新型荧光材料K2Li13TaP8O30制备及用途制造技术

本发明专利技术涉及一种新型发光材料磷酸钽锂钾及其制备方法和应用，其特征在于：该化合物的分子式为K2Li13TaP8O30，属于单斜晶系，空间群为

【技术实现步骤摘要】
新型荧光材料K2Li13TaP8O30制备及用途
本专利技术属于发光材料与无机固体化学交叉领域，具体涉及一种新型化合物磷酸钽锂钾的制备、晶体结构，荧光性质以及其在该发光材料领域的应用。
技术介绍
自从发光材料进入了人们的日常生活，使得我们的生活变得五彩缤纷，在很多领域都已被广泛的应用。例如，在照明显示方面，发光材料广泛地用于电脑显示器、彩色电视荧光屏、LED荧屏以及荧光灯管等。在建筑装饰标识方面，发光材料在涂料、油墨中起到了装饰美化的作用，以及用于一些常见的公共场合的交通、消防以及信息标志牌等。在塑料制品方面，一般常见用于荧光胶带、荧光工艺品以及荧光花束等。在医疗方面，在X射线断层扫描诊断、放疗检测系统的闪烁体以及荧光免疫检测技术等方面的运用。在军用方面，在雷达显示器、示波器等材料上也有运用近几年来，随着对发光材料的发光颜色、发光强度、发光效率等要求的不断提高，以磷酸盐作为基质的发光材料逐渐地成为人们关注的热点。稀土磷酸盐基质材料，因制备条件温和、发光性能优良及物理化学性能稳定等优点在很多领域被广泛应用。目前以磷酸盐为基质的发光材料大部分都集中在稀土发光材料的研究，另据报道，含有过渡金属离子或其它离子的无机化合物也能发射出明亮的荧光。与稀土发光材料中的荧光发射是基于稀土离子的4f→4f跃迁不同，这类材料的发光源于材料本体的本征缺陷的发光，称为自激活发光。缺陷发光材料的发光原理有多种，主要包括激活离子发光、半导体发光、交叉发光、自陷激子发光、电荷转移发光、芯—价带转移发光和束缚激子—等离子空穴陷阱发光等。但是一些缺陷发光材料的具体和深层次的发光机理到目前为止都并没有得到完美的解释，虽然可证明其发光确实源自缺陷，缺陷发光仍是一种比较复杂的发光类型。最早的缺陷发光材料在1986年被发现，是一种由硅酸盐—羧酸盐溶胶—凝胶前驱体制备的白色粉末。由于缺陷发光材料低毒性、稳定性好、发光颜色可调、成本低等诸多优点，之后，缺陷发光材料成为有望在某些应用领域替代传统发光材料的新兴材料。开发新型缺陷发光材料一直是国内外研究者的热门话题。含有高价钽的晶体化合物，在制备过程中容易形成氧缺陷，成为缺陷发光中心。例如，四钽酸钡Ba5Ta4O15在255nm紫外光激发下，可以产生350~600nm的一个宽带发射，最强峰位于455nm，对应于蓝光；又如晶体材料BaTa2O6，在240nm紫外光激发下，可以产生350~450nm的一个宽带发射，最强峰位于392nm，对应于近紫外光和紫光。我们认为，将高价钽（V）引入磷酸化合物中，可以制备出新型的磷酸盐基缺陷发光材料，基于此，我们开展了钾－锂－钽－磷－氧无元体系化合物的探索研究，发现一例新颖的自激活蓝色发光晶体材料K2Li13TaP8O30。相关工作，至今末见文献报道。
技术实现思路
本专利技术的目的：（1）提供一种新化合物磷酸钽锂钾，该化合物分子式为K2Li13TaP8O30；（2）提供化合物K2Li13TaP8O30的单晶体制备方法；（3）提供化合物K2Li13TaP8O30的粉体的制备方法；（3）提供化合物K2Li13TaP8O30的晶体结构；（4）提供化合物K2Li13TaP8O30的荧光性能和用途。本专利技术目的在于提供一种新型化合物磷酸钽锂钾，该化合物的分子式为K2Li13TaP8O30，属于单斜晶系，空间群为P21/c，单胞参数为a=10.5755(9)Å，b=5.0534(4)Å，c=24.333(2)Å，β=100.4780(10)°，Z=2，V=1278.70(19)Å3。X射线单晶结构分析表明，每个晶体学不对称单元中包含1个K原子、7个Li原子、1个Ta原子、4个P原子、15个氧原子。每个P原子与4个氧原子配位，形成四面体结构的PO4。P–O键键长落在1.505(4)–1.632(4)Å的范围中，而O–P–O的键角在103.2(2)–115.5(2)°范围中。Ta原子与6个O原子配位，形成TaO6八面体结构，该八面体较为规则，Ta–O的距离弥散在1.929(4)–1.969(4)Å较小得范围内。