多離子激活的鹼土鋁酸鹽光致長餘輝發光材料及製造方法
2023-07-16 01:25:16 1
專利名稱：多離子激活的鹼土鋁酸鹽光致長餘輝發光材料及製造方法
技術領域：
本發明屬新材料及其製造合成技術，特別涉及的是一種多離子激活的鹼土鋁酸鹽光致長餘輝發光材料及製造方法。
傳統的光致長餘輝發光材料是硫化物類螢光粉，主要用於製作夜光鐘錶、儀表等，多年來世界各國對這類材料及製品的研究開發作了大量的工作，並開闢了一些新的應用領域，如英國利用硫化物類螢光粉開發出發光漆，應用在建築上，代替大樓火災斷電時的應急燈，使人們可以迅速地穿過塗有發光漆的黑暗走廊和樓梯；日本製成發光紙，貼在船艙過道、救生設施上，以利於應付突發事件。
光致長餘輝發光材料的研究開發，世界各國基本上圍繞著硫化物類螢光材料，改進原料配方、合成工藝，減少對環境影響等方面進行開發研製。不過傳統硫化物螢光材料的致命弱點是餘輝可見發光時間較短，僅為0.5-2小時以內，為了延長可見發光時間，不得不在材料中摻雜放射性元素(如鈷、鐳、氚等)，且材料本身又含有有毒物質(如鎘、砷等)，這勢必帶來環境汙染，再加之合成工藝複雜，穩定性差等原因，大大限制該材料的推廣及應用。探討新型光致長餘輝發光材料成為人們所關心的課題。
1992年楊麗罄、肖宇馳在其「夜光塗料」發明專利申請中(中國專利公開號CN1084535A)，提出了稀土離子銪激活的鹼土鋁酸鹽光致長餘輝發光材料這一新型材料，其材料的餘輝發光超過了傳統的硫化物類螢光粉，具有一定的實用價值；圍繞著這一新型材料的進一步研究，肖志國、楊麗馨提出了多種稀土離子激活的鹼土鋁酸鹽長餘輝發光材料(中國專利申請號94100031.1和94106032.2)，其材料性能得到了進一步的提高。
為了探討以鹼土鋁酸鹽為基質的發光材料的性能潛力，提高材料的發光亮度和蓄光能力，改進其合成工藝方法，以期達到發光性能優越，製造方法經濟方便。針對以鹼土鋁酸鹽為基質的發光材料進行了深入的研究。
本發明所制出的新型發光材料是一種多離子激活的鹼土鋁酸鹽光致長餘輝發光材料，其主要化學表示式是aM1-x-y-zO·bAl2O3Eux.Ay.Bz其中M為鹼土金屬離子Ca.Mg.Ba.Sr中至少一種離子A為稀土離子中Ce.Tb.Dy中至少一種離子B為非稀土離子Sb.Sn中至少一種離子X為摩爾係數0.003-0.2Y為摩爾係數0.003-0.2Z為摩爾係數0.001-0.15
a.b為係數a/b＝0.2-5此材料的合成工藝既可按傳統的發光材料的合成方法進行，又可按本發明的製造方法製備，即傳統的發光材料製備方法是將含有上述主要化學式中的元素或離子的化合物原料(如氧化物、碳酸鹽物、氯化物及助溶劑等材料)，按比例經研磨機研細混均後，製得發光材料的混合原料。將該混合原料裝入坩堝中(如氧化鋁或石英坩堝)，放入高溫爐或燧道窯中，在還原氣氛下(如通入N2和H2混合的還原性氣體)，在1200-1600℃溫度下，加熱2-10小時後，取出研細處理後既得多離子激活的鹼土鋁酸鹽光致長餘輝發光材料。
為了探討經濟、方便、安全的製造方法，發明了新的生產工藝，在氣體還原工藝中，使用了NH3氣體，利用NH3氣體高溫時分解成N2和H2，實現氣體的還原作用。本方法與傳統氣體還原方法相比，具有經濟、安全等特點，材料的合成質量也得到了改善。
本發明的製造方法另一方法是，在材料的製造工藝中，採用壓塊灼燒工藝。傳統發光材料製造，是將混合原料裝入坩堝中，以坩堝作為容器進行高溫合成，其坩堝消耗量大，生產成本高，生產效率低。本方法是將混合原料在壓力機下經5-1000kg/cm2壓力壓製成0.03-2kg重的塊狀體(如圓柱體、方塊體)，將此塊體直接放入高溫爐中灼燒，即得發光效果良好的新材料，具有顯著的經濟性，提高生產效率，降低了生產成本。
綜合考慮材料的發光性能，材料的合成反應條件等因素，在材料的合成配比中引入了少量的其它化合物材料，如H3PO4.SiO2.Ga2O3.HBO3.B2O3.KCl.Na2CO3等材料，提高了材料的合成質量。
