一种制备铝酸盐长余辉发光粉的方法技术

本发明专利技术涉及一种制备铝酸盐长余辉发光粉的方法，本发明专利技术将微波法结合超声波法、溶胶凝胶法综合应用于制备、生产铝酸盐长余辉发光粉，优化制备生产工艺，开辟了新的途径。在溶胶向凝胶转化，凝胶的干燥，晶化等工艺过程中，采用微波辐射技术，并紧密地结合超声波分散技术；在工艺过程中制备了分布均匀的纳米尺度范围内的中间体，使稀土离子在系统中均匀分布。本发明专利技术新工艺即保持了溶胶－凝胶法所得产品粒径小、分布均匀的优点，又利用微波法的快速、高效特点，大大缩短了整个制备过程时间，同时有效防止制备过程中稀土离子形成团簇；有效防止产物粒子形成团聚，使产物颗粒保持细小均匀，显著地提高了发光性能。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及铝酸盐长余辉发光粉，包括铝酸锶、铝酸钡、铝酸钙等长余辉发光粉和纳米铝酸盐发光粉，特别是制备铝酸盐长余辉发光粉的方法。
技术介绍
新型铝酸盐长余辉发光粉与塑料复合可制得成型材料供实用，其余辉亮度特性取出塑料种类而异，目前可开发用于成型品种如丙烯酸树脂类、聚乙烯类、聚苯乙烯类、聚丙烯类、聚碳酸酯类、ABS树脂类、聚甲醛类及聚氨酯等发光塑料。将新型铝酸盐长余辉发光粉与树脂、助剂及溶剂等混合反应，可以制成发光涂料，如丙烯酸类发光涂料及聚氨酯夜光公路行车道漆，这些涂料在安全标识、防伪、室内装满、广告招牌及工艺美术等领域也有着巨大的应用前景。此外，还可制成发光玻璃、发光搪瓷、发光釉面砖及发光玉石等产品，这些将是铝酸盐长余辉发光粉应用的新领域。目前制备现状是高温固相法制备方法虽然简单，但生产制备的产物粒子较粗，发光效率不高；燃烧法生产制备的产物纯度、发光性能还有待提高；水热合成法必须在高压釜中的高压环境中才能进行，工业生产成本偏高，并对制备材料有所选择，所以工业应用受到一定的局限；溶胶-凝胶法制得的产品颗粒细小、均匀；但由于溶胶转化为凝胶时间需要50-75小时，生产周期过长、不利于工业化大规模生产。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供，该方法的生产周期短，烧结温度比高温固相法制备温度低，并且制得的产品化学均匀性好、颗粒细小、亮度高、纯度高、发光性能好。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是其方法步骤为(1)将稀土氧化物原料混和、溶解，加入柠檬酸，置于超声波系统，配制成胶液；(2)将胶液置于微波合成系统，制得溶胶；(3)将步骤(2)所得产物置于开口容器中，再放入微波合成系统，制得干凝胶；(4)干燥；(5)将步骤(4)所得产物置于箱式电阻炉中，在低温条件除去有机质，制备出纳米尺度范围内的中间体； (6)将步骤(5)所得产物置于氮氢高温炉中，通入氢气，在高温条件下灼烧；(7)将步骤(6)所得产物进行超声波浸洗(8)将制备产物分离干燥；(9)粉碎，成品。本专利技术将微波法结合超声波法、溶胶凝胶法综合应用于制备、生产铝酸盐长余辉发光粉，优化制备生产工艺，开辟了新的途径。在溶胶向凝胶转化，凝胶的干燥，晶化等工艺过程中，采用微波辐射技术，并紧密地结合超声波分散技术；在工艺过程中制备了分布均匀的纳米尺度范围内的中间体，使稀土离子在系统中均匀分布。本专利技术新工艺即保持了溶胶-凝胶法所得产品粒径小、分布均匀的优点，又利用微波法的快速、高效特点，大大缩短了整个制备过程时间，同时有效防止制备过程中稀土离子形成团簇；有效防止产物粒子形成团聚，使产物颗粒保持细小均匀，显著地提高了发光性能。附图说明图1为本专利技术实施例流程2为不同温度烧结后，所得发光体的粉晶衍射3确定Eu/Sr最佳配比4为确定微波最佳加热时间5为本专利技术制备的纳米尺度范围内的中间体的10万倍TEM明场像图6为本专利技术制备产物为纳米铝酸盐发光粉的1万倍TEM明场像图7为本专利技术制备产物的X射线粉晶衍射8产物发光性能的三维扫描平面9产物发光性能的三维扫描立体10产物的发射波长扫描11产物的激发波长扫描图具体实施方案如图1所示，本专利技术生产工艺步骤为按一定的化学计量比称取碳酸锶SrCO3(A·R)为1.058公斤，硝酸铝Al(NO3)3·9H2O(A·R)为3.751公斤，三氧化二铕Eu2O3(99.99％)为0.008公斤，三氧化二镝Dy2O3(99.99％)为0.028公斤，添加蒸馏水18.75升。将SrCO3，Al(NO3)3·9H2O(A·R)，Eu2O3，Dy2O3混和，加4.3升1∶1硝酸。