铽离子掺杂的三维多孔结构氧化铝气凝胶荧光粉的制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及稀土发光领域，具体涉及一种铽离子掺杂的三维多孔结构氧化铝气凝胶荧光粉的制备方法和应用。将TbCl3混合于Al3Cl3·

【技术实现步骤摘要】
铽离子掺杂的三维多孔结构氧化铝气凝胶荧光粉的制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及稀土发光领域，具体涉及一种铽离子掺杂的三维多孔结构氧化铝气凝胶荧光粉的制备方法和应用。

技术介绍

[0002]稀土发光材料因具有色纯度高、吸收能力强、色彩鲜艳、转换效率高、性质稳定及可发射的光谱类型多等优点，在照明领域有着广阔的应用前景。随着社会的发展，白光LED的应用日趋广泛，对其技术也在不断引进和革新，发展稀土发光材料产业，必须重视源头，解决好稀土荧光粉品质改善、品种开发、应用拓展等问题。在光电技术指标和产品一致性的基础上，减少用量、优化利用，进一步提高利用效率和发光效率，也是从源头保护稀土的重要方法之一，这历来也是学科界的重点研究方向之一。
[0003]白光LED的光源具有发光效率高、发光单色性好、节能、寿命长、安全性高、光线均匀舒适、环境友好等诸多优点。而目前，实现白光LED的方法主要有以下2种方法：第一种是将能够分别发出红、绿、蓝颜色的芯片封装起来，通过一定手段进行调控，使其混合发出白光；第二种是将能够被蓝光激发发出黄色的荧光粉与蓝色LED芯片进行封装，从而可以发出白光；以上实现方法具有工艺简单、成本低的优点，但是第二种方法合成的白光因缺少绿光成分，虽然色温较高，但其显色系数较低。故通过荧光粉实现白光LED的方法中，绿光扮演者至关重要的角色，因此，在荧光粉转换白光LED的工艺中，绿色荧光粉是制约白光LED发展的关键。为了寻求高效的绿色荧光粉，铽离子(Tb
3+
)常作为绿色高效激活离子，铽离子的跃迁发射分别来自5D4→7F
J
和5D3→7F
J
，根据已有实验数据表明在550nm附近是铽离子5D4→7F
J
产生跃迁发射的绿光，所以铽离子被广泛运于绿色荧光粉的制备和研究。
[0004]以非稀土氧化物作为基质是发光材料中的一类体系，常见的铽离子的非稀土氧化物基质主要有：TiO2、ZnO、ZrO2、Al2O3等，ZnO基质虽然稳定性很好，但因其晶格价态、离子尺寸与三价稀土金属离子不匹配，导致稀土金属离子主要分布在基质表面，很难进入晶格内，导致实际掺杂浓度远低于理论计算值。ZrO2需要与另一种氧化物形成固溶体，并使ZrO2转变为稳定的立方相，发光效率才会较好。但固溶体的结构受烧结温度影响很大，较低的烧结温度不利于结构的形成，无形中增加了成本。TiO2基质不能进行高浓度稀土离子掺杂，限制了发光效率的提高，当掺杂量超过15％就会发生浓度淬灭现象；激发温度超过467K，发光效率开始下降。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种制备高效发光的绿色荧光粉的新方法。
[0006]将稀土离子掺杂于铝盐，由溶胶凝胶制备的稀土发光材料可有效解决稀土发光材料在经受高温煅烧后由于发光中心团聚、聚集或脱落等问题引起的发光位点减少，发光性
能降低的问题。本专利技术制备方法具有稳定性好、负载率高、基质与稀土离子结合力强、成本经济等优点，对推动发展白光LED技术具有较为重要的现实意义。
[0007]本专利技术铽离子掺杂的三维多孔结构氧化铝气凝胶荧光粉的制备方法，包括如下步骤：
[0008](1)、将TbCl3与Al3Cl3·
6H2O按摩尔比混合，并用去离子水和乙醇溶于锥形瓶中，用恒温磁力搅拌器充分搅拌溶解后，滴加HCl促进Al3Cl3·
6H2O的水解；
[0009]其中，TbCl3与AlCl3·
6H2O的摩尔比为1:10～20，去离子水和无水乙醇的体积比为1:1～1:5；HCl溶液加入量为混合溶解好的溶液体积的0.5％～3％。
[0010](2)、待步骤(1)的铝盐完全水解后，将锥形瓶密封好，放至水浴锅中设定温度进行反应，反应完全后，将溶液转移至烧杯中，放在磁力搅拌器上搅拌冷却至室温；
[0011]其中，水浴反应温度为60～100℃，反应时间为1～1.5h；
