一种金属元素活化的BCNO材料、其制备方法及应用技术

本申请提供了一种金属元素活化的BCNO材料，其特征在于，所述金属元素活化的BCNO材料中，金属元素与BCNO中硼元素的摩尔比例为0.05～0.5:4；所述金属元素为碱金属元素。通过在制备过程中加入碱金属氢氧化物，得到发光性能可控的BCNO荧光粉，该金属元素活化的BCNO荧光粉的发光性能优于传统BCNO荧光粉，在白光LED照明和显示、荧光素、生物荧光成像、DNA标记和医学等领域具有广阔的应用前景。

Metal element activated BCNO material, preparation method and application thereof

The invention provides a metal activated BCNO material, which is characterized in that the metal elements activated BCNO materials, the molar ratio of boron and metal elements in BCNO is 0.05 ~ 0.5:4; the metal elements for alkali metal element. By adding alkali metal hydroxide in the preparation process, BCNO phosphor luminescence controllable, the luminescent properties of BCNO phosphor is superior to the traditional BCNO fluorescent powder metal element of the activation, and has broad application prospects in the field of white LED lighting and display, fluorescein, fluorescence imaging, DNA markers and medicine etc..

【技术实现步骤摘要】
一种金属元素活化的BCNO材料、其制备方法及应用
本申请涉及一种BCNO材料的制备方法及其在荧光材料中的应用，属于荧光材料领域。
技术介绍
目前的荧光粉材料大都以稀土元素作为激活剂而发光，不仅价格昂贵，合成温度较高(900℃以上)，需要保护气氛(氮气或氩气)或还原性气氛(氢气)烧结，而且稀土氯化物的毒性较大，严重污染环境。BCNO是一种非稀土掺杂发光的荧光粉，由于其不需要稀土元素掺杂即可发光而得到了广泛关注。这不仅可以大大降低未来光材料产业的成本，还可以将发光材料拓展到更多的新兴领域。BCNO荧光粉具有制备温度较低(700～900℃)、不需要保护气氛烧结(即在空气中实现烧结)、节能环保、激发光谱范围宽(从紫外到蓝光)、发射光谱可调(可见光范围)等众多优点，在白光LED照明和显示、荧光素、生物荧光成像、DNA标记和医学等领域具有广阔的应用前景。为了提升BCNO在LED器件应用中的初始光通量和光衰，我们要进一步改进BCNO荧光粉的发光性能。目前，人们制备的BCNO材料主要是烧结法制备。在已知的合成方法中，一般都采用一种含硼物质作为碳源(如硼酸等)，含氮有机物作为氮源(如尿素、三聚氰胺等)，及一种含碳有机物作为碳源(如柠檬酸等)。另外，人们普遍采用尿素燃烧法(烧结温度为700～900℃，烧结时间为30～120分钟)合成BCNO荧光粉，该方法虽然工艺简单，但直接烧结的颗粒在LED器件中发光信号不强，不利于其在LED领域的应用。因此，合成具有更强发光性能的BCNO材料具有重要的研究意义。
技术实现思路
根据本申请的一个方面，提供一种金属元素活化的BCNO材料，通过在制备过程中加入碱金属氢氧化物，得到发光性能可控的BCNO荧光粉，该金属元素活化的BCNO荧光粉的发光性能优于传统BCNO荧光粉，在白光LED照明和显示、荧光素、生物荧光成像、DNA标记和医学等领域具有广阔的应用前景。所述金属元素活化的BCNO材料，其特征在于，所述金属元素活化的BCNO材料中，金属元素与BCNO中硼元素的摩尔比例为0.05～0.5:4；所述金属元素为碱金属元素。优选地，所述金属元素中包括钾。进一步优选地，所述金属元素是钾。根据本申请的又一方面，提供上述任意金属元素活化的BCNO材料的制备方法，该方法首次采用了碱金属氢氧化物作为活化剂进行活化，发光性能明显增强并远远优于没有添加活化剂的BCNO样品，而且制备成本低廉，易于规模化合成。所述制备金属元素活化的BCNO材料的方法，其特征在于，至少包括以下步骤：(a)获得C3N4；(b)将C3N4与硼酸、柠檬酸、金属的氢氧化物混合，得到初始混合物；所述金属的氢氧化物为碱金属的氢氧化物；(c)将步骤(b)所得的初始混合物置于600℃～800℃下保持不少于30min，即可得到所述金属元素活化的BCNO材料。所述C3N4可以来自商业购买或者根据现有文献中的方法合成。优选地，步骤(a)所述C3N4由含有三聚氰胺的原料制备得到。优选地，步骤(a)所述C3N4由含有三聚氰胺的原料置于空气中500℃～600℃保持不少于2h得到。进一步优选地，步骤(a)所述C3N4由含有三聚氰胺的原料置于空气中520℃～660℃保持3h～5h得到。优选地，步骤(b)所述初始混合物的配料顺序为：先将C3N4与硼酸和柠檬酸混合均匀，再加入金属的氢氧化物，混合均匀。