在常压条件下，调控温度为50℃-95℃，然后再加入柠檬酸7.932公斤，制备成胶液并置于超声波设备中。将预制的胶液置于微波合成系统(MMR-12MicroSYNTH)，设计工作条件与工作程序，在冷凝回流的条件下，使之在60℃-95℃下反应，制得溶胶。在微波合成系统中反应完毕后，在常压条件下将反应的溶胶置于开口容器中，然后再放入微波炉中加热，控制为低火小功率，制得干凝胶。将制得的干凝胶置于远红外干燥箱中，调控合适温度，除去水份，将干燥后的产物球磨粉碎后放入箱式电阻炉中，使其在较低温度200℃-900℃恒温，除去有机质，制备纳米中间体(平均颗粒尺度为20nm，见图5)。将低温热处理后的纳米中间体取出冷却至室温，加入1.2公斤硼酸(HBO3)并使之混合均匀后，放入氮氢高温炉。调节H2(气)流量，启动工作程序，控制在1％-9％范围，在高温条件600℃-1300℃下灼烧样品。将高温灼烧后的产物置于超声波系统2min-20min并加入乙醇等分散剂，达到分散颗粒，修饰表面的目的。将浸洗的制备产物分离出来，放入干燥箱中干燥，除去多余的分散剂。对产物进行气流粉碎，利用弹性气流消除生产过程中造成的产品软团聚。便得到铝酸锶长余辉发光粉(平均颗粒尺度为100nm，见图6)。根据不同的化学计量配比，运用本专利技术的工艺制备生产工序及其方法，同样可以分别获得铝酸钙、铝酸钡长余辉发光粉。1、高温固相法制备产物的灼烧温度根据材料学以及SrO-Al2O3体系相图，可以得知，如果采用高温固相法直接进行烧结，要想得到单相组分SrO·Al2O3必须按化学计算比配料，加热到1790℃以上成为液相，然后逐渐冷却成单相SrO·Al2O3晶体。而以前的研究也表明，由于单相SrO·Al2O3的高熔点，制备SrO·Al2O3∶Eu2+，(Dy3+)长余辉体时，需要解决高温的问题，这就对设备提出很高的要求。2、灼烧过程简述将微波合成系统制得的SrO·Al2O3∶Eu2+和SrO·Al2O3∶Eu2+，(Dy3+)的干凝胶放入坩埚并置入炉中，从室温升温到600℃，然后保温4h，炉内自然冷却，待冷却后，干凝胶成为白色粉末，然后称取一定量的粉末，加入一定量的H3BO3作为助熔剂，研磨混和均匀，放在刚玉容器中。为防止在高温下稀土离子被氧化成高价态，氨分解氢气主要作为还原气氛用。将样品置于不同温度下烧结，最后确定出最佳烧结温度。图2为不同煅烧温度下(保温2h)的发光体XRD粉末衍射图。从图2可以看出，600℃和800℃灼烧后样品主要是SrCO3相；而960℃下灼烧2h后才开始出现发光体Sr5Al8O17和Sr3Al2O6两相的混合；灼烧6h后发光体中基本为Sr3Al2O6和SrAl2O4相。这说明在960℃即开始形成SrAl2O4，1050℃已基本上为SrAl2O4相，1150-1400℃上基本没有改变，仍是SrAl2O4。从图2分析说明随着烧结温度和时间的增高和增长，SrO-Al2O3体系，由富锶相向富铝相转变，在1050℃已完全转变为SrAl2O4相。从余辉时间和余辉强度综合因素考虑，确定微波-溶胶凝胶法制得干凝胶后的最佳灼烧结温度在1200-1250℃范围内，与高温固相法灼烧温度1790℃相比，灼烧温度下降了500℃。3、在微波-溶胶凝胶法制备中，Eu/Sr最佳配比的确定在微波-溶胶凝胶法制备中，在其他条件相同的情况下，当按照物质量的比Eu/Sr＝0.3％投料时，得到的长余辉粉体发光最强。(见图3) 4、微波加热时间的确定在微波-溶胶凝胶法制备中，在其他情况相同时，微波最佳加热时间为155分钟，相对发光强度最大(见图4)。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备铝酸盐长余辉发光粉的方法，其特征在于：其方法步骤为： （１）将稀土氧化物原料混和、溶解，加入柠檬酸，置于超声波设备，配制成胶液； （２）将胶液置于微波合成系统，制得溶胶； （３）将步骤（２）所得产物置于开口容器中，再放入微波合成系统，制得干凝胶； （４）干燥； （５）将步骤（４）所得产物置于箱式电阻炉中，在低温条件除去有机质，制备出纳米尺度范围内的中间体； （６）将步骤（５）所得产物置于氮氢高温炉中，通入氢气，在高温条件下灼烧； （７）将步骤（６）所得产物进行超声波浸洗； （８）将制备产物分离干燥； （９）粉碎，成品。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：袁曦明，许永胜，王红梅，余启钰，任常兴，朱常龙，于江波，田熙科，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]