长波紫外激发的白色发光材料及其制备方法

文档序号:3803016阅读:215来源:国知局
专利名称:长波紫外激发的白色发光材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及氧化锌发光材料领域,具体涉及长波紫外激发的白色发光材料。
背景技术
近年来随着各种功能材料的广泛应用,对材料发光性质的研究不断深入,同
时也由于白光发光器件(LED)、激光二极管(LD)、真空荧光显示器(VFDs)以及最 近新发展最有潜力的场发射平板显示器(FEDs)等巨大市场需求,促进了人们对
m-v和ii-vi族半导体材料的研究。
ZnO是重要的半导体材料,在大气中不容易被氧化,具有很髙的化学和热稳 定性,激子束缚能大(激子束缚能为60 meV,是ZnSe和GaN基材料的3倍), 禁带宽度约为3.36 eV,室温下不易被热激发,容易实现受激发射,允许激子高 温下复合,是制作与激子相关的光学器件中最有希望的材料。也是少数几种易于 实现量子尺寸效应的氧化物半导体之一,可用作光电池、陶瓷、压敏、传感器、 催化剂、发光材料等。同时,ZnO是一种具有纤锌矿结构的六方晶体。根据能带 结构,ZnO晶体内部的晶格缺陷或者是掺杂的杂质对它的电学和光学性质产生巨 大的影响。ZnO晶体内的晶格缺陷例如氧缺陷、锌缺陷、锌间隙、氧反替位等等 可以导致400-730 nm的可见发射。
近年来,在ZnO中掺杂主族元素制备发光材料的研究引起了科学界的高度重 视。由于钙、锌元素的电负性、原子半径等相差不大,钙很有可能进入ZnO的晶 格当中造成缺陷引起ZnO体系的光电性质发生明显的改变。但是,钙的稳定性与 生长温度之间存在明显的差异,在ZnO的制备过程中,Ca的掺杂是很困难的, 因此,需要一种新的简单的方法,使Ca能顺利掺杂进入ZnO的晶格,并导致ZnO 体系的光学性质发生明显的变化。

发明内容
本发明旨在提供一种长波紫外激发的白色发光材料。
本发明的另一个目的在于提供上述长波紫外激发的白色发光材料的制备方 法,能解决现有技术中存在的问题,用廉价的原材料、简捷有效的新方法制备
Ca掺杂的组分单一色纯度较高的白色发光材料。
其技术方案如下
一种长波紫外激发的白色发光材料,其组成由以下通式表示ZnO:xCa,其 中0.01 sx^0.1。其平均粒径为1一5um。
上述长波紫外激发的白色发光材料的制备,采用研磨法结合空气氧化法,包
括以下步骤
1) 将含锌基质原料与含钙化合物研磨混合均匀,得到前驱物,其中含锌基
质原料中锌元素与含钙化合物中钙元素摩尔比为1:0.01—1:0.1;
2) 将上述前驱物在950 1050"下烧结1-2小时;
3) 将烧结后产物研磨后即得到长波紫外激发的白色发光材料。 其中含锌基质原料选自氧化锌或硫化锌,或醋酸锌,或者摩尔比为1:1一
1:3的氧化锌与硫的混合物,或者摩尔比为1:1—1:3的醋酸锌与硫的混合物。 含钙化合物选自醋酸钙、氧化钙或者氢氧化钙。
所得到的产物波紫外激发的白色发光材料中Zn和Ca的摩尔比例与原料中 Zn和Ca摩尔之比相同。
本发明长波紫外激发的白色发光材料具有很髙的光效,粒径均匀微细,化学、 光学与热性能稳定。以ZnO作为基质,Ca所造成的晶格缺陷为发光中心,Ca 的掺入可使激发光谱发生明显红移到长波紫外光区,在385-395nm的长波紫 外区有很强的吸收,在45t>~€00nm有很强的发射,并具有很高的发光效率。 特别是其LED长波紫外激发的性能使得该材料具有广泛的应用前景。可用于白 色发光器件(LED)、激光二极管(LD)等。
本发明与现有技术相比,优点在于
1)采用研磨法结合空气氧化法,烧结温度低、稍加研磨即可得到超细髙效200710045100.6
说明书第3/4页
长波段激发发光粉末材料,而且所得产品具有很高的化学及光学稳定性;
2)生产工艺简单易操作、原料廉价易得适合工业化生产,反应过程基本没 有工业三废,属于绿色环保、低能耗高效益产业;且所得产品具有很髙的光效, 粒径微细,化学、光学与热性能稳定。


