一种新型发光晶体材料磷酸镝钠的制备、性能及用途制造技术

本发明专利技术涉及一种新化合物Na

【技术实现步骤摘要】
一种新型发光晶体材料磷酸镝钠的制备、性能及用途
本专利技术属于发光材料
，具体涉及一种光致发光晶体材料磷酸镝钠的制备方法、结构特征、发光性能及用途。
技术介绍
最近十几年，白光LED（Iightemittingdiode）以其高效、环保、节能、使用寿命长等优点成为我国“绿色照明工程”的主要成员之一，有望替代传统的白炽灯和荧光灯而成为新一代的固体照明光源。人们最早采用半导体材料来制备白光LED，但是半导体材料的成本高、制备周期长。自从发现稀土元素掺杂的粉末材料、玻璃材料和陶瓷材料能在可见光区域内发射很强的可见光以后，人们开始研究利用三基色原理，混合红、绿、蓝三种颜色的光获得白光。稀土元素具有丰富的电子能级，使得稀土化合物具有十分多样的荧光特性，除Y3+和Sc3+无4f亚层，Lu3+和La3+的4f亚层为全满和全空，其余稀土元素的4f电子分布在7个4f轨道之间，可吸收和发射紫外到近红外光区各种波长的光，并且稀土4f电子受外层5s、5p轨道的有效屏蔽，受外部环境的影响较小，因此f→f跃迁通常为尖锐的线状谱，有较高的色纯度。正是这些丰富的发光特性与优良性能，使稀土发光材料作为荧光粉广泛应用于LED照明、显示等领域。稀土磷酸盐发光材料、磷酸盐类荧光粉具有优良的热稳定性，高的光转换效率、稳定的物理和化学性质、以及低廉的市场价格，成为国内外研究者重点关注的材料。在磷酸盐中，PO4基团通常在真空紫外区域有很强的吸收且离子电荷很稳定，本身不产生电磁辐射。上世纪60年代，稀土磷酸盐荧光材料被用于复印灯，开辟了在光灯中应用的先驱，荷兰和日本等国相继研制成功被称为第二代磷酸盐体系的三基色荧光粉，如Ce、Tb共激活的LaPO4绿色荧光粉等。我们在Na2O−Dy2O3−P2O5体系的研究中发现了一例新型的三元化合物磷酸镝钠Na3DyP2O8，并研究了它的单晶生长方法、晶体结构、荧光性能。关于该化合物的相关工作，至今未见报道。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供一种Dy3+为发光中心的磷酸镝钠自激活（即发光中心离子是化合物本身的组成部分）黄色发光材料，该化合物分子式为Na3DyP2O8；提供化合物Na3DyP2O8的晶体结构；提供化合物Na3DyP2O8的单晶体制备方法；提供化合物Na3DyP2O8的粉体的制备方法；提供化合物Na3DyP2O8的荧光性能和用途。具体
技术实现思路
表述如下：本专利技术目的在于提供一种新化合物Na3DyP2O8，并采用单晶衍射法确定其晶体结构。该结构属于单斜晶系空间群C2/c，单胞参数为a=27.458(3)Å，b=5.3126(6)Å,c=13.9060(15)Å，β=91.416(2)°，Z=12，V=2027.9(4)Å3，每个晶体学不对称单元中包含2个镝原子、3个磷原子、5个钠原子、12个氧原子。每个磷原子都与4个氧原子配位，形成PO4四面体结构，并相互孤立，通过钠原子和镝原子相互连接，形成复杂的三维网络结构。从另一个角度来看，该结构可以看做变形的β-K2SO4型结构，其中K原子被Na和Dy原子取代，S原子被P原子取代，这样一来，Na原子、Dy原子、以及PO4基团的空间排列方式基本按照β-K2SO4型结构中对应的原子排布方式进行排布，即沿着c-轴方向排布成−Na−PO4−，−Na−Dy−链。本专利技术目的在于提供一种新化合物Na3DyP2O8单晶的培养方法，采用高温助熔剂法。具体实施过程为：首先将钠源化合物、镝源化合物、磷源化合物按照一定比例在高温下熔融，形成均一透明的高温溶液，然后通过缓慢降温法形成过饱和溶液，Na3DyP2O8晶体逐渐析出并长大。本专利技术采用过量的同组分化合物Na2O−P2O5的混合物体系为助熔剂，难熔组分氧化物Dy2O3为溶质，各物质的摩尔比大致为Na:Dy:P=15:1:9，晶体的生长温度范围为1000−800℃，降温速率为1−10℃。采用的原料为，钠源化合物为钠的氧化物或氢氧化物或硫化物或草酸盐或碳酸盐或硝酸盐，镝源化合物为镝的氧化物或草酸盐或碳酸盐或硝酸盐，磷源化合物为磷的氧化物或磷酸铵盐；或者直接采用钠的磷酸盐为原料，按照一定比例调配各元素比例。本专利技术目的在于提供一种新化合物Na3DyP2O8粉末相的制备方法，采用高温固相制备法制备其粉末样，按化学计量比称取钠源化合物、镝源化合物、磷源化合物，用玛瑙研钵碾磨成粉末并充分混合，首先在400°C焙烧2小时，然后取出再次仔细碾磨，然后在马弗炉中900−1150°C温度下焙烧20小时左右，即可制备出化合物Na3DyP2O8的无色粉末，本专利技术提供了化合物Na3DyP2O8的发光性能和在光学材料领域的用途，其特征在于：在近紫外光激发下，该化合物可以发射出黄色荧光，且适合被近紫外LED激发，用于稀土发光材料
