制备纳米荧光粉铝酸钇的方法技术

本发明专利技术涉及一种制备纳米荧光粉铝酸钇的方法，它将溶胶－凝胶法与微波法相结合，制备纳米稀土荧光粉铝酸钇（Ｙ↓［４］Ａｌ↓［２］Ｏ↓［９］：Ｅｕ↑［３＋］）。此制备方法与高温固相法相比制备温度明显降低，缩短了生产周期，并且制得的产品化学均匀性、纯度、发光性能都明显提高。这种新型红色纳米荧光粉可应用于等离子体显示屏（ＰＤＰ）、场致发光显示屏（ＥＬ）、荧光灯、车载仪表、移动可视电话、游戏机以及陶瓷闪烁体等。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及纳米稀土荧光粉铝酸钇，特别是。
技术介绍
由于纳米稀土荧光粉的相对发光强度与微米荧光粉相比有了显著提高，并且发射波长会出现频移现象，因此，纳米稀土发光材料成为发光材料研究领域的一个新兴分支，纳米稀土高效荧光粉在等离子体显示屏(PDP)、场致发光显示屏(EL)上有着重要的应用前景。目前，制备稀土荧光粉方法很多，如高温固相法等，这些方法制备的荧光粉都为微米级，且该生产工艺方法要求的烧结温度比较高，一般在1200℃以上，生产周期较长，成本高，不利于大规模生产。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，该方法要求的烧结温度比高温固相法制备微米荧光粉的温度低，生产周期较短，并且制得的产品化学均匀性好、纯度高、发光性能显著提高。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)、将稀土氧化物用溶胶-凝胶法得到柠檬酸盐的混合聚合物溶胶；(2)、将步骤(1)所得溶胶置放入微波炉中加热得到凝胶体；(3)、将凝胶体通过干燥得到干凝胶；(4)、将干凝胶在不同温度下进行热处理，并进行产物颗粒表面修饰，便得到纳米荧光粉铝酸钇(Y4Al2O9∶Eu3+)。本专利技术将溶胶-凝胶法与微波法相结合形成新的工艺制备路线，制备纳米稀土荧光粉铝酸钇(Y4Al2O9∶Eu3+)。在制备过程中，通过微波加热促使掺杂稀土离子均匀且迅速地扩散与柠檬酸形成可溶性螯合物，从而为发光体的制备提供了组成和分布均匀的前驱体，再通过微波作用使溶胶向凝胶转化并大大缩短了生产周期。经过800℃～1200℃灼烧后，将其产物颗粒表面进行修饰，便可得到纳米稀土荧光粉铝酸钇(Y4Al2O9∶Eu3+)。本专利技术方法要求的烧结温度比高温固相法制备微米荧光粉的温度明显降低，一般在800℃～1200℃；缩短生产周期；制得的产品化学均匀性、纯度、发光性能都显著提高；产品成本低，利于大规模生产。这种新型红色纳米荧光粉可应用于PDP、EL、荧光灯、车载仪表、移动可视电话、游戏机以及陶瓷闪烁体等。附图说明图1为本专利技术实施例流程2为本专利技术方法在不同温度下灼烧得到的纳米荧光粉铝酸钇的粉晶衍射3为本专利技术方法所得纳米荧光粉铝酸钇的透射电镜高分辨形貌像图4为本专利技术方法所得纳米荧光粉铝酸钇透射电镜高分辨电子衍射像图5为本专利技术方法所得纳米荧光粉铝酸钇的激发光谱图6为本专利技术方法在非还原气氛下灼烧所得纳米荧光粉铝酸钇的发射光谱图7为本专利技术方法在还原气氛下灼烧所得纳米荧光粉铝酸钇的发射光谱具体实施方案如图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Y2O3(99.99％)为4.5200克，Al(NO3)3·9H2O(AR)为7.5000克，柠檬酸(AR)为48.2600克，HNO3(AR)为1.8900克，Eu2O3(99.99％)为0.3520克。控制称量柠檬酸物质的量为稀土等金属离子物质的总量的1.5～6.5倍之间。将Eu2O3，Y2O3分别溶入0.1-1N HNO3可得到硝酸盐溶液，将按化学计量比称量的Al(NO3)3·9H2O和柠檬酸溶解，并与前面得到的含稀土的硝酸盐溶液混合可得到柠檬酸盐的混合聚合物溶液。在上述过程中，要注意控制加水量。加水量的多少一般用摩尔数比R＝∶表示。加水量与所制备的溶胶粘度和胶凝时间有密切关系，R需要控制在2～8之间。R过大则粘度下降，胶凝时间延长，因为过多的水冲淡了螯合物的浓度。R过小则不利于硝酸盐与柠檬酸的溶解，从而形不成均匀的溶液而析出金属硝酸盐。同时，过多的水也会使干燥时间延长。在制备过程中PH也很关键，PH应控制在2～8范围。PH值太大不利于螯合物的稳定，并会出现析晶和沉淀。