一种二价铕掺杂氮化铝纳米分级结构的制备方法技术

本发明专利技术的二价铕掺杂氮化铝纳米分级结构的制备方法属于LED荧光粉和纳米材料制备的技术领域。本发明专利技术的方法，有如下步骤：将Al与Eu2O3粉末按100：0.5～1的摩尔比例放入混料机中混合均匀，压成压块；将压块置于石墨锅内，放入卧式直流电弧放电装置的反应室内的铜锅阳极中，钨棒阴极与铜锅阳极相对水平放置；将反应室抽成真空后充入氮气，铜锅通入循环冷却水；在放电过程中，阴极逆时针旋转速度为2π/min，保持电压为20～30V，电流为80～120A，反应5～15分钟；再在氮气环境中钝化6～7小时，在冷凝壁上和石墨锅中收集灰白色的毛绒状粉末为Eu2+掺杂AlN纳米分级结构。本发明专利技术具有方法简单、反应快速、低成本、无污染、产量大、样品纯度高，可重复性好、无需添加催化剂等优点。

A preparation method of two valence europium doped AlN nano scale structure

The preparation method of the divalent europium doped aluminum nitride nano-grading structure belongs to the technical field of preparing LED phosphors and nano-materials. The method of the invention comprises the following steps: mixing Al and Eu2O3 powder in the mixer at the molar ratio of 100:0.5 to 1, pressing the pressing block into a pressing block; placing the pressing block in a graphite pot and the copper pot anode in the reaction chamber of a horizontal DC arc discharge device; placing the tungsten rod cathode in relative horizontal with the copper pot anode; The cathode rotates counter-clockwise at a speed of 2 pi/min, maintains a voltage of 20-30 V, a current of 80-120 A, and reacts for 5-15 minutes. After passivation in nitrogen atmosphere for 6-7 hours, gray Plush powder Eu2 is collected on the condensate wall and in the graphite pot. + doped AlN nano scale structure. The invention has the advantages of simple method, fast reaction, low cost, no pollution, high yield, high sample purity, good repeatability, and no need to add catalyst.

