本发明专利技术公开了一种稀土钇铝石榴石发光材料及气相制备法，属发光材料技术领域。该发光材料化学式为Ｙ↓［３－ｍ］Ａｌ↓［５－ｎ］Ｒ↓［ｎ］Ｏ↓［１５］∶Ｃｅ↓［ｍ］；其中Ｒ是Ｇａ、Ｉｎ或Ｂ中的一种或多种；化学式中的原子摩尔数取值范围为ｍ＝０．０１～０．０５，ｎ＝１～３。主要特征是采用５纳米至４０纳米范围的纳米拟薄水铝石胶粒作为籽晶，与上式中各组分的盐类形成一种稳定的溶胶，采用气相法制备球形颗粒，再经高温热处理得出纯ＹＡＧ相发光材料。发光材料的激发波长在４６０纳米至４８０纳米之间，发射波长在５３１纳米至５６０ｎｍ纳米之间变化，颗粒大小在２０ｎｍ至５微米之间。本法制备的发光材料物相纯、大小均匀、呈球形实心、发光材料的发射波长的温度特性稳定。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及发光材料
，特别是一种球形和纳米至微米大小的稀土钇铝石榴石发光材料，以及采用纳米尺度大小的氧化铝籽晶溶胶技术和气相制备技术相结合的制备方法。
技术介绍
钇铝石榴石(化学式为Y3Al5O15，简写为YAG)陶瓷具有高温抗氧化、蠕变小、热导率低等优点，可应用于耐火和绝缘材料；YAG属等轴晶系，不存在双折射效应，可应用于具有优异光学性能的透明陶瓷，作为固体激光材料以取代YAG单晶；掺杂稀土元素和过渡族离子的YAG是极其重要的白光二极管发光材料。固相合成法是制备掺杂稀土YAG发光材料的传统方法，容易规模化，存在的主要缺点有(1)加入的颗粒原料大小不等，组分不容易混合均匀；(2)原料和烧成产物通常都需要球磨，过程中容易引入杂质，例如铁；(3)煅烧温度较高，产物除主晶相YAG(Y3Al5O15)外，往往还存在少量中间相，例如YAM(YAl2O9)和YA(YAlO3)；(5)较高温度的煅烧和球磨过程能量消耗高，噪音大。湿化学共沉淀方法是制备YAG的另一个方法。用该法可以制备纳米尺度的球形YAG粉，存在的不足是各组分共沉淀技术条件(如pH、浓度)不容易控制，制备时间长，工序多，洗涤和过滤工序产生废水，干燥和高温烧成容易导致颗粒团聚。金属醇盐的溶胶-凝胶法也用来制备YAG:Ce发光材料，工序复杂，技术条件不容易控制，醇盐原料成本高，不适合于规模生产。采用尿素为燃料的聚合物溶胶燃烧合成法得到研究。采用不引入杂离子的无机盐的溶胶-凝胶法在材料制备成本方面可大为降低，专利ZL03117872.3和ZL03117871.5公开了用拟薄水铝石纳米颗粒的胶溶法制备了发光材料和公开了一种胶态加工方法。Chung-Hsin Lua等人用钇、铈和铝的硝酸盐与尿素和聚乙烯醇混合，在250℃加热2小时成凝胶，再在800-1100℃燃烧合成2至6小时，得到发光粉体。主要问题是颗粒容易无定形和和团聚，燃烧过程释放出水蒸汽和大量有害气体(Cerium-ion-doped yttrium aluminum garnet nanophosphorsprepared through sol-gel pyrolysis for luminescent lighting，Applied Physics letters，2002，80(19)3609-3610)。采用可溶盐(通常为各组分的硝酸盐)溶液的喷雾-热解技术在发光材料制备技术中得到发展.喷雾-热解工艺原料各成分在离子、分子水平均匀混合，本质上是一种用空气或超声波形成液滴气溶胶的气相合成技术，水分在雾化过程中快速蒸发，能显著克服现有固相合成法的组分均匀性和液相合成法的洗涤过滤工序中的不足。同时，现有喷雾-热解存在的主要问题是，完全为盐离子的溶液被雾化的液滴在水分快速蒸发时，和干凝胶颗粒在后续烧成时，颗粒容易破损或呈空心状，不容易形成球形。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在克服现有技术的不足，而公开一种稀土钇铝石榴石发光材料的含纳米籽晶胶粒的气相制备技术。该方法的突出特点是采用廉价的纳米尺度拟薄水铝石作为籽晶，经过胶溶，与各组分在分子尺度和纳米尺度水平形成均匀溶胶，再用气相雾化-烧成两步法制备出不需球磨的YAG发光材料。本专利技术为实现上述目的，公开了一种稀土钇铝石榴石发光材料，其特征在于其基质材料是铝酸盐的纳米至微米大小的球形体；它的化学式为Y3-mAl5-nRnO15:Cem；其中R是Ga、In或B中的一种或多种；化学式中的原子摩尔数取值范围为m＝0.01～0.05，n＝1～3。