上述方法工藝製得的多離子激活的鹼土鋁酸鹽長餘輝發光材料經光譜儀測試，在太陽光或日光燈或短波可見光激發下，發射光譜為420-650nm段寬帶發射譜，峰值隨工藝配比的改變，在460-580nm之間，可呈藍、綠、黃體色發光，發光餘輝可持續12小時以上。監測460-580nm處的發射光，其激發光譜為500-240nm寬帶吸收譜，370nm處為強吸收譜峰。這說明該材料對短波可見光具有很強的吸收作用；經對材料進行X-光衍射分析，其主要成分為SrAl2O4該新型的多離子激活的發光材料其發光性能相對稀土離予(Eu.Ce.Tb.Dy)激活的鹼土鋁酸鹽發光材料，在相同的合成條件下，其發光亮度及餘輝亮度明顯增強10％以上。這是由於非稀土離子的引入，增強了材料對短波可見光的吸收，提高了材料的發光亮度，增強了對光的儲存能力，其餘輝光的強度也得以增大。
該新型材料由於其發光亮度高，餘輝時間長，穩定性好等特點，可廣泛用於製作各類長餘輝發光製品，在黑暗條件下呈現良好的指示、標識和裝飾等效果。
本發明的特點是1、合成了新型多離子激活的鹼土鋁酸鹽光致長餘輝發光材料。該材料由於其稀土離子(Eu.Ce.Tb.Dy)和非稀土離子(Sb.Sn)的共激活作用，提高了材料的對短波可見光的吸收和儲存能力。其發光強度和餘輝強度具有顯著的提高，擴大了材料的使用領域。
2、發明了新的製造工藝方法，使用了NH3氣體作為還原性氣體，提高了材料的合成質量，具有安全、經濟特點，採用了混合原料壓塊工藝，改變了材料合成時以坩堝作容器的傳統工藝，具有顯著的經濟性，提高了生產效率，降低了生產成本。
實例1多離子激活的鹼土鋁酸鹽光致長餘輝發光材料合成製造所用原料品種與用量為Al2O338.6kgGa2O30.15kgBaCO31.2kg SrHPO40.1kg
SrCO3 57kgB2O3 3.8kgMgO 0.5kgEu2O3 0.75kgBaCl20.1kgCeO2 0.5kgSb2O30.3kg按比例稱取上述原料經研磨機研細混勻後，在壓機上經50kg/cm2壓力下壓製成0.15kg重的圓柱體，將其放入高溫電爐中，通入NH3氣體，經1380℃高溫連續加熱4小時，取出研細後即得多離子激活的鹼土鋁酸鹽發光材料。
實例2多離子激活的鹼土鋁酸鹽光致長餘輝發光材料合成製造所用原料品種與用量為Al2O3 49kgCaHPO4 0.4kgCaCO3 3kg SiO2 0.05kgSrCO3 52kg SrCl20.2kgMgCl21.2kg Dy2O3 4.3kgHBO3 4.2kg SnO2 1.2kgEu2O33.2kg按比例稱取上述原料經研磨機研細混勻後，在壓機上經200kg/cm2壓力下壓製成1.2kg重的方塊體，將其放入高溫電爐中，通入NH3氣體，經1420℃高溫連續加熱9小時，取出研細後即得多離子激活的鹼土鋁酸鹽發光材料。
權利要求
1.一種多離子激活的鹼土鋁酸鹽光致長餘輝發光材料，是由氧化鋁、鹼土金屬化合物、稀土離子和非稀土離子為主組成的化合物，其特徵為在其化合物中含有非稀土離子B(Sb.Sn)，其主要化學表示式為aM1-x-y-zO·bAl2O3Eux.Ay.Bz其中M為鹼土金屬離子Ca.Mg.Ba.Sr中至少一種離子A為稀土離子中Ce.Tb.Dy中至少一種離子B為非稀土離子Sb.Sn中至少一種離子X為摩爾係數0.003-0.2Y為摩爾係數0.003-0.2Z為摩爾係數0.001-0.15a.b為係數a/b＝0.2-5
2.一種多離子激活的鹼土鋁酸鹽光致長餘輝發光材料的製造方法，其發明的特徵是在高溫爐內合成材料時，使用了NH3氣體。
3.如權力要求書2中所述的製造方法，其特徵是在材料製造過程中採用原料壓塊工藝，即將混合原料在高溫固相反應前，在5-1000kg/cm2壓力下，壓製成0.03-2kg重的塊體。
全文摘要
一種多離子激活的鹼土鋁酸鹽光致長餘輝發光材料及製造方法，其材料是以鹼土鋁酸鹽為主要發光基質，稀土離子(Eu.Ce.Tb.Dy)和非稀土離子(Sb.Sn)共激活的多離子激活的發光材料；其製造方法是先將發光材料的混合原料壓製成塊體，之後放入高溫爐(或隧道窯)中，通入氣體NH
文檔編號C09K11/77GK1115779SQ94117228
公開日1996年1月31日 申請日期1994年10月17日 優先權日1994年10月17日
發明者肖志國, 楊麗馨 申請人:肖志國, 楊麗馨