[0012](3)、待步骤(2)中溶液冷却至室温，将烧杯放置在冰水浴环境中，缓慢滴加环氧丙烷；待环氧丙烷滴加完后，用一次性保鲜膜将烧杯口密封并放入恒温培养箱中于45～50℃温度下静置20～30分钟待凝胶；
[0013]环氧丙烷加入量为混合溶解好的溶液体积的40％～70％；
[0014](4)、待步骤(3)中的物料凝胶后，揭开保鲜膜，沿着烧杯内壁缓慢倒入无水乙醇，将整块凝胶浸没，再用保鲜膜密封置于45～50℃恒温箱中老化2～3天；老化结束后，将无水乙醇倒出置于真空干燥箱中干燥；
[0015](5)待步骤(4)凝胶干燥完成后，将干凝胶放置到马弗炉中，在空气气氛氛围下煅烧；煅烧结束后，于玛瑙研钵中研磨成粉末即可。
[0016]其中，煅烧温度为550～750℃，升温速率为3～5℃/min，恒温时间为2.5～4h。
[0017]有益效果：
[0018]本专利技术以氧化铝气凝胶作为铽的发光基质，将稀土离子掺杂其中，可以有效解决稀土发光材料在经受高温煅烧后由于发光中心团聚、聚集或脱落等问题引起的发光位点减少，发光性能降低的问题。制备的三维纳米多孔氧化铝气凝胶具有发光性能稳定、发光效率高等优点。
附图说明：
[0019]图1为本专利技术中采用实施例1制备的
0.1
Tb
3+
：Al2O3绿色荧光发光材料图。
[0020]图2为本专利技术中
x
Tb
3+
：Al2O3在空气氛围下制备的绿色荧光发光材料中铽离子掺杂浓度与发光强度的关系图。
[0021]图3(a
‑
d)为本专利技术中采用实施例1制备的0.1Tb
3+
：Al2O3绿色荧光发光材料的分散性的电镜图。
具体实施方式
[0022]以下将对实施案例进行详尽补充和描述。
[0023]实施例1
[0024]将TbCl3与Al3Cl3·
6H2O按1：10摩尔比混合，称取0.6g TbCl3和6gAl3Cl3·
6H2O，混合后的物料用去6mL去离子水14mL无水乙醇溶于250mL锥形瓶中，用恒温磁力搅拌器充分搅
拌溶解；充分混合溶解后，滴加1mL 1mol/L的HCl促进Al3Cl3·
6H2O的水解；然后将锥形瓶密封好，在80℃恒温条件下持续反应1h；反应结束后，将溶液转移至烧杯中，放在磁力搅拌器上搅拌冷却至室温；将烧杯放至在冰水浴环境中，缓慢滴加14mL的环氧丙烷；滴加完成后，用一次性保鲜膜将烧杯口密封并放入恒温培养箱中于45℃静置30min待凝胶；凝胶后，揭开保鲜膜，沿着烧杯内壁缓慢倒入10mL的无水乙醇，将整块凝胶浸没，再用保鲜膜密封置于45℃恒温箱中老化3天；老化结束后，将无水乙醇倒出置于真空干燥箱中，干燥温度为80℃，干燥时间为24h；干燥完成后，将干凝胶放置到马弗炉中，在空气气氛氛围下煅烧，煅烧温度为650℃，升温速率为5℃/min，恒温时间为2.5h；煅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铽离子掺杂的三维多孔结构氧化铝气凝胶荧光粉的制备方法，其特征在于：所述制备方法步骤如下：(1)、将TbCl3与Al3Cl3·
6H2O按摩尔比混合，并用去离子水和乙醇将其溶于锥形瓶中，用恒温磁力搅拌器充分搅拌溶解后，滴加HCl促进Al3Cl3·
6H2O的水解；(2)、待步骤(1)的铝盐完全水解后，将锥形瓶密封好，放至水浴锅中设定温度进行反应，反应完全后，将溶液转移至烧杯中，放在磁力搅拌器上搅拌冷却至室温；(3)、步骤(2)冷却至室温后，将烧杯放置在冰水浴环境中，缓慢滴加环氧丙烷；待环氧丙烷滴加完后，用一次性保鲜膜将烧杯口密封并放入恒温培养箱静置凝胶；(4)、待步骤(3)中的物料凝胶后，揭开保鲜膜，沿着烧杯内壁缓慢倒入无水乙醇，将整块凝胶浸没，再用保鲜膜密封置于恒温箱中老化；老化结束后，将无水乙醇倒出置于真空干燥箱中干燥；(5)待步骤(4)凝胶干燥完成后，将干凝胶放置到马弗炉中，在空气气氛氛围下煅烧；煅烧结束后，于玛瑙研钵中研磨成粉末即可。2.根据权利要求1所述的铽离子掺杂的三维多孔结构氧化铝气凝胶荧光粉的制备方法，其特征在于：步骤(1)中TbCl3和Al3Cl3·
6H2O的摩尔比为1:10～20，去离子水和无水乙醇的体积比为1:1～1:...

【专利技术属性】
技术研发人员：高丙莹，曹金耀，姚超，左士祥，毛辉麾，李霞章，毛林强，张文艺，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：