PO4四面体和TaO6八面体之间通过共用顶点氧原子的方式相互连接，形成了一维无限长阴离子链[TaP8O30]15-∞，Li+和K+阳离子分布于[TaP8O30]15-∞阴离子链之间中并通过离子键作用与其相连，起到平衡电荷以及支撑骨架，形成了化合物K2Li13TaP8O30的整体晶体结构，如图1所示。本专利技术目的在于提供一种新化合物磷酸钽锂钾K2Li13TaP8O30单晶的培养方法，其特征在于：本专利技术培养单晶的方法称为高温助熔剂法，具体过程是将化合物的组分在高温下溶解于助熔剂中，形成均一透明的高温熔液，然后通过缓慢降温法形成过饱和溶液，晶体逐渐析出并长大。本专利技术采用K2O−Li2O−P2O5的混合物体系为助熔剂，难熔氧化物Ta2O5为溶质，K2O、Li2O、P2O5、Ta2O5的摩尔比为4:6:7:1左右，晶体的生长温度范围为860−700℃，降温速率为0.5−5℃。具体操作步骤如下：将反应原料钾源化合物、锂源化合物、磷源化合物、钽源化合物混合均匀并充分碾磨15−60min，加热至900−1000℃熔融，恒温10−30h使熔体均匀透明，然后按照0.5−5℃的速率降温至700℃，然后自然冷却后，得到含K2Li13TaP8O30单晶体。采用的化合物原料为，钾源化合物为氧化钾或氢氧化钾或草酸钾或碳酸钾或硝酸钾或氯化钾或氟化钾或硫化钾，锂源化合物为氧化锂或氢氧化锂或草酸锂或碳酸锂或硝酸锂或氯化锂或氟化锂或硫化锂，磷源化合物为磷酸或五氧化二磷或磷酸二氢铵或磷酸氢二铵或磷酸铵，钽源化合物为五氧化二钽或五氯化钽。本专利技术提供了一种新化合物磷酸钽锂钾K2Li13TaP8O30粉末相的高温固相制备方法，具体步骤如下：将含钾、锂、钽、磷的化合物原料按钾、锂、钽、磷摩尔比为2:13:1:8比例称量后，通过玛瑙研钵碾磨成粉末并充分混合，然后使用马弗炉在800−900℃煅烧20−40小时，冷却至室温，即可获得化合物K2Li13TaP8O30的纯粉末相。本专利技术提供了新化合物磷酸钽锂钾K2Li13TaP8O30的性能和用途，其特征在于：在近紫外光激发下，该化合物可以发射出明亮的蓝色荧光，可作为蓝色荧光粉用于发光材料
本专利技术制备的蓝色荧光粉K2Li13TaP8O30在空气中长时间放置不会潮解，相结构不会发生改变，化学稳定性和热稳定性高。通过该工艺制备得到的荧光粉无杂质存在，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钽锂钾晶体的三维结构图；图2是本专利技术制得的磷酸钽锂钾晶体材料的粉末衍射和单晶数据模拟的对比图；其中下图是根据晶体结构拟合得到的X射线衍射图谱，上图是采用高温固相法的磷酸钽锂钾纯相粉末X射线衍射测试图谱;图3是本专利技术制得的磷酸钽锂钾发光材料的荧光激发谱图；图4是本专利技术制得的磷酸钽锂钾发光材料的荧光发射谱图。具体实施方式下面结合附图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：采用助溶剂法生长化合K2Li13TaP8O30的尺寸为0.2mm左右的单晶体，适合用于单晶衍射实验，以确定化合物的分子式与精细晶体结构。晶体生长加热装置为普通马弗炉，热本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型发光晶体材料磷酸钽锂钾，其特征在于：该晶体材料的化学式为K2Li13TaP8O30，属于单斜晶系，空间群为

【技术特征摘要】
1.一种新型发光晶体材料磷酸钽锂钾，其特征在于：该晶体材料的化学式为K2Li13TaP8O30，属于单斜晶系，空间群为P21/c，单胞参数为a=10.5755(9)Å，b=5.0534(4)Å，c=24.333(2)Å，β=100.4780(10)°，Z=2，V=1278.70(19)Å3。2.一种权利要求1所述的发光材料磷酸钽锂钾单晶的培养方法，其特征在于具体步骤为：将反应原料钾源化合物、锂源化合物、磷源化合物、钽源化合物混合均匀并充分碾磨15−60min，加热至900−1000℃熔融，恒温10−30h使熔体均匀透明，然后按照0.5−...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵丹，薛亚丽，李飞飞，段培高，张丽娜，赵姬，马召，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南,41