機(jī)無機(jī)雜化納米粉體的用途。
[0006]為解決本發(fā)明的技術(shù)問題，所采用的技術(shù)方案為:鐠摻雜氟化鑭的有機(jī)無機(jī)雜化納米粉體包括具有LaF3化學(xué)式組成的氟化鑭基，特別是，
[0007]所述氟化鑭基摻雜后的化學(xué)式組成為La1-xPrxF3，化學(xué)式中的10—3彡X彡10—S且LahPrxF3中的氟與表面活性劑中的碳以C-F化學(xué)鍵相連接組成有機(jī)無機(jī)雜化材料；
[0008]所述有機(jī)無機(jī)雜化材料為粉體，所述粉體為顆粒狀，所述顆粒的粒徑為20?70nm。
[0009]作為鐠摻雜氟化鑭的有機(jī)無機(jī)雜化納米粉體的進(jìn)一步改進(jìn):
[0010]優(yōu)選地，顆粒為球形，或橢球形。
[0011]為解決本發(fā)明的另一個(gè)技術(shù)問題，所采用的另一個(gè)技術(shù)方案為:上述鐠摻雜氟化鑭的有機(jī)無機(jī)雜化納米粉體的制備方法包括水熱合成法，特別是主要步驟如下:
[0012]步驟I，先按照La1-JrxF3的成分比稱取相應(yīng)量的氧化鑭(La2O3)和氧化鐠(Pr2O3)后，將氧化鑭、氧化鐠和6?15mol/L的硝酸水溶液于攪拌下配制成總稀土離子濃度為0.1?
0.5mol/L的稀土硝酸鹽水溶液，再依次分別將0.1?0.5mol/L的表面活性劑水溶液和氟化銨(NH4F)加入稀土硝酸鹽水溶液中，攪拌至其反應(yīng)完全，得到前軀體溶液，其中，前軀體溶液中的總稀土離子、表面活性劑水溶液中的表面活性劑和氟化銨的摩爾比為1:0.5?2:3?4；
[0013]步驟2，先將前軀體溶液置于密閉狀態(tài)，于140?220 °C下反應(yīng)至少8h，得到反應(yīng)液，再對冷卻了的反應(yīng)液依次進(jìn)行固液分離、洗滌和干燥的處理，制得鐠摻雜氟化鑭的有機(jī)無機(jī)雜化納米粉體。
[0014]作為鐠摻雜氟化鑭的有機(jī)無機(jī)雜化納米粉體的制備方法的進(jìn)一步改進(jìn):
[0015]優(yōu)選地，表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)，或聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，或檸檬酸鈉，或十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)，或十二烷基硫酸鈉(SDS)。
[0016]優(yōu)選地，置于密閉狀態(tài)的前軀體溶液的反應(yīng)時(shí)間為8?24h。
[0017]優(yōu)選地，固液分離處理為離心分離，其轉(zhuǎn)速為8000?12000r/min、時(shí)間為5?15min0
[0018]優(yōu)選地，洗滌處理為使用去離子水和乙醇對分離得到的固態(tài)物進(jìn)行2?3次的交替清洗，清洗時(shí)分離固態(tài)物為離心分離。
[0019]優(yōu)選地，干燥處理為將清洗后的固態(tài)物置于60?100°C下烘干。
[0020]為解決本發(fā)明的又一個(gè)技術(shù)問題，所采用的又一個(gè)技術(shù)方案為:上述鐠摻雜氟化鑭的有機(jī)無機(jī)雜化納米粉體的用途為，
[0021]將鐠摻雜氟化鑭的有機(jī)無機(jī)雜化納米粉體作為熒光粉，用于使用紫外光對其進(jìn)行激發(fā)而發(fā)出白色光。
[0022]作為鐠摻雜氟化鑭的有機(jī)無機(jī)雜化納米粉體的用途的進(jìn)一步改進(jìn):
[0023]優(yōu)選地，紫外光的波長為320?410nm。
[0024]相對于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是:
