矽酸鹽藍色光致發光材料製備法的製作方法
2023-05-30 07:28:36
專利名稱：矽酸鹽藍色光致發光材料製備法的製作方法
技術領域：
本發明屬於光電材料技術領域，特別是一種共摻銪和鏑離子的矽酸鹽藍色光致發光長餘輝材料的氣溶膠製備方法。
背景技術：
現有商業長餘輝材料以鋁酸鹽體系為主，SrAl2O4:Eu，Dy、CaAl2O4:Eu，Nd和Sr4Al14O25:Eu，Dy是主要的品種。為了克服現有鋁酸鹽長餘輝材料的化學穩定性差的不足，發展了矽酸鹽體系的長餘輝材料(ZL98105078)。這些發光材料大都採用傳統的固相法製備。固相法的特點是，原料需要球磨工序，以充分混合各組分；燒成溫度高，通常要加入助熔劑；最終產物也需要球磨，這通常導致亮度降低；產物容易存在雜相等。
採用可溶鹽(通常為各組分的硝酸鹽)溶液的噴霧-熱解法具有物相純、顆粒細小特點，是一個重要的製備技術路線。主要不足有，原料採用完全硝酸鹽離子溶液時，引入大量硝酸根離子，在高溫燒成工序分解產生氮氧化物，對環境造成危害；得到的發光材料顆粒容易破碎或形成空殼顆粒。
發明內容本發明的目的在於提供一種共摻銪和鏑的矽酸鹽藍色光致發光材料製備法。該方法採用預先埋入納米尺度的二氧化矽顆粒的氣凝膠技術，既能增加發光材料中有效組分的比例，減少汙染，使原料組分混合均勻，還能使最終發光材料的大小和形貌容易得到控制。
本發明的技術方案公開了一種共摻銪和鏑的矽酸鹽藍色光致發光材料製備法。該方法採用納米二氧化矽顆粒作為螢光體矽源，用弱酸進行膠溶，並加入分散劑，與鍶、鎂、銪和鏑的可溶鹽一起配成均勻溶液後霧化，形成球形幹凝膠顆粒，該顆粒再進行還原熱分解反應，即可得到矽酸鹽藍色光致發光長餘輝材料。
本發明提供的製備方法先配製矽膠溶液，再霧化成幹凝膠顆粒，最後經過一次燒成得到組分分布均勻的矽酸鹽發光材料，與現有技術相比具有幾大特點1)廉價的納米二氧化矽既作產物的矽源，也作為幹凝膠和顆粒結晶的中心，減小汙染，防止或減少空殼發光顆粒的產生；2)原料成分在納米、原子、分子尺度水平上混合均勻；3)螢光體燒成溫度降低，有助於節能；4)螢光體顆粒為幾個微米大小，取消球磨工序；5)該材料在430nm以下波長的光的激發下發出420-520nm的光，峰值在468nm。餘輝時間16小時以上，適合規模化生產。
附圖1是本發明的矽酸鹽發光材料的X射線衍射圖；附圖2是本發明的矽酸鹽發光材料的激發光譜圖；附圖3是本發明的矽酸鹽發光材料的發射光譜圖。
具體實施方式
本發明製備摻銪和鏑離子的矽酸鹽藍色光致發光長餘輝材料的氣溶膠方法，主要包括制膠體，氣凝膠和高溫灼燒步驟。該方法採用納米尺度的二氧化矽顆粒作為預埋晶種，用弱酸進行膠溶，並加入少量分散劑，與鍶、鎂、銪和鏑的可溶鹽按計量比一起配成均勻溶液後霧化，使液滴內的水在飛行過程中蒸發，形成組分分布均勻的球形幹凝膠顆粒。該顆粒再進行還原熱分解反應，即可得到矽酸鹽藍色光致發光長餘輝材料。其中所說的螢光體基質組成為Sr2MgSi2O7:Eu,Dy；所說的螢光體的矽源採用納米二氧化矽，純度為99.9-99.99％(百分重量)，大小為5-40納米。