本专利技术制备的黄色荧光粉Na3DyP2O8在空气中长时间放置不会被空气中水分潮解，不吸收CO2等气体，相结构不发生变化，耐高温性能极好。通过该工艺制备得到的荧光粉无杂质相存在，并且该制备方法工艺简单，成本低廉。附图说明图1是本专利技术制得的磷酸镝钠晶体材料的粉末衍射和单晶数据模拟的对比图；图2是本专利技术制得的化合物磷酸镝钠的晶体结构图；图3是本专利技术制得的磷酸镝钠发光晶体材料的荧光发射谱图；图4是本专利技术制得的磷酸镝钠发光晶体材料的荧光激发谱图。具体实施方式下面结合附图1−4和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的保护范围并不限于所述内容。实施例1：采用高温助熔剂法生长化合物Na3DyP2O8的尺寸为0.20×0.05×0.05mm左右的单晶，用于单晶衍射实验，从而确定化合物的分子式与晶体结构。晶体生长装置为马弗炉，加热元件为硅碳棒，热感元件为铂铑热电偶。选用与化合物同组分的低熔点化合物Na2O和P2O5为助熔剂，难熔氧化物Dy2O3为溶质，生长单晶。具体实验步骤为：将原料Na2CO3(2.000g)，Dy2O3(0.469g)，NH4H2PO4(2.604g)，用精密电子天平称好后，在玛瑙研钵中混合均匀并碾磨成粉末，再装入铂金坩埚中压实，转移至马弗炉中逐渐升温至950℃至使混合物完全熔融，形成均一透明的无色液体，在此温度下恒温20小时，然后按照3℃/h的速率降温至750℃至溶体全部凝固，关闭马弗炉，自然冷却至室温，再用热水洗去Na2O−P2O5熔剂，得到Na3DyP2O8单晶体。化学反应方程式为：3Na2CO3+Dy2O3+4NH4H2PO4→2Na3DyP2O8+4NH3+3CO2+6H2O。实施例2：采用传统高温固相法合成化合物Na3DyP2O8的粉末相，所用原料为Na2CO3，Dy2O3，NH4H2PO4。具体操作步骤为：将上述原料按分子式配比称取原料，即Na2CO3:Dy2O3:NH4H2PO4=3:1:4；在研钵中仔细研磨并均匀混合，装入铂金坩埚放入马弗炉中，首先升温至400℃，预烧2小时左右。然后冷却并取出坩埚倒出样品，再次研磨装入铂金坩埚，在马弗炉内于1000℃焙烧20小时，关闭马弗炉电源冷却样品，得到白色粉末即为化合物Na3DyP2O8，对其通过粉末X射线衍射实验，所得图谱与由单晶结构拟合得到的图谱完全一致，表明所制得样品为高纯度的化合物Na3DyP2O8，如图1所示。实施例3：化合物Na3DyP2O8的单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型的稀土发光材料磷酸镝钠，其特征在于：该晶体材料的化学式为Na

【技术特征摘要】
1.一种新型的稀土发光材料磷酸镝钠，其特征在于：该晶体材料的化学式为Na3DyP2O8，该结构属于单斜晶系空间群C2/c，晶体学参数为a=27.458(3)Å，b=5.3126(6)Å,c=13.9060(15)Å，β=91.416(2)°，Z=12，V=2027.9(4)Å3。2.一种权利要求1所述的发光材料磷酸镝钠Na3DyP2O8单晶的培养方法，其特征在于具体步骤为：采用高温助溶剂法合成，以过量的Na2O−P2O5的混合物体系为助熔剂，难熔组分氧化物Dy2O3为溶质，各物质的摩尔比大致为Na:Dy:P=15:...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵丹，段培高，马名杰，吴志强，张丽娜，张磊，李飞飞，范云场，张瑞娟，李英杰，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南,41