一种球形氮氧化物荧光粉及其制备方法技术

本发明专利技术属于材料科学技术领域。一种球形氮氧化物荧光粉，荧光粉具有如下化学通式：Na6Ca3‑xSi6O18‑3y/2Ny:xEu2+，所述x、y的取值范围为0.01≤x≤0.2，0.01≤y≤3。本发明专利技术以三维有序的大孔结构的碳模板或聚苯乙烯等聚合物作为类球形氮氧化物荧光粉制备的模板，具有原料价格低廉和产物形貌可控的优点。

Spherical nitrogen oxide fluorescent powder and preparation method thereof

The invention belongs to the field of material science and technology. A spherical nitrogen oxide phosphor, which has the following chemical formula: Na6Ca3 xSi6O18 3y/2Ny:xEu2+, and the range of the X and Y ranges from 0.01 to x less than 0.2, 0.01 less than y less than 3. The invention uses a three-dimensional ordered macroporous structure of carbon template or polystyrene as a template prepared for the spherical nitrogen oxide phosphor, which has the advantages of low price of raw materials and controllable product morphology.

【技术实现步骤摘要】
一种球形氮氧化物荧光粉及其制备方法
本专利技术属于材料科学
，尤其是涉及一种球形氮氧化物荧光粉及其制备方法。
技术介绍
氮氧化物荧光粉由于兼具发光亮度高和稳定性好等优点，逐渐成为了发光材料领域的研究热点，在白光LED领域受到广泛重视。氮氧化物荧光粉的基本结构是[SiN4]结构，由于具有较大的晶体场劈裂能和电子云扩散效应，能够有效的降低掺杂稀土离子的5d电子能态，因此，氮氧化物荧光粉具有从紫外到可见光区的宽带激发带，通过改变硅基氮氧化物荧光粉的化学组成，可以实现蓝、绿、红、黄的全波长发射。因此，对氮氧化物荧光粉的研究具有重要科学意义和应用价值。氮氧化物荧光粉的制备方法主要有高温固相法、气体还原氮化法和碳热还原氮化法。目前，氮氧化物荧光粉的制备方法有以氮化物和氧化物为原料，以高纯氮气为反应气氛在高温高压下反应的高温固相法。如Xie等(R.J.Xie,N.Hirosaki,K.Sakuma,Y.YamamotoandM.Mitomo,“Eu2+-DopedCa-α-SiAlON:AYellowPhosphorforWhiteLight-EmittingDiodes,”AppliedPhysicsLetters,84[26],5404-5406(2004))以α-Si3N4,AlN,Ca3N2,andEu2O3为原料，在1800℃及0.925MPa氮气气氛下的气压烧结炉进行合成。如此高温高压的合成条件，需要在昂贵的气压烧结炉设备中进行，这使该方法在应用上受到了限制。另一种制备氮氧化物荧光粉的方法是气体还原氮化法，以各金属元素的氧化物或者盐类作为原料，然后在NH3/CH4混合气体下反应获得氮氧化物荧光粉。如Suehiro等(T.Suehiro,N.Hirosaki,R.J.XieandM.Mitomo,“PowderSynthesisofCa-α-SiAlONasaHostMaterialforPhosphors,”ChemistryofMaterials,17,308-314(2005))在1350-1500℃及流通NH3-1.5vol％CH4混合气体气氛下的管式炉中进行合成。但是由于使用高浓度的NH3气体(及少量的烷类气体)，且NH3为腐蚀性刺激性气体，故有危险性和污染环境的风险。碳热还原氮化法是一种氮氧化物荧光粉的制备方法，主要以碳粉和金属元素的氮化物、氧化物或者盐类为原料，在流动的氮气气氛下高温反应获得氮氧化物荧光粉。如Zhang等(H.C.Zhang,T.Horikawa,H.Hanzawa，A.Hamaguchi,K.Machida,“PhotoluminescencePropertiesofα-SiAlON:Eu2+PreparedbyCarbothermalReductionandNitridationMethod”JournalofTheElectrochemicalSociety,154[2],J59-J61(2007))以CaCO3，Eu2O3,Al2O3,Si3N4和碳粉为原料，在1600℃氮气气氛下制备得到了α-SiAlON:Eu2+荧光粉。刘学建等(刘学建,李淑星,黄政仁,姚秀敏，红色荧光体及其碳热还原氮化制备方法及应用，中国专利CN201410353622)公开了一种碳热还原法制备氮氧化物荧光粉，以CaCO3粉体、SrCO3粉体、Si3N4粉体和/或SiO2粉体和AlN粉体为起始原料，以碳粉为还原剂，在氮气-氢气混合气氛下于1550～1650℃温度范围保温烧结获得氮氧化物荧光粉。这种通过碳热还原法制备氮氧化物荧光粉的方法，不但工艺简单，而且在常压条件下就能进行。对比高温固相法和气体还原氮化法，碳热还原氮化法是一种经济、环保且适合大批量生产的制备氮氧化物荧光粉的方法。但是，普通的碳热还原氮化法工艺流程无法控制氮氧化物荧光粉产物的颗粒形貌。类球形的发光颗粒，可以获得较高的堆积密度，从而减少发光体的散射，由于类球形发光颗粒堆积密度高孔隙率减小，透射光的损失也少，对荧光粉来说，最理想的颗粒形态就是球形。此外，模板法是一种可以实现形成粉体产物形貌控制的制备方法。因此，通过模板法和碳热还原氮化法的有机结合，有望实现制备出形貌可控的氮氧化物荧光粉，而目前并未有以三维有序的大孔结构碳模板或聚苯乙烯等聚合物为模板，用碳热还原氮化法制备形貌可控的氮氧化物荧光粉的研究报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种工艺简单、颗粒分散和形貌可控的以三维有序碳模板或聚苯乙烯等聚合物作为模板制备的类球形氮氧化物荧光粉及其制备方法。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种球形氮氧化物荧光粉，荧光粉具有如下化学通式：Na6Ca3-xSi6O18-3y/2Ny:xEu2+，所述x、y的取值范围为0.01≤x≤0.2，0.01≤y≤3。作为优选，引入三维有序的碳模板或聚苯乙烯等聚合物为模板，利用碳热还原氮化法制备形貌可控的氮氧化物荧光粉。作为优选，先在溶胶凝胶过程中加入三维有序的碳模板或聚苯乙烯等聚合物并均匀混入碳源有机物，合成前驱体；然后通过均匀混合的碳源有机物和模板碳化，采用碳热还原法制备氮氧化物荧光粉。一种球形氮氧化物荧光粉的制备方法，包括如下步骤：(1)按化学式各元素化学计量比称量原料，将正硅酸乙酯溶解于无水乙醇中，形成0.5～2.0mol/l的溶液；(2)按化学式各元素化学计量比称量原料，将钠的化合物、钙的化合物和铕的化合物溶解于无水乙醇中，形成1.0～2.0mol/l的溶液，按正硅酸乙酯物质的量的2～10倍加入碳源有机物，混合搅拌均匀，加入PH值调节剂将混合溶液的PH值调至4.0～6.0；(3)将上述(2)的溶液加入到(1)的溶液中，同时按正硅酸乙酯质量的2～15倍加入去离子水，混合搅拌均匀；(4)将三维有序的孔径为200～500nm的大孔结构的碳模板浸入步骤(3)取得的混合液中，浸泡时间为8～16小时；(5)将浸泡后的大孔碳模板置于60～100℃的烘箱干燥，溶胶凝胶化6～72小时至完全干燥，去除模板表面多余的干凝胶，获得模板和干凝胶复合物；(6)将上述复合物置于石墨坩埚中，在流通高纯度氮气气氛下于1400-1600℃保温1-5小时，获得粉体；(7)将上述氮化产物在700℃～800℃保温1～4小时，获得粉体；(8)将步骤(7)获得的粉体进行球磨粉碎，然后用蒸馏水洗涤烘干，即得所述球形氮氧化物荧光粉。作为优选，钙的化合物为硝酸钙、醋酸钙、氯化钙中一种或几种；钇的化合物为硝酸钇、醋酸钇、氯化钇中的一种或几种；铕的化合物为硝酸铕、氯化铕、硫酸铕中的一种或几种；碳源有机物为葡萄糖、蔗糖和乙基纤维素的一种或几种；PH调节剂为硝酸、盐酸、乙酸中的一种或几种。与现有技术相比，本专利技术的球形氮氧化物荧光粉及其制备方法有益效果是：本专利技术以三维有序的大孔结构的碳模板或聚苯乙烯等聚合物作为类球形氮氧化物荧光粉制备的模板，具有原料价格低廉和产物形貌可控的优点；以成熟的碳热还原氮化工艺制备氮氧化物荧光粉，仅在原料混合过程中，以溶胶-凝胶工艺使模板和碳源有机物与原料混合均匀，制备工艺简单可行。附图说明图1为本专利技术实施例1所得样品激发和发射光谱；图2为本专利技术实施例1所得样品的电镜图；图3为本专利技术实施例2所得样品激发和发射光谱；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种球形氮氧化物荧光粉，其特征在于荧光粉具有如下化学通式：Na6Ca3‑xSi6O18‑3y/2Ny:xEu2+，所述x、y的取值范围为0.01≤x≤0.2，0.01≤y≤3。