本专利技术还公开了该发光材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤1)氧化铝胶体制备采用拟薄水铝石相成分为百分重量98-99％的纳米尺度的拟薄水铝石作为纳米籽晶，以拟薄水铝石∶水＝5～15％∶95～85％(重量百分比)，并调整酸度至pH＝2-6；2)掺杂的氧化铝胶体制备将上述氧化铝胶体中加入相应的氯化物或硝酸盐，搅拌均匀；3)掺杂胶体的雾化在压缩空气温度150℃～250℃，干燥空气量100～300m3/h，物料流1～2L/h下，得到干燥后的颗粒；4)烧成，在还原气氛，及烧成温度1200℃～1400℃，时间2-5小时中进行高温烧成，得到体色为黄色的纯YAG相产品。本专利技术通过调整原料溶液的固含量、酸度和分散方式，控制预埋的拟薄水铝石籽晶大小；通过雾化液滴参数变化，获得从纳米到亚微米尺度可控的球形实心发光颗粒材料；由于颗粒小，使烧成温度降低。本法制备的发光材料的激发波长在460纳米至480纳米之间，发射波长在531纳米至560nm纳米之间变化，颗粒大小在20nm至5微米之间。本专利技术发光材料不需球磨，污染小，能耗低，大小均匀，呈球形实心，发光材料的发射波长的温度特性稳定，可用于白光二极管发光材料的规模化生产。附图说明图1本专利技术制备的YAG发光材料的XRD图；图2本专利技术制备的YAG发光材料的激发光谱；图3本专利技术制备的YAG发光材料的发射荧光光谱图。具体实施方式下面的实例是为了进一步阐明本专利技术的工艺过程特征而非限制本专利技术。本专利技术的稀土钇铝石榴石发光材料气相制备法，可由以下步骤制备1.氧化铝胶体采用一种纳米籽晶的大小在5-40纳米尺度的拟薄水铝石，纯度为98-99％(百分重量)，用蒸馏水溶解，固液比为拟薄水铝石∶水＝5-15％∶95-85％。用百分浓度为30％的盐酸溶液或硝酸溶液调整酸度至pH＝2-6范围，经均匀化分散后得到不同胶粒大小的胶体。2.掺杂氧化铝胶体按照化学式为Y3-mAl5-nRnO15:Cem，其中原子摩尔数m＝0.01～0.05，n＝1～3，R＝Ga，In，B。往氧化铝胶体中依次加入对应组分的氯化物或硝酸盐(纯度为99.99-99.999％(百分重量)，采用机械搅拌或超声搅拌的方式进行掺杂均匀化，经均匀化分散后得到不同掺杂成分的氧化铝胶体。3.胶体液滴的雾化在气相合成装置上，控制压缩后的加热空气温度150℃-250℃，干燥空气量100-300m3/h，物料流1-2L/h，得到不同大小和成分的颗粒。4.烧成控制温度1200℃-1600℃，在弱还原气氛中热处理2-5小时，不用球磨，即可得到发光颗粒材料。还原气氛可采用N2+H2、氨分解气体或煤气中的一种。实例1按拟薄水铝石∶水＝5∶95(百分重量比)，将拟薄水铝石溶于去离子水中，用百分浓度为30％的硝酸溶液调整酸度至pH＝2，经超声分散后得到稳定的胶体，籽晶约5纳米；按化学式为Y3-mAl5-nRnO15:Cem，其中原子摩尔数m＝0.02，n＝1，R＝Ga，B同时加入，原子摩尔数各为0.5。加入硝酸钇、硝酸铈、硝酸镓和硼酸，进行机械搅拌，形成掺杂溶胶，溶胶静置24小时；设置雾化参数为入口温度250℃，干燥空气量100m3/h，物料流2L/h，得到雾化颗粒；在水平管式炉内通入流量为2L/h的N2+H2混合气体，在1200℃下烧成2小时后，得到体色为黄色的纯YAG相产品，颗粒平均粒径为20纳米，呈球形实心。附图1显示本实例1制备的产品的XRD图谱，表明产物为单一的纯YAG晶相；附图2和图3是制备的YAG发光材料的激发光谱(监控发射光谱为λEx＝533nm)和发射荧光(激发光谱为λEx＝460nm)光谱图，光谱图中横坐标为波长(单位为nm)，纵坐标为发光强度(单位为本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种稀土钇铝石榴石发光材料，其特征在于：其基质材料是铝酸盐；它的化学式为Ｙ↓［３－ｍ］Ａｌ↓［５－ｎ］Ｒ↓［ｎ］Ｏ↓［１５］∶Ｃｅ↓［ｍ］；其中Ｒ是Ｇａ、Ｉｎ或Ｂ中的一种或多种；化学式中的原子摩尔数取值范围为ｍ＝０．０１～０．０５，ｎ＝１～３。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王达健，李岚，张纳，蒙延双，张晓松，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]
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