优选地，步骤(b)所述金属的氢氧化物中包括氢氧化钾。优选地，步骤(b)中硼酸、C3N4、柠檬酸、金属的氢氧化物的摩尔比为：硼酸：C3N4：柠檬酸：氢氧化钾＝4：1：0.1：0.05～0.5。更进一步优选地，步骤(b)中硼酸、C3N4、柠檬酸、金属的氢氧化物的摩尔比为：硼酸：C3N4：柠檬酸：氢氧化钾＝4：1：0.1：0.05～0.3。再更进一步优选地，步骤(b)中硼酸、C3N4、柠檬酸、金属的氢氧化物的摩尔比为：硼酸：C3N4：柠檬酸：氢氧化钾＝4：1：0.1：0.05～0.2。优选地，步骤(c)中初始混合物置于空气中于650℃～750℃保持30min～2小时。作为本申请一种优选的实施方式，所述制备金属元素活化的BCNO材料的方法包括以下步骤：步骤1：将一定量的三聚氰胺放入坩埚中在空气条件下放入马弗炉中加热至540℃保持4小时后自然降温至室温。得到的淡黄色固体为C3N4,研磨后备用；步骤2：将上步得到的C3N4同硼酸和柠檬酸混合均匀后加入氢氧化钾再次混合均匀。其中，物料摩尔比为硼酸：C3N4：一水合柠檬酸：氢氧化钾＝4:1:0.1：0.05～0.5；步骤3：将上步得到的白色固体粉末在700℃下保持1小时，自然冷却降温；最后将取出的产物研磨后，即得到氢氧化钾活化的BCNO荧光粉。根据本申请的又一方面，提供一种荧光材料，其特征在于，含有上述任一金属元素活化的BCNO材料、根据上述任一方法制备得到的金属元素活化的BCNO材料中的至少一种。即，上述任一金属元素活化的BCNO材料和/或根据上述任一方法制备得到的金属元素活化的BCNO材料中的至少一种在荧光材料中的应用。优选地，所述荧光材料由上述任一金属元素活化的BCNO材料、根据上述任一方法制备得到的金属元素活化的BCNO材料中的至少一种组成。优选地，所述荧光材料为荧光粉。本申请的有益效果包括但不限于：(1)本申请所提供的金属元素活化的BCNO材料，发光性能优于传统BCNO荧光粉，在白光LED照明和显示、荧光素、生物荧光成像、DNA标记和医学等领域具有广阔的应用前景。(2)本申请所提供的金属元素活化的BCNO材料的制备方法，首次采用了碱金属氢氧化物作为活化剂进行活化，通过将初始混合物在无保护气氛的马弗炉中低温烧结来制备得到，发光性能明显增强并远远优于没有添加活化剂的BCNO样品，而且制备成本低廉，易于规模化合成。附图说明图1为实施例1-7中得到的钾活化的BCNO材料样品的X-射线衍射图谱。图2为实施例1中得到的样品K-2的红外光谱图。图3为实施例7中得到的氢氧化钾活化的BCNO荧光粉的扫描电镜图。图4为实施例1中得到的氢氧化钾活化的BCNO荧光粉的扫描电镜图。图5为实施例5中得到的氢氧化钾活化的BCNO荧光粉的扫描电镜图。图6为实施例1-7中得到的钾活化的BCNO材料样品的激发光谱图。图7为实施例1-7中得到的钾活化的BCNO材料样品的发射光谱图。图8为实施例1-7中得到的钾活化的BCNO材料样品的色坐标图。图9为采用实施例1、5和7中得到的钾活化的BCNO材料样品制造的封装氮化镓芯片LED器件的发射光谱图。图10位采用实施例8中得到的锂、钠活化的BCNO材料样品及实施例4和7的BCNO材料样品的发射光谱图。具体实施方式下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。测试仪器及条件X-射线粉末衍射仪(XRD型号RigakuMiniFlexII)，测试范围：10～70度，扫描速率为2度/分，扫描步长为0.02度。场发射扫描电镜(仪器型号：SU-8010)红外光谱仪(仪器型号：Perking-Elmerspectrumone)荧光光谱仪(仪器型号：VarianCary500scan)实施例中，C3N4根据下述方法制备得到：将三聚氰胺放入坩埚中在空气条件下放入马弗炉中加热至540℃保持4小时后自然降温至室温。得到的淡黄色本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属元素活化的BCNO材料，其特征在于，所述金属元素活化的BCNO材料中，金属元素与BCNO中硼元素的摩尔比例为0.05～0.5:4；所述金属元素为碱金属元素。

【技术特征摘要】
1.一种金属元素活化的BCNO材料，其特征在于，所述金属元素活化的BCNO材料中，金属元素与BCNO中硼元素的摩尔比例为0.05～0.5:4；所述金属元素为碱金属元素。2.根据权利要求1所述的金属活化的BCNO材料，其特征在于，所述金属元素中包括钾。3.制备权利要求1或2所述的金属元素活化的BCNO材料的方法，其特征在于，至少包括以下步骤：(a)获得C3N4；(b)将C3N4与硼酸、柠檬酸、金属的氢氧化物混合，得到初始混合物；所述金属的氢氧化物为碱金属的氢氧化物；(c)将步骤(b)所得的初始混合物置于600℃～800℃下保持不少于30min，即可得到所述金属元素活化的BCNO材料。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(a)所述C3N4由含有三聚氰胺的原料制备得到。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(a)所述C3N4由...

【专利技术属性】
技术研发人员：李莉萍，方绍帆，李广社，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：福建,35