橙红色长余辉发光材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种橙红色长余辉发光材料及其制备方法，这种发光材料的化学特征式为：BaZrO3:Eux，Tiy，其中：x，y为相应掺杂离子相对于BaZrO3的摩尔比系数，式中0.005≤x≤0.045，0＜y≤0.05.其制备方法是：采用高温固相法在空气中合成。按化学计量比称取原料，然后经过球磨混合、干燥、在空气中预烧、研磨、在空气中高温煅烧、研磨成粉等过程得到橙红色长余辉发光材料。经过紫外光激发，样品发出明亮的橙红色余辉光，发射光谱测定主发射峰位于594nm附近；撤去紫外激发光后，样品具有明显的橙红色长余辉特性，余辉光肉眼可见。其优点是：化学稳定性好、无放射性、亮度高、单色性好、余辉时间较长，并且本发明专利技术的制备方法简单，不需要气氛保护，适合大规模生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高亮度高单色性橙红色长余辉发光材料，本专利技术还涉及上述发光材料的制备方法。
技术介绍
长余辉发光材料是一种光致储能材料，具有节能、可循环使用等特点，被广泛应用于应急指示、弱光照明、工艺美术和建筑装潢、高能射线探测、信息存储和显示设备、激光设备等领域。现有的可见光区的长余辉材料主要分为红色系、黄绿色系和蓝色系，其中黄绿色和蓝色长余辉材料的发光性能已经达到实际应用的需要并且已经实现了工业化，这些材料主要是稀土元素掺杂的铝酸盐和硅酸盐。而红色长余辉材料的研发却进展相对缓慢，目前商用的红色系长余辉材料多为硫化物体系，这一体系的发光材料虽然发光亮度和余辉长度可勉强达到使用要求，但其化学稳定性差，在空气中易潮解，并且生产过程复杂，合成过程中产生的废弃物对环境污染严重。中国专利技术专利200410017538. X公开了《La202S红色长余辉发光材料及其制备方法》这项专利申请。该专利技术阐述的发光材料是以La2O3为基质，La2O3和S为基质原料， Eu3+为激活剂，Mg2+、Zr4+、Ti4+、Nb5+为共激活剂，碳酸钠和碳酸锂为助熔剂。其制备方法必须在还原环境下完成，而且制备过程复杂耗时。按照专利制备的材料被激发后，肉眼可观测到红色或橙红色。尽管这种材料的长余辉特性较好，但产品和制备方法却存在显而易见的不足，比如提供还原性环境势必使制备此种材料的成本较高，硫原料势必造成环境污染，共掺多种昂贵材料势必抬高产品的价格。因此，寻找和合成性质稳定、余辉性能佳、成本低、环境友好的红色系长余辉发光材料、尤其是橙红色长余辉发光材料的研究一直是一个热点。专利
技术实现思路
本专利技术是鉴于上述问题而提出的，解决了以往的上述多种问题，实现下面的目的。 即，本专利技术的目的在于提供一种高亮度、高单色性、化学稳定性好且余辉时间长的橙红色长余辉发光材料，以及提供对环境友好、制备过程简单的橙红色长余辉发光材料的制备方法。作为用于解决上述课题的手段，如下所示。即，本专利技术提供一种橙红色长余辉发光材料，其特征化学式为BaZr03:Eux，TIy，式中， O. 005 ^ X ^ O. 045，O < y ^ O. 05，其中，x，y为相应掺杂离子相对于BaZrO3的摩尔比系数。上式中，优选X为O. 025±0. 005 ;y优选O. 005以上，更优选O. 015±0. 002，y的上限优选O. 045。本专利技术的橙红色长余辉发光材料以BaZrO3为基质，Eu3+为激活剂，适量掺杂TiO2。 从而比不掺杂TiO2的情况相比，其发光亮度高、单色性好、余辉时间长。上述的橙红色发光材料的发光亮度是BaZrO3 = Eu的5 9倍，发射光的单色性比 BaZrO3IEu好，余辉时间通常为250 460秒，优选400 460秒。本专利技术还提供一种橙红色发光材料的制备方法，包括以下步骤(I)按元素化学计量比称取相应元素的氧化物/碳酸盐原料，(2)在称好的原料中加入分散剂，分散剂优选无水乙醇，而后进行研磨，(3)将研磨后混合均匀的原料干燥，(4)对干燥的原料进行预烧，(5)取出预烧后的样品，研磨后煅烧，以得到所述橙红色长余辉发光材料。另外，优选步骤⑴中所用原料Ba采用的是其碳酸盐，Zr、Eu和Ti分别采用的是它们的氧化物。