[0025]其一，對制得的目的產(chǎn)物分別使用X射線衍射儀、透射電鏡、智能型傅立葉紅外-拉曼光譜儀和穩(wěn)態(tài)壽命熒光光譜儀進(jìn)行表征，由其結(jié)果可知，目的產(chǎn)物的化學(xué)式組成為La1-JrxF3，化學(xué)式中的10—3S X彡10—1，且La1-xPrxF3中的氟與表面活性劑中的碳以C-F化學(xué)鍵相連接組成有機(jī)無機(jī)雜化材料，該有機(jī)無機(jī)雜化材料為粒徑20?70nm的顆粒狀粉體，顆粒為球形，或橢球形。這種由LanPrxF3中的氟與表面活性劑中的碳以C-F化學(xué)鍵相連接組裝成的目的產(chǎn)物，受紫外光的激發(fā)發(fā)出了白色光。
[0026]其二，制備方法簡單、科學(xué)、高效。不僅制得了單一基質(zhì)的熒光粉受激發(fā)后直接發(fā)出白光的目的產(chǎn)物——鐠摻雜氟化鑭的有機(jī)無機(jī)雜化納米粉體;還有著制作白光LED器件的工藝簡單、成本低，使用維護(hù)便捷的特點(diǎn)；進(jìn)而使目的產(chǎn)物極易于廣泛地商業(yè)化應(yīng)用于LED在室內(nèi)的照明。
【附圖說明】
[0027]圖1是對制備方法制得的目的產(chǎn)物使用X射線衍射(XRD)儀進(jìn)行表征的結(jié)果之一。XRD譜圖表明目的產(chǎn)物由稀土鐠摻雜氟化鑭(LaF3:Pr3+)與表面活性劑雜化組成，其中的表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉。
[0028]圖2是對制得的目的產(chǎn)物使用智能型傅立葉紅外-拉曼光譜儀進(jìn)行表征的結(jié)果之一。圖中的曲線A為稀土鐠摻雜氟化鑭(LaF3 = Pr3+)的譜線，曲線B為目的產(chǎn)物的譜線；由其可知，稀土鐠摻雜氟化鑭(LaF3 = Pr3+)與表面活性劑雜化后形成了新的有機(jī)無機(jī)雜化材料一一目的產(chǎn)物，其中的表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉。
[0029]圖3是對制得的目的產(chǎn)物使用透射電鏡(TEM)進(jìn)行表征的結(jié)果之一。TEM圖像顯示出目的產(chǎn)物為納米級的顆粒物。
[0030]圖4是對制得的目的產(chǎn)物使用穩(wěn)態(tài)壽命熒光光譜儀進(jìn)行表征的結(jié)果之一。其結(jié)果證實(shí)了目的產(chǎn)物在320?410nm的紫外光激發(fā)下發(fā)出了白光。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選方式作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0032]首先從市場購得或自行制得:
[0033]氧化鑭;氧化鐠;硝酸水溶液;作為表面活性劑的十二烷基苯磺酸鈉、聚乙烯吡咯烷酮、檸檬酸鈉、十六烷基三甲基溴化銨和十二烷基硫酸鈉;氟化銨。
[0034]接著，
[0035]實(shí)施例1
[0036]制備的具體步驟為:
[0037]步驟I，先按照La0.!^99Pm1F3的成分比稱取相應(yīng)量的氧化鑭和氧化鐠后，將氧化鑭、氧化鐠和6mol/L的硝酸水溶液于攪拌下配制成總稀土離子濃度為0.lmol/L的稀土硝酸鹽水溶液。再依次分別將0.5mol/L的表面活性劑水溶液和氟化銨加入稀土硝酸鹽水溶液中，攪拌至其反應(yīng)完全，得到前軀體溶液;其中，前軀體溶液中的總稀土離子、表面活性劑水溶液中的表面活性劑和氟化銨的摩爾比為I =0.5:4,表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉。