调控混合溶液PH值后便得到溶胶，置入微波炉中加热得到凝胶体。将凝胶体置入微波炉中干燥得到干凝胶。将干凝胶在800～1200℃下进行热处理。然后将产物颗粒表面进行修饰，即用0.01～0.5M明胶溶液浸泡、搅拌、分离、干燥，便得到纳米稀土荧光粉Y4Al2O9∶Eu3+。Y2O3-Al2O3二元系存在三个不同的物相YA1O3、Y3Al5O12和Y4Al2O9，这在现有的有关文献中已被研究过，在铝酸钇的三种物相中，前两种作为荧光粉的基质已被广泛研究过，而Y4Al2O9作为发光基质却被研究的不多。研究中，本人发现用溶胶—凝胶法在800℃就可得到荧光粉Y4Al2O9物相，900℃下灼烧可以得到其纯物相，所得粉末在透射电镜(TEM)下观察，荧光粉的颗粒大小在纳米级(如图3)。灼烧温度的确定将干凝胶放入高温箱式电炉中在不同的温度下灼烧，将得到的样品进行X射线粉晶衍射(XRD)分析，结果发现在800℃时开始出现纳米晶相Y4Al2O9(YAO)，达到900℃时产物已经为Y4Al2O9纯相，接着分别在1000℃、1200℃下灼烧，得到的产物仍为Y4Al2O9，系列样品的XRD如图2。产品的形貌和粒径用透射电镜(TEM)进行了观察，图3所示为900℃下灼烧后得到的纳米荧光粉的形貌像(BF)，图4所示为电子衍射像(ED)。从图3中可以看出颗粒粒径基本上在20nm～50nm之间，统计分析平均粒径为30nm。通过透射电子显微镜观察，合成制备的纳米荧光粉的大多数微粒为球形或近球形。研究发现随着灼烧温度的提高，YAO荧光粉颗粒的粒径会逐渐变大。当烧结温度达到1200℃，YAO的粒径基本上在1um以上。另外，与图2的相图所示的温度和有关文献报道用高温固相法制备微米荧光粉温度相比较，采用溶胶-凝胶法与微波法相结合的方法制备获得纳米晶Y4Al2O9物相，其烧灼温度可降低至800℃，生产周期也大大缩短了。本专利技术分别采用直接灼烧干凝胶和在活性炭粉还原的气氛下灼烧，发现得到的纳米晶相为同一物相YAO。本专利技术对所得纳米荧光粉的激发与发射光谱进行了研究。如图5所示为在发射光谱598nm监控下所得的激发光谱，谱图1为非还原气氛下制备的样品的激发光谱，峰值分别为394.3nm、438.5nm、470.8nm；谱图2为还原气氛下制备的样品的激发谱，出现的峰值分别为340.1nm、395.7nm、471.2nm。两者的差别在于340.1nm和438.5nm两激发峰，此不同峰出现的主要原因在于Eu3+在YAO纳米晶结构中所处的晶格位置的微小差异造成的。上述激发峰是由于Eu3+的f-f的跃迁吸收造成的。Y4Al2O9晶体结构为单斜晶系，空间群为P21/C，点群为C2h。当掺杂Eu离子到Y4Al2O9晶体中时，由于Eu离子的半径与Y3+的半径(RY3+＝0.088nm)比较接近，所以Eu一般在晶格中占据Y3+的位置，而Eu一般以两种离子形式存在Eu3+(REu3+＝0.095nm)和Eu2+(REu2+＝0.109nm)，从价态和离子半径考虑Eu离子应该以三价形式存在于纳米晶中。结合发射光谱，光谱中的发射峰都是Eu3+的5D0→7FJ的跃迁产生的特征发射，并且即使还原气氛下制备的荧光粉，其发射光谱中也没有出现Eu2+离子的特征发射，这说明Eu在纳米晶Y4Al2O9中是以三价离子的形式Eu3+存在的，造成这种结果的原因正是离子半径和电荷平衡的共同作用所致。分析发射光谱，实验中发现当用不同的光激发时，会出现不同的发射峰，当波长λ＝400nm的光激发后所出现的发射谱，为单峰λ＝597.8nm，为橙光发射(见图6所示)。当波长本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备纳米荧光粉铝酸钇的方法，其特征在于：其方法步骤为：（１）、将稀土氧化物Ｅｕ↓［２］Ｏ↓［３］用溶胶－凝胶法得到柠檬酸盐的混合聚合物溶胶；（２）、将步骤（１）所得溶胶置放入微波炉中加热得到凝胶体；（３）、将凝胶体通过干燥得到干凝胶；（４）、将干凝胶在不同温度下进行热处理，并进行产物颗粒表面修饰，便得到纳米荧光粉铝酸钇。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：袁曦明，
申请(专利权)人：袁曦明，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]