Y₂O₃:Eu³⁺納米球粉體的製備方法

2023-05-02 19:31:46 1

專利名稱：Y2O3:Eu3+納米球粉體的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種￥203: El^納米球粉體的製備方法，屬於無機納米材料製備工藝技術領域。
背景技術：
我國的稀土資源十分豐富，約佔世界已探明儲量的80%以上，工業儲量為世界第一。稀 土材料由於其獨特的電學、光學及化學性能而在高能磁性器件、發光器件、催化劑及其他功 能材料方面有著廣泛的應用。在這之中，稀土一直是發光材料的寶庫。氧化釔具有良好穩定 性及有效能量傳遞特點，且熱導率高，易於實現稀土離子的摻雜，這些優點使其成為一種良 好的發光材料基質(固體發光，吉林物理所&中國科學技術大學，1976， p57—p60)。在氧化 釔中摻進少量銪，可以作為紅色螢光粉和上轉換發光及雷射材料。Y203:E^+材料發光性能優 異，發光效率高，廣泛應用於光致發光，陰極射線發光及X射線發光領域，如高清晰度電視 (HDTV)，陰極射線管(CRT)，等離子顯示(PDP)和場致發射顯示器(FED) [Junying Zhang et al. Journal of Material Processing Technology ， 2002,121:265-268]。具有完好球形形貌，尺寸 小且分布窄及良好分散性的Y203:Ei^+粒子，由於其擁有較小裝載量就能達到較高的裝載密度 及較低的光散射率，使它應用在陰極射線發光和各類顯示器中，在較低電壓下就能具有高的 亮度和清晰度(Gareth Wakefield et al. Adv. Mater. 2001, 13, 1557-1560)。因此，丫203:￡113+納米 球發光材料具有許多優點，將有重要潛在應用前景。目前，對具有球形形貌的￥203王113+材料 的合成，並對其尺寸和分散性進行調控正成為無機材料製備工藝技術領域一個研究熱點。
美國專利US005525259介紹了一種在助熔劑作用下，把氧化釔和氧化銪混合物在高溫 1288"C保溫5小時，經過研磨和篩選工藝，得到平均尺寸為微米級的Y203:Eu"螢光燈粉。該 製備方法雖不是很複雜，但對設備要求較高，耗能大，不易推廣應用，而且產物尺寸較大， 會增加無輻射躍遷的概率，降低了其發光性能。美國專利US5116560、US5100598、US5116559， 這三個專利中分別採用不同酸的銨鹽或氨水做沉澱劑，再用草酸進行後續處理的兩步沉澱法 製備Y203:Ei^+粉體。這些方法缺點主要是工藝比較複雜。中國專利CN1239674中提出了一 種採用氨水和碳酸氫銨混合物作為複合沉澱劑，以共沉澱法並隨後進行煅燒製備得到了 Y203:Ei +納米粉體，產品單顆粒尺寸為60 80nm。雖然該製備方法條件比較溫和，但製備 程序繁瑣，所得納米顆粒形貌不規則，且團聚嚴重，降低了發光強度。而目前有關Y203:Eu3 +納米球粉體的製備在專利中尚未有報導。在文獻的相關報導中，有學者採用溶劑熱法製備出了由納米粒子隨機聚集而形成的 Y203:Eu"微米球，所得產物尺寸不是很均一。該製備方法條件苛刻，高溫高壓，實驗結果重 現性不是很好(Jun Yang etal. Crystal Growth &Design2007,Vol 7， No.4， 730-735)。有學者 採用噴霧高溫熱解法製得了Y203:Ei^+亞微米球，通過控制熱解溫度可以調控亞微米球尺寸。 但該製備法需要昂貴的生產設備，大大限制了其應用。