【技术实现步骤摘要】
一种二价铕掺杂氮化铝纳米分级结构的制备方法
本专利技术属于LED荧光粉和纳米材料制备的
，特别涉及了一种简单的制备二价铕(Eu2+)掺杂氮化铝(AlN)分级纳米结构的新方法。
技术介绍
发光二极管(LED)因其寿命长、效率高、可靠性高、污染小等优点，在日常生活中越来越受到人们的重视。通常产生白光的基本方法有两种，都需要向下转换LED光的荧光粉。近年来，新开发的氮化物荧光粉由于具有效率高、激发与发射波长长、化学和热稳定性好等优点而备受关注。AlN是一种典型的具有纤锌矿结构的二元氮化物。由于其禁带宽度为6.2eV，被认为是光致发光和电致发光器件的候选材料。因此，对稀土或过渡金属掺杂的AlN薄膜或荧光粉是研究热电。稀土元素作为活性荧光剂掺杂AlN主要集中在三价铕离子，三价铽离子，二价铕离子(Eu2+)等。根据AlN基质中的氧含量，Eu2+掺杂AlN荧光粉的发射可从蓝光到绿光。目前，制备Eu2+掺杂AlN方法有气体还原氮化法(J.Appl.Phys.111,(2012)053534)、等离子活化烧结(Ceram.Int.,37(2011)2051–2054),火花等离子烧结(J.Am.Ceram.Soc.,93(2010)356-358),直接氮化法(Luminescence(2017)1-5)等。这些方法制备Eu2+掺杂AlN都是体材料，而且反应时间长，能耗高，不利于工业化生产。现代LED技术面临的巨大挑战是合成具有可控形貌和纳米尺寸的荧光粉。纳米荧光粉将使荧光材料的亮度和分辨率得到提高。通过有机前驱体的方法能够有效的制备纳米尺寸的Eu2+掺杂AlN，但是此方法引入碳等杂质。因此，需要专利技术一种新型的简单制备方法制备高纯Eu2+掺杂AlN纳米材料。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，克服大半径元素掺杂困难，且制备过程中纯度不高、反应过程复杂，产量低等缺点，公开一种制备过程简单、产量高、样品纯度高的Eu2+掺杂AlN分级纳米结构的制备方法。本专利技术的二价铕掺杂氮化铝纳米分级结构的制备方法，是采用直流电弧放电装置。具体的技术方案如下。一种二价铕掺杂氮化铝纳米分级结构的制备方法，有如下步骤：将Al与Eu2O3粉末按100：0.5～1的摩尔比例放入混料机中混合均匀，压成压块；将压块置于石墨锅内，放入卧式直流电弧放电装置的反应室内的铜锅阳极中，钨棒阴极与铜锅阳极相对水平放置；将反应室抽成真空后充入氮气，氮气气压为40～50kPa，铜锅通入循环冷却水；在放电过程中，阴极逆时针旋转速度为2π/min，保持电压为20～30V，电流为80～120A，反应5～15分钟；再在氮气环境中钝化6～7小时，在冷凝壁上和石墨锅中收集灰白色的毛绒状粉末为Eu2+掺杂AlN纳米分级结构。进一步，所述Al与Eu2O3粉末的摩尔比例为100：1。进一步，所述氮气最佳反应气压为40kPa，实际的保护气压为40kPa。进一步，所述的直流电弧放电装置的反应条件为：电压为20V,电流为100A。进一步，所述压块密度为4～5g/cm3。本专利技术利用直流电弧放电装置制备Eu2+掺杂AlN分级纳米结构具有方法简单、反应快速、低成本、无污染、产量大、样品纯度高，可重复性好、无需添加任何催化剂、模板、基底等优点。制备的产品在光电发射器，荧光粉、闪烁体探测器等领域具有应用潜力。附图说明图1本专利技术卧式直流电弧放电装置结构图。图2是实施例2制得的Eu2+掺杂AlN分级纳米结构的SEM图。图3是实施例2制得的Eu2+掺杂AlN分级纳米结构的EDS图。图4是实施例2制得的Eu2+掺杂AlN分级纳米结构的XRD谱图。图5是实施例2制得的Eu2+掺杂AlN分级纳米结构的PL谱图。图6是实施例3制得的Eu2+掺杂AlN分级纳米结构的SEM图。图7是实施例3制得的Eu2+掺杂AlN分级纳米结构的EDS图。图8是实施例3制得的Eu2+掺杂AlN分级纳米结构的XRD谱图。图9是实施例3制得的Eu2+掺杂AlN分级纳米结构的PL谱图。图10是实施例4制得的Eu2+掺杂AlN分级纳米结构的SEM图。图11是实施例4制得的Eu2+掺杂AlN分级纳米结构的XRD图。图12是实施例5制得的AlN样品PL图谱。具体实施方式实施例1直流电弧放电装置结构结合图1说明本专利技术制备Eu2+掺杂AlN分级纳米结构的卧式直流电弧装置结构。