【技术特征摘要】
1.一种球形氮氧化物荧光粉，其特征在于荧光粉具有如下化学通式：Na6Ca3-xSi6O18-3y/2Ny:xEu2+，所述x、y的取值范围为0.01≤x≤0.2，0.01≤y≤3。2.根据权利要求1所述的一种球形氮氧化物荧光粉，其特征在于引入三维有序的碳模板，利用碳热还原氮化法制备形貌可控的球形氮氧化物荧光粉。3.根据权利要求1所述的一种球形氮氧化物荧光粉，其特征在于先在溶胶凝胶过程中加入三维有序的碳模板并均匀混入碳源有机物，合成前驱体；然后通过均匀混合的碳源有机物碳化，采用碳热还原法制备氮氧化物荧光粉。4.一种球形氮氧化物荧光粉的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)按化学式各元素化学计量比称量原料，将正硅酸乙酯溶解于无水乙醇中，形成0.5～2.0mol/l的溶液；(2)按化学式各元素化学计量比称量原料，将钠的化合物、钙的化合物和铕的化合物溶解于无水乙醇中，形成1.0～2.0mol/l的溶液，按正硅酸乙酯物质的量的2～10倍加入碳源有机物，混合搅拌均匀，加入PH值调节剂将混合溶液的PH值调至4.0～6.0；(3)将上述(2)的溶液加入到(1)的溶液中，同时按正硅酸乙酯质量的2～15倍加入去离子水，混合搅拌均匀；(4)将三维有序的孔径为200～5...

【专利技术属性】
技术研发人员：马红萍，
申请(专利权)人：浙江科技学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33