同時，顆粒尺寸較大，發光效率並不 是很高(WeiningWangetal. Chem.Mater.2007， 19, 1723-1730)。有學者利用尿素為沉澱劑， 在溶液沸騰條件下進行均相沉積，然後對沉澱煅燒處理，製得尺寸在300—400nm的微米球。 該法雖然簡單，但產物中微米球團聚嚴重，降低了發光強度(J. Silver, et al.丄Phys. Chem. B 2001,105,9107-9112)。此外，製備Y203:Eu"球形粒子材料方法還有溶膠一凝膠法，但該法 通常工序繁多複雜；燃燒法獲得的粉體發光性能較差，而且需要後處理。當前常見的製備 Y203:EuS+球形粒子材料方法共有的缺點是球形尺寸較大，團聚較嚴重。

發明內容
本發明的目的之一是提供一種新型的、尺寸均一的、不易團聚、結構穩定的￥203: Eu3+ 納米球粉體。
本發明目的之二是提供一種工藝簡單、成本低、反應時間短的￥203: El^+納米球粉體的
製備方法。
本發明的一種￥203: El^納米球粉體的製備方法，其特徵在於具有以下的過程和步驟
a. 分別稱取以化學質量計的以下各原料:硝酸釔1.0 3.0mmol;硝酸銪0.05 0.15mmol; 尿素20 60mmol;十六烷基三甲基溴化銨0.1 0.3mmol;將上述各原料溶解於40 100ml的去離子水中，得到混合溶液；其中硝酸釔與硝酸銪的摩爾比為20: 1;作為 沉澱劑的尿素其加入量以硝酸釔用量為基準，其用量比例為20: 1;作為表面活性劑 的十六垸基三甲基溴化銨其加入量以硝酸釔用量為基準，其用量比例為O丄.1;
b. 將上述混合溶液轉移至圓底燒瓶中，在用磁力攪拌子攪拌條件下，加熱回流反應30 60min;加熱溫度為90 110'C;隨後冷卻至室溫，將所得白色沉澱物進行離心分離， 然後用去離子水洗滌多次以去除多餘的表面活性劑，再用無水乙醇洗滌；然後置於烘 箱中60'C溫度下烘乾，得到白色粉體；
c. 將上述乾燥後所得粉體利用程序控溫的馬弗爐，在空氣條件下以5tVmin的升溫速率 升至600 1000°C ，在此溫度下煅燒2 4小時；最終得到平均粒徑為100nm的Y203: Eu"納米球粉體。
4本發明方法可製得均一尺寸、不易團聚、結構穩定的￥203: El^+納米球粉體；納米球粉
體可在10 150nm範圍內進行調控。另外，納米球粉體粒徑小，而且分布範圍窄，其分散 性良好。本發明方法所製得的Y203: E^+納米球粉體還擁有優異的發光性能。本發明方法具 有工藝簡單，操作方便，結構易控等特點。


圖1為本發明中經600'C煅燒4小時後試樣的X射線衍射(XRD)圖譜。
圖2為本發明中經60(TC煅燒4小時後試樣的透射電子顯微鏡(TEM)照片。
圖3為在波長為254nm紫外光激發下的發射光譜。其中(a)為本發明方法製得的Y203:
E^+納米球粉體；(b)為某文獻報導方法製得的Y203: E^+納米棒材料。
具體實施例方式
現將本發明的具體實施例敘述於後。 實施例1:
(1) 分別稱取以化學質量計的以下各原料硝酸釔l.Ommol;硝酸銪0.05mmol;尿素 20mmoh十六烷基三甲基溴化銨O.lmmol;將上述各原料溶解於40ml的去離子水中，得到 混合溶液；在該溶液中，硝酸釔的濃度為25mmol/L，硝酸銪的濃度為1.25mmol/L，尿素的 濃度為50Ommol/L;另外加入表面活性劑O.lmmol;
(2) 將上述混合溶液轉移至圓底燒瓶中，在用磁力攪拌子攪拌條件下，加熱回流反應 50min;加熱溫度為105'C;隨後冷卻至室溫，將所得白色沉澱物進行離心分離，然後用去離 子水洗滌3次以去除多餘的表面活性劑，再用無水乙醇洗滌l次；然後置於烘箱中6(TC溫度 下烘千，得到白色粉體；