膠溶用蒸餾水配液，控制二氧化矽∶水(重量比)＝1∶20～40，pH＝2～4；所說的螢光體成分中的鍶、鎂採用可溶於水的硝酸鹽或乙酸鹽，純度≥99.9％(百分重量)，數量按化學計量比加入二氧化矽溶膠；所說的往二氧化矽溶膠中加入銪和鏑的化合物，銪和鏑採用可溶於水的硝酸鹽或乙酸鹽，純度≥99.99％(百分重量)，數量按鍶∶銪(原子摩爾數)＝1∶0.01～0.05計，鏑為銪的1-3倍；所說的往二氧化矽溶膠中加入固體烷基三甲基類或固體聚乙烯醇表面活性劑，數量按溶膠∶表面活性劑(百分重量比)＝0.5-3％計；所說的採用溶膠空氣霧化，是在壓縮空氣溫度110℃～250℃，乾燥空氣量100～300m3/h，物料流1～2L/h下對摻雜氧化矽膠體進行霧化，得到幹凝膠顆粒；所說的顆粒在弱還原氣氛中，及燒成溫度1000℃～1400℃，時間2-4小時中進行高溫燒成，還原氣氛可以採用N2+H2、活性炭還原、氨分解氣體或煤氣中的一種。
下面的實例是為了進一步闡明本發明的工藝過程特徵而非限制本發明。
實例1按照二氧化矽∶水(重量比)＝1∶20，把大小為10納米大小的SiO2加入到蒸餾水中，用少量硝酸調pH＝2，再按照Sr2MgSi2O7式子計算加入理論量的硝酸鍶和硝酸鎂，按鍶∶銪(原子摩爾數)＝0.01加入硝酸銪，鏑為銪的2倍，再按溶膠∶烷基三甲基類表面活性劑(百分重量比)＝0.1計加入，進行機械攪拌成溶膠，溶膠靜置1小時；設置空氣霧化參數為入口溫度110℃，乾燥空氣量100m3/h，物料流2L/h，得到幹凝膠顆粒；在水平管式爐內通入流量為2L/h的N2+5％H2(體積比)混合氣體，在1000℃下燒成2小時後，得到發光材料，顆粒大小為5微米。
附圖1是該實例的矽酸鹽發光材料的X射線衍射(XRD)圖，附圖2是該實例的矽酸鹽發光材料的激發光譜圖，附圖3是該實例的矽酸鹽發光材料的發射光譜圖。
實例2按照二氧化矽∶水(重量比)＝1∶30，把大小為20納米大小的SiO2加入到蒸餾水中，用少量硝酸調pH＝3，再按照Sr2MgSi2O7式子計算加入理論量的硝酸鍶和硝酸鎂，按鍶∶銪(原子摩爾數)＝0.02加入硝酸銪，鏑為銪的3倍，再按溶膠∶烷基三甲基類表面活性劑(百分重量比)＝1％計加入，進行機械攪拌成溶膠，溶膠靜置2小時；設置空氣霧化參數為入口溫度150℃，乾燥空氣量200m3/h，物料流2L/h，得到幹凝膠顆粒；用活性炭還原，在1200℃下高溫升降爐內燒成3小時後，得到發光材料，顆粒大小為3微米，呈球形。產品的XRD圖譜、激發光譜和發射光譜與實例1相似。
實例3按照二氧化矽∶水(重量比)＝1∶40，把大小為40納米大小的SiO2加入到蒸餾水中，用少量硝酸調pH＝2.5，再按照Sr2SiO4式子計算加入理論量的硝酸鍶和硝酸鎂，按鍶∶銪(原子摩爾數)＝0.06加入硝酸銪，，鏑為銪的4倍，再按溶膠∶烷基三甲基類表面活性劑(百分重量比)＝3％計加入，進行機械攪拌成溶膠，溶膠靜置3小時；設置空氣霧化參數為入口溫度200℃，乾燥空氣量300m3/h，物料流2L/h，得到幹凝膠顆粒；在水平管式爐內通入流量為2L/h的N2+5％H2(體積比)混合氣體，在1300℃下燒成2小時後，得到發光材料，顆粒大小為1微米，呈球形。產品的XRD圖譜、激發光譜和發射光譜與實例1的相似。