步骤(2)中研磨的优选时间是20 40h，更优选24h。所述研磨优选为球磨。步骤(4)中，优选干燥后的原料放在坩埚中，在700 900°C的大气环境下预烧 3 8h，随炉自然冷却到室温。更优选的是在850°C的大气环境下预烧4h.步骤(5)中，优选将预烧并研磨后的样品装入坩埚，在空气氛围中升温至1250 1550°C，煅烧4 8h，随炉自然冷却到室温。更优选的是在空气氛围中升温至1400°C，煅烧 5h，随炉自然冷却到室温。本专利技术优选的制备方法中采用预烧和煅烧两个阶段，干燥后的原料放在坩埚中， 在700 900°C的空气环境下预烧3 8h。预烧研磨后的样品装入坩埚，在空气氛围中升温至1250 1550°C，煅烧4 8h，随炉自然冷却到室温。采用这种方法有助于提高材料的结晶度和纯度。另外，本专利技术制备方法中还可以在预烧前研磨时在原料中加入相对于基质材料 BaZrO3摩尔比系数为O. 05 O. 15的硼氧化物(B2O3)或其酸(H3BO3)做为助熔剂。优选硼氧化物或其酸相对于基质材料BaZrO3摩尔比系数为O. 10 ± O. 02。助熔剂硼氧化物(B2O3)或其酸(H3BO3)的加入降低了晶相成核反应温度和晶粒生长反应能垒，从而加快界面反应速度，而且助熔剂硼氧化物(B2O3)或其酸(H3BO3)加入极有可能增加了电子缺陷陷阱能级的深度和密度，所以助熔剂的加入不仅有助于烧结而且可以提高材料的发光性能。本专利技术还提供一种掺有助熔剂(硼酸或者硼的氧化物)的BaZr03:Eux，Tiy，式中 O. 015 ^ X ^ O. 045，O < y ^ O. 05，其中，x，y为相应掺杂离子相对于BaZrO3的摩尔比系数。上述掺有助熔剂(硼酸或者硼的氧化物)的BaZrO3:Eux，Tiy发光材料的起始发光亮度是BaZrO3 = Eu的9 11倍，余辉时间为300 630秒，优选500 630秒，更优选600秒左右。另外，与不掺杂助熔剂的所述BaZrO3:Eux，Tiy以及BaZrO3 = Eu相比，掺有助熔剂的 BaZrO3IEux, Tiy发光材料的发射光的单色性好，起始发光亮度高。本专利技术橙红色长余辉发光材料采用高温固相法合成，发射主峰位于594nm附近， 亮度高，余辉时间较长，且具有更好的单色性，助熔剂H3BO3 (或者B2O3)的加入让本专利技术材料具有更高的起始亮度。本专利技术橙红色长余辉发光材料的基质材料选用的是化学性质稳定、耐高温、高纯相的BaZrO3,此基质与Eu和Ti离子之间有很高的能量传递效率。所采用的共掺离子Eu和 Ti之间也有很高的能量传递效率。以上因素都有利于激发发光，使共掺后的发光材料可以发出亮度高，单色性好，余辉时间明显延长的橙红色光。本专利技术橙红色长余辉发光材料不含放射性元素，对环境几乎没有污染。且本专利技术的制备方法简单，不需要保护气氛，适合大规模工业生产。本专利技术橙红色长余辉发光材料在一些显示设备和激光设备等领域有很大的潜在应用价值。还可适当共掺杂硼氧化物(B2O3)或其酸(H3BO3)做为助熔剂来进一步提高该材料的起始发光亮度。附图说明图I是本专利技术的长余辉发光粉的XRD图谱。(a) =BaZrO3:Eu0.025 ； (b) =BaZrO3:Eu0.025, Tia 005 ;(c) =BaZrO3:Eu0.025, Tia015 ;(d) BaZrO3: Eua 025, Ti0.045 ；(f) =BaZrO3: Eu0.025, Tia015 ;其中(a)、(b)、(c)和(d)四个样的煅烧温度都是1400°C，(f)样品的煅烧温度是1550°C .图2是本专利技术的长余辉发光粉(煅烧温度均为1400°C )的发射光谱。(a) =BaZrO3:Eu0.025 ； (b) =BaZrO3:Eu0.025, Tia 005 ;(c) =BaZrO3:Eu0.025, Tia015 ;(d) BaZrO3: Eu0.025本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙东领，刘卫，李栋才，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：