(3) 將上述乾燥後所得粉體利用程序控溫的馬弗爐，在空氣條件下以5'C/min的升溫速率 升至60(TC，在此溫度下煅燒4小時；最終得到平均粒徑為100nm的Y2O3: Eu"納米球粉體。
對所得樣品的檢測試驗
1、 經600'C煅燒4小時後樣品的X射線衍射(XRD)檢測
參見圖1，圖1為測試樣品的XRD圖譜，從圖1中可看出，其衍射峰都對應於體心立方
氧化釔晶型，沒有其他雜質相出現，表明EU203完全固溶於Y203晶格中。
2、 經600'C煅燒4小時後樣品的透射電子顯微鏡(TEM)測定。
參見圖2，圖2為試驗樣品的TEM照片，從圖2中可看出，球形直徑平均為100nm，大小分布均勾，分散性良好。 3、發射光譜測定
參見圖3，圖3為在波長為254nm紫外光激發下的發射光譜。其中(a)為本發明方法製得 的￥203: Ei +納米球粉體材料；(b)為某文獻報導方法製得的Y203: Ei^+納米棒材料。從圖3 可見，其發射主峰位於611nm處，這歸因於電子在Ei^+兩個能級上的缺遷5Do—7F2。從對 比中可看到，本發明製備的￥203: Ei^納米球材料具有比較優異的發光性能。
上述(b)的某文獻是指文獻資料[XingcaiWu et al.Joumal of Crystal Groweh, 2005, 277, 643-649]。
權利要求
1.一種Y2O3:Eu3+納米球粉體的製備方法，其特徵在於具有以下的過程和步驟a.分別稱取以化學質量計的以下各原料硝酸釔1.0～3.0mmol；硝酸銪0.05～0.15mmol；尿素20～60mmol；十六烷基三甲基溴化銨0.1～0.3mmol；將上述各原料溶解於40～100ml的去離子水中，得到混合溶液；其中硝酸釔與硝酸銪的摩爾比為20∶1；作為沉澱劑的尿素其加入量以硝酸釔用量為基準，其用量比例為20∶1；作為表面活性劑的十六烷基三甲基溴化銨其加入量以硝酸釔用量為基準，其用量比例為0.1∶1；b.將上述混合溶液轉移至圓底燒瓶中，在用磁力攪拌子攪拌條件下，加熱回流反應30～60min；加熱溫度為90～110℃；隨後冷卻至室溫，將所得白色沉澱物進行離心分離，然後用去離子水洗滌多次以去除多餘的表面活性劑，再用無水乙醇洗滌；然後置於烘箱中60℃溫度下烘乾，得到白色粉體；c.將上述乾燥後所得粉體利用程序控溫的馬弗爐，在空氣條件下以5℃/min的升溫速率升至600～1000℃，在此溫度下煅燒2～4小時；最終得到平均粒徑為100nm的Y2O3:Eu3+納米球粉體。
全文摘要
本發明涉及一種Y2O3:Eu3+納米球粉體的製備方法，屬於無機納米材料製備工藝技術領域。本發明製備方法的過程步驟如下(1)稱取各原料，以化學質量計，硝酸釔1.0～3.0mmol，硝酸銪0.05～0.15mmol，尿素20～60mmol，十六烷基三甲基溴化銨0.1～0.3mmol，將上述原料溶於40～100ml的去離子水中；(2)將上述混合溶液置於圓底燒瓶中，在磁力攪拌下不加熱回流反應30～60min；冷卻至室溫後進行分離，洗滌所得沉澱物，然後烘乾；(3)再在600～1000℃溫度下煅燒2～4小時，最終得到平均粒徑為100nm的Y2O3:Eu3+納米球粉體。經儀器檢測，本發明方法所得的樣品分散性良好，粒徑均勻，而且具有較優異的發光性能。
文檔編號C01F17/00GK101298337SQ20081004002
公開日2008年11月5日 申請日期2008年7月1日 優先權日2008年7月1日
發明者張登松, 施利毅, 楊浩鵬 申請人:上海大學