權利要求
1.一種矽酸鹽藍色光致發光材料製備法，其特徵是採用二氧化矽顆粒作為螢光體矽源，用弱酸進行膠溶，並加入分散劑，與鍶、鎂、銪和鏑的可溶鹽一起配成均勻溶液後霧化，形成球形幹凝膠顆粒，該顆粒再進行還原熱分解反應，即可得到矽酸鹽藍色光致發光長餘輝材料。
2.如權利要求1所述的製備方法，其特徵在於所說的螢光體基質組成為Sr2MgSi2O7:Eu，Dy。
3.如權利要求2所述的製備方法，其特徵在於所說的螢光體矽源採用納米二氧化矽，純度按百分重量為99.9-99.99％，大小為5-40納米。
4.如權利要求3所述的製備方法，其特徵在於所說的膠溶用蒸餾水配液，按重量比控制二氧化矽∶水＝1∶20～40，pH＝2～4。
5.如權利要求1或4所述的製備方法，其特徵在於所說的螢光體成分中的鍶、鎂、銪和鏑採用可溶於水的硝酸鹽或乙酸鹽，純度≥99.9％(百分重量)，數量按化學計量比，以及原子摩爾數鍶∶銪＝1∶0.01～0.05計，鏑為銪的1-3倍，一起加入到二氧化矽溶膠。
6.如權利要求5所述的製備方法，其特徵在於所說的分散劑是固體烷基三甲基類或固體聚乙烯醇表面活性劑，數量是溶膠重量的0.5-3％。
7.如權利要求1或6所述的製備方法，其特徵在於所說的溶液霧化，是在壓縮空氣溫度110℃～250℃，乾燥空氣量100～300m3/h，物料流1～2L/h下對摻雜氧化矽膠體進行霧化，得到幹凝膠顆粒。
8.如權利要求1或6所述的製備方法，其特徵在於所說的顆粒在弱還原氣氛，及燒成溫度1000℃～1400℃，時間2-4小時中進行高溫燒成。
9.如權利要求7所述的製備方法，其特徵在於所說的顆粒在弱還原氣氛，及燒成溫度1000℃～1400℃，時間2-4小時中進行高溫燒成。
10.如權利要求8或9所述的製備方法，其特徵在於所說的燒成還原氣氛可以採用N2+H2、活性炭還原、氨分解氣體或煤氣中的一種。
全文摘要
本發明提供一種矽酸鹽藍色光致發光材料製備法的氣溶膠製備方法，屬發光材料技術領域。該方法的特徵是採用納米尺度的二氧化矽顆粒作為預埋晶種，用弱酸進行膠溶，並加入少量表面活性劑，與鍶、鎂、銪和鏑的化合物按計量比一起配成均勻溶液後霧化，使液滴內的水在飛行過程中蒸發，形成組分分布均勻的球形幹凝膠顆粒。該凝膠顆粒進行還原熱分解，即可得到矽酸鹽藍色光致發光長餘輝材料。本方法組合液相法、溶膠－凝膠法和噴霧熱分解法的優點，發光材料為幾個微米大小的疏鬆顆粒，不需球磨處理，餘輝時間16小時以上，適合規模化生產。
文檔編號C09K11/79GK1793284SQ20051012225
公開日2006年6月28日 申請日期2005年12月9日 優先權日2005年12月9日
發明者王達健, 李嵐, 王繼磊 申請人:天津理工大學