[0038]步驟2，先將前軀體溶液置于密閉狀態(tài)，于140°C下反應(yīng)24h，得到反應(yīng)液。再對冷卻了的反應(yīng)液依次進(jìn)行固液分離、洗滌和干燥的處理;其中，固液分離處理為離心分離，其轉(zhuǎn)速為8000r/min、時(shí)間為15min，洗滌處理為使用去離子水和乙醇對分離得到的固態(tài)物進(jìn)行2次的交替清洗，清洗時(shí)分離固態(tài)物為離心分離，干燥處理為將清洗后的固態(tài)物置于60°C下烘干。制得近似于圖3所示，以及如圖1和圖2中的曲線所示的鐠摻雜氟化鑭的有機(jī)無機(jī)雜化納米粉體。
[0039]實(shí)施例2
[0040]制備的具體步驟為:
[0041]步驟I，先按照La0.995Pr0.QQ5F3的成分比稱取相應(yīng)量的氧化鑭和氧化鐠后，將氧化鑭、氧化鐠和9mol/L的硝酸水溶液于攪拌下配制成總稀土離子濃度為0.2mol/L的稀土硝酸鹽水溶液。再依次分別將0.4mol/L的表面活性劑水溶液和氟化銨加入稀土硝酸鹽水溶液中，攪拌至其反應(yīng)完全，得到前軀體溶液;其中，前軀體溶液中的總稀土離子、表面活性劑水溶液中的表面活性劑和氟化銨的摩爾比為1:0.9:3.8，表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉。
[0042]步驟2，先將前軀體溶液置于密閉狀態(tài)，于160°C下反應(yīng)20h，得到反應(yīng)液。再對冷卻了的反應(yīng)液依次進(jìn)行固液分離、洗滌和干燥的處理;其中，固液分離處理為離心分離，其轉(zhuǎn)速為9000r/min、時(shí)間為13min，洗滌處理為使用去離子水和乙醇對分離得到的固態(tài)物進(jìn)行2次的交替清洗，清洗時(shí)分離固態(tài)物為離心分離，干燥處理為將清洗后的固態(tài)物置于70°C下烘干。制得近似于圖3所示，以及如圖1和圖2中的曲線所示的鐠摻雜氟化鑭的有機(jī)無機(jī)雜化納米粉體。
[0043]實(shí)施例3
[0044]制備的具體步驟為:
[0045]步驟I，先按照La0.99Pr0.QiF3的成分比稱取相應(yīng)量的氧化鑭和氧化鐠后，將氧化鑭、氧化鐠和I lmol/L的硝酸水溶液于攪拌下配制成總稀土離子濃度為0.3mol/L的稀土硝酸鹽水溶液。再依次分別將0.3mol/L的表面活性劑水溶液和氟化銨加入稀土硝酸鹽水溶液中，攪拌至其反應(yīng)完全，得到前軀體溶液;其中，前軀體溶液中的總稀土離子、表面活性劑水溶液中的表面活性劑和氟化銨的摩爾比為1:1.3:3.5，表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉。
[0046]步驟2，先將前軀體溶液置于密閉狀態(tài)，于180°C下反應(yīng)16h，得到反應(yīng)液。再對冷卻了的反應(yīng)液依次進(jìn)行固液分離、洗滌和干燥的處理;其中，固液分離處理為離心分離，其轉(zhuǎn)速為10000r/min、時(shí)間為lOmin，洗滌處理為使用去離子水和乙醇對分離得到的固態(tài)物進(jìn)行3次的交替清洗，清洗時(shí)分離固態(tài)物為離心分離，干燥處理為將清洗后的固態(tài)物置于80 0C下烘干。制得如圖3所示，以及如圖1和圖2中的曲線所示的鐠摻雜氟化鑭的有機(jī)無機(jī)雜化納米粉體。
[0047]實(shí)施例4
[0048]制備的具體步驟為:
[0049]步驟I，先按照La0.95Pr0.Q5F3的成分比稱取相應(yīng)量的氧化鑭和氧化鐠后，將氧化鑭、氧化鐠和13mol/L的硝酸水溶液于攪拌下配制成總稀土離子濃度為0.4mol/L的稀土硝酸鹽水溶液。再依次分別將0.2mol/L的表面活性劑水溶液和氟化銨加入稀土硝酸鹽水溶液中，攪拌至其反應(yīng)完全，得到前軀體溶液;其中，前軀體溶液中的總稀土離子、表面活性劑水溶液中的表面活性劑和氟化銨的摩爾比為1:1.6:3.3，表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉。