图1中，1为反应室，2为冷凝壁，3为由钨棒构成的阴极，4样品收集区，5Al和Eu2O3混合粉末块，6水冷循环为阳极，7进水口，8出水口9为进气口10为出气口。直流电弧中的高温环境下的等离子体，是制备Eu2+掺杂AlN纳米分级结构的关键所在。直流电弧法在高温、高电离和高淬冷的动态极端环境下,通过高温蒸发、升华和电子与离子束爆轰,易形成纳米和亚纳米尺度具有高反应活性的反应物团簇。这些团簇在适当成核条件下有利于大半径的Eu2+离子掺杂到AlN基质中。石墨锅构成的阳极能够有效的抗高温，并且在反应过程中，石墨埚能有效的还原Eu2O3中的氧，使样品掺杂均匀，纯度高。钨棒构成的阴极能有效的抗高温，卧式结构中阴极在制备过程中，延逆时针匀速转动，可以是阳极的反应原料更均匀的反应。实施例2制备最佳Eu2+掺杂AlN分级纳米结构的全过程。将Al与Eu2O3粉末按100：1的摩尔比例放入混料机中混合均匀。取出5g的混合粉，使用压片机压块，压成直径为1.8cm,高为2cm的圆柱体。将压成的混合块放入石墨锅，再放入直流电弧放电装置的反应室中阳极中。电弧放电装置的阳极为铜锅(铜锅内放置有共同作为阳极的电极石墨锅)，阴极为钨电极，钨棒阴极与铜锅阳极相对水平放置。将直流电弧放电装置的反应室抽成真空(小于5pa)，然后充40kPa氮气。铜锅通入循环冷却水，开始放电。在放电过程中，阴极逆时针旋转速度为2π/min，保持电压为20V,电流为100A，反应5分钟。再在氮气气环境中钝化7小时,然后在冷凝壁收集白色绒毛状的Eu2+掺杂AlN分级纳米结构。图2给出上述条件制备的Eu2+掺杂AlN分级纳米结构的SEM图，可以看出样品为主干和分支构成的分级纳米结构。分支为纳米锥状，直接为100～200nm,沿主干两次均匀生长。图3给出上述条件制备的Eu2+掺杂AlN分级纳米结构的EDS图，可以得出样品是由Al，N和Eu三种元素组成，并且Eu的含量为1.1％。图4给出上述条件制备的Eu2+掺杂AlN分级纳米结构的XRD谱图，证明样品为AlN，没有杂质峰出现。但与纯的AlN样品的XRD谱图比较，所有XRD衍射峰均向小角度移动，证明大离子半径的Eu掺杂到AlN中，使其晶格变大。图5是上述条件制备的Eu2+掺杂AlN分级纳米结构的PL谱图，样品在518nm有一个强发射峰，发出绿光。实施例3制备Eu2+掺杂AlN分级纳米结构的全过程。将Al与Eu2O3粉末按100：0.5的摩尔比例放入混料机中混合均匀。取出3g的混合粉，使用压片机压块，压成直径为1.8cm，高为1cm的圆柱体。将压成的混合块放入石墨锅，再放入直流电弧放电装置的反应室中阳极中。电弧放电装置的阳极为铜锅(铜锅内放置有共同作为阳极的电极石墨锅)，阴极为钨棒电极，，钨棒阴极与铜锅阳极相对水平放置。将直流电弧放电装置的反应室抽成真空(小于5pa)，然后充50kPa氮气本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二价铕掺杂氮化铝纳米分级结构的制备方法，有如下步骤：将Al与Eu2O3粉末按100：0.5～1的摩尔比例放入混料机中混合均匀，压成压块；将压块置于石墨锅内，放入卧式直流电弧放电装置的反应室内的铜锅阳极中，钨棒阴极与铜锅阳极相对水平放置；将反应室抽成真空后充入氮气，氮气气压为40～50kPa，铜锅通入循环冷却水；在放电过程中，阴极逆时针旋转速度为2π/min，保持电压为20～30V，电流为80～120A，反应5～15分钟；再在氮气环境中钝化6～7小时，在冷凝壁上和石墨锅中收集灰白色的毛绒状粉末为Eu2+掺杂AlN纳米分级结构。

【技术特征摘要】
1.一种二价铕掺杂氮化铝纳米分级结构的制备方法，有如下步骤：将Al与Eu2O3粉末按100：0.5～1的摩尔比例放入混料机中混合均匀，压成压块；将压块置于石墨锅内，放入卧式直流电弧放电装置的反应室内的铜锅阳极中，钨棒阴极与铜锅阳极相对水平放置；将反应室抽成真空后充入氮气，氮气气压为40～50kPa，铜锅通入循环冷却水；在放电过程中，阴极逆时针旋转速度为2π/min，保持电压为20～30V，电流为80～120A，反应5～15分钟；再在氮气环境中钝化6～7小时，在冷凝壁上和石墨锅中收集灰白色的毛绒状粉末为Eu2+掺杂AlN...

【专利技术属性】
技术研发人员：王秋实，马晋文，王闯，史力斌，吕航，王月，张伟，张丽娜，王春杰，
申请(专利权)人：渤海大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21