[0050]步驟2，先將前軀體溶液置于密閉狀態(tài)，于200°C下反應(yīng)12h，得到反應(yīng)液。再對冷卻了的反應(yīng)液依次進(jìn)行固液分離、洗滌和干燥的處理;其中，固液分離處理為離心分離，其轉(zhuǎn)速為11000r/min、時(shí)間為8min，洗滌處理為使用去離子水和乙醇對分離得到的固態(tài)物進(jìn)行3次的交替清洗，清洗時(shí)分離固態(tài)物為離心分離，干燥處理為將清洗后的固態(tài)物置于90°C下烘干。制得近似于圖3所示，以及如圖1和圖2中的曲線所示的鐠摻雜氟化鑭的有機(jī)無機(jī)雜化納米粉體。
[0051 ] 實(shí)施例5
[0052]制備的具體步驟為:
[0053]步驟I，先按照La0.9Pr0.1F3的成分比稱取相應(yīng)量的氧化鑭和氧化鐠后，將氧化鑭、氧化鐠和15mol/L的硝酸水溶液于攪拌下配制成總稀土離子濃度為0.5mol/L的稀土硝酸鹽水溶液。再依次分別將0.lmol/L的表面活性劑水溶液和氟化銨加入稀土硝酸鹽水溶液中，攪拌至其反應(yīng)完全，得到前軀體溶液;其中，前軀體溶液中的總稀土離子、表面活性劑水溶液中的表面活性劑和氟化銨的摩爾比為I: 2: 3，表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉。
[0054]步驟2，先將前軀體溶液置于密閉狀態(tài)，于220°C下反應(yīng)Sh，得到反應(yīng)液。再對冷卻了的反應(yīng)液依次進(jìn)行固液分離、洗滌和干燥的處理;其中，固液分離處理為離心分離，其轉(zhuǎn)速為12000r/min、時(shí)間為5min，洗滌處理為使用去離子水和乙醇對分離得到的固態(tài)物進(jìn)行3次的交替清洗，清洗時(shí)分離固態(tài)物為離心分離，干燥處理為將清洗后的固態(tài)物置于100 0C下烘干。制得近似于圖3所示，以及如圖1和圖2中的曲線所示的鐠摻雜氟化鑭的有機(jī)無機(jī)雜化納米粉體。
[0055]再分別選用作為表面活性劑的聚乙烯吡咯烷酮或檸檬酸鈉或十六烷基三甲基溴化銨或十二烷基硫酸鈉，重復(fù)上述實(shí)施例1?5，同樣制得了如或近似于圖3所示，以及如或近似于圖1和圖2中的曲線所示的鐠摻雜氟化鑭的有機(jī)無機(jī)雜化納米粉體。
[0056]鐠摻雜氟化鑭的有機(jī)無機(jī)雜化納米粉體的用途為，
[0057]將鐠摻雜氟化鑭的有機(jī)無機(jī)雜化納米粉體作為熒光粉，用于使用紫外光對其進(jìn)行激發(fā)而發(fā)出白色光，得到如圖4所示的結(jié)果;其中，紫外光的波長為320?410nm。
[0058]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明的鐠摻雜氟化鑭的有機(jī)無機(jī)雜化納米粉體及其制備方法和用途進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若對本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鐠摻雜氟化鑭的有機(jī)無機(jī)雜化納米粉體，包括具有LaF3化學(xué)式組成的氟化鑭基，其特征在于: 所述氟化鑭基摻雜后的化學(xué)式組成為La1-XPrsF3，化學(xué)式中的10—3彡X彡10—S且La1-xPrxF3中的氟與表面活性劑中的碳以C-F化學(xué)鍵相連接組成有機(jī)無機(jī)雜化材料； 所述有機(jī)無機(jī)雜化材料為粉體，所述粉體為顆粒狀，所述顆粒的粒徑為20?70nm。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐠摻雜氟化鑭的有機(jī)無機(jī)雜化納米粉體，其特征是顆粒為球形，或橢球形。3.—種權(quán)利要求1所述鐠摻雜氟化鑭的有機(jī)無機(jī)雜化納米粉體的制備方法，包括水熱合成法，其特征在于主要步驟如下: 步驟I，先按照LahPrxF3的成分比稱取相應(yīng)量的氧化鑭和氧化鐠后，將氧化鑭、氧化鐠和6?15mol/L的硝酸水溶液于攪拌下配制成總稀土離子濃度為0.1?0.5mol/L的稀土硝酸鹽水溶液，再依次分別將0.1?0.5mol/L的表面活性劑水溶液和氟化銨加入稀土硝酸鹽水溶液中，攪拌至其反應(yīng)完全，得到前軀體溶液，其中，前軀體溶液中的總稀土離子、表面活性劑水溶液中的表面活性劑和氟化銨的摩爾比為1:0.5?2:3?4; 步驟2，先將前軀體溶液置于密閉狀態(tài)，于140?220 0C下反應(yīng)至少Sh，得到反應(yīng)液，再對冷卻了的反應(yīng)液依次進(jìn)行固液分離、洗滌和干燥的處理，制得鐠摻雜氟化鑭的有機(jī)無機(jī)雜化納米粉體。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鐠摻雜氟化鑭的有機(jī)無機(jī)雜化納米粉體的制備方法，其特征是表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉，或聚乙烯吡咯烷酮，或檸檬酸鈉，或十六烷基三甲基溴化銨，或十二烷基硫酸鈉。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鐠摻雜氟化鑭的有機(jī)無機(jī)雜化納米粉體的制備方法，其特征是置于密閉狀態(tài)的前軀體溶液的反應(yīng)時(shí)間為8?24h。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鐠摻雜氟化鑭的有機(jī)無機(jī)雜化納米粉體的制備方法，其特征是固液分離處理為離心分離，其轉(zhuǎn)速為8000?12000r/min、時(shí)間為5?15min。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鐠摻雜氟化鑭的有機(jī)無機(jī)雜化納米粉體的制備方法，其特征是洗滌處理為使用去離子水和乙醇對分離得到的固態(tài)物進(jìn)行2?3次的交替清洗，清洗時(shí)分離固態(tài)物為離心分離。8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鐠摻雜氟化鑭的有機(jī)無機(jī)雜化納米粉體的制備方法，其特征是干燥處理為將清洗后的固態(tài)物置于60?100 0C下烘干。9.一種權(quán)利要求1所述鐠摻雜氟化鑭的有機(jī)無機(jī)雜化納米粉體的用途，其特征在于: 將鐠摻雜氟化鑭的有機(jī)無機(jī)雜化納米粉體作為熒光粉，用于使用紫外光對其進(jìn)行激發(fā)而發(fā)出白色光。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的鐠摻雜氟化鑭的有機(jī)無機(jī)雜化納米粉體的用途，其特征是紫外光的波長為320?410nmo
【文檔編號(hào)】C09K11/85GK106085432SQ201610420314
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月7日 公開號(hào)201610420314.6, CN 106085432 A, CN 106085432A, CN 201610420314, CN-A-106085432, CN106085432 A, CN106085432A, CN201610420314, CN201610420314.6
【發(fā)明人】吳紅娥, 費(fèi)廣濤
【申請人】中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院