图1为本发明长波紫外激发的白色发光材料的荧光光谱图
图2为本发明长波紫外激发的白色发光材料的SEM电镜扫描图(X5000)
图3为本发明长波紫外激发的白色发光材料的XRD图
具体实施例方式
以下通过实施实例进一歩说明本发明,但应理解,这些实例只是示例性的, 本发明保护范围不局限于此。 实施例1
称取0.02 mol ZnS和0.002 mol Ca(Ac)2,在通风橱中研磨3040分钟,混 匀得前驱物。将以上前驱物置马弗炉1000。C烧结2h后稍加研磨即得目标产物, 其组成为ZnO:xCa, x-0.1,平均粒径为1—5um,电镜扫描照片如图2所示。
XRD图如图3所示,结果表明,样品主相为ZnO,即该发光材料以ZnO为 基质(测试条件电压40kV,电流40mA,扫描速度8。/min)。
荧光测试图谱如图1所示,结果表明该发光材料在,在385~395nm的长 波紫外区有很强的吸收,在450~600nm有很强的发射。测试条件、- 394nm, Xem=487nm,狭缝宽度5nm,电压450V,扫描速度600nm/min。 实施例2
称取0.02 mol ZnO和0.002 mol Ca(Ac)2在通风橱中研磨研磨3040分钟, 混匀得前驱物,将以上前驱物置马弗炉1000°C烧结2 h后稍加研磨即得目标产 物,其组成为ZnO:xCa, x-0.1,平均粒径为1一5um。 实施例3
称取0.02 mol ZnO、 0.02 mol S和0.002 mol Ca(Ac)2在通风橱中研磨研磨 3040分钟,混匀得前驱物,将以上前驱物置马弗炉1000 。C烧结2 h后稍加研
5
磨即得目标产物,其组成为ZnO:xCa, x=0.1,平均粒径为1一5um。 实施例4
将0.02 mol Zn(Ac)2和0.002 mol Ca(Ac)2在通风橱中研磨研磨3040分钟, 混匀得前驱物,将以上前驱物置马弗炉1000 °C烧结2 h后稍加研磨即得目标产 物,其组成为ZnO:xCa, x=0.1,平均粒径为1一5um。 实施例5
将0.02 mol Zn(Ac)2、 0.02 mol S和0.002 mol Ca(Ac)2在通风橱中研磨研 磨3040分钟,混匀得前驱物,将以上前驱物置马弗炉1000 °C烧结1.5 h后稍 加研磨即得目标产物,其组成为ZnO:xCa, x=0.1,平均粒径为1~5um。 实施例&
将0.02 mol ZnS和0.002 mol CaO,在通风橱中研磨研磨3040分钟,混 匀得前驱物,将以上前驱物置马弗炉1050 。C烧结2 h后稍加研磨即得目标产 物,,其组成为ZnO:xCa, x=0.1,平均粒径为1一5um。 实施例7
称取0.02 mol ZnS和0.002 mol Ca(OH)2,在通风橱中研磨研磨3040分 钟,混匀得前驱物,将以上前驱物置马弗炉950 °C烧结2 h后稍加研磨即得目 标产物,其组成为ZnO:xCa, x=0.1,平均粒径为1一5um。 实施例8
称取0.02 mol ZnO、 0.02 mol S和0.001 mol CaO,在通风橱中研磨研磨 3040分钟,混匀得前驱物,将以上前驱物置马弗炉1000 °C烧结2 h后稍加研 磨即得目标产物,其组成为ZnO:xCa, x=0:05,平均粒径为1一5um。 实施例9
称取0.02 mol Zn(Ac)2和0.0002 mol Ca(OH)2,在通风橱中研磨研磨3040 分钟,混匀得前驱物,将以上前驱物置马弗炉1000 °C烧结2 h后稍加研磨即得 目标产物,其组成为ZnO:xCa, x=0.01,平均粒径为1一5um。 实施例10
称取0.02 mol ZnO、 0.06 mol S和0.002 mol Ca(Ac)2在通风橱中研磨研磨 3(M0分钟,混匀得前驱物,将以上前驱物置马弗炉100()CC烧结2h后稍加研 磨即得目标产物,其组成为ZnO:xCa, x-0.1,平均粒径为1一5um。
权利要求
1、一种长波紫外激发的白色发光材料,其特征在于,其组成通式为ZnO:xCa,其中0.01≤x≤0.1。
2、 权利要求1所述长波紫外激发的白色发光材料,其特征在于,其平均粒径为 1—5um。
3、 长波紫外激发的白色发光材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤1) 将含锌基质原料与含钙化合物研磨混合均匀,得到前驱物,其中含锌基质原料中锌元素与含钙化合物中钙元素的摩尔比为1:0.01—1:0.1;2) 将上述前驱物在950 1050C下烧结1-2小时;3) 将烧结后产物研磨后即得到长波紫外激发的白色发光材料。
4、 权利要求3所述长波紫外激发的白色发光材料的制备方法,其特征在于,所 述含锌基质原料选自氧化锌、硫化锌或醋酸锌。
5、 权利要求3所述长波紫外激发的白色发光材料的制备方法,其特征在于,所 述含锌基质原料选自氧化锌与硫的混合物或者醋酸锌与硫的混合物。
6、 权利要求5所述长波紫外激发的白色发光材料的制备方法,其特征在于,所 述氧化锌与硫的混合物或者醋酸锌与硫的混合物,氧化锌或醋酸锌与硫的摩尔比 为1:1 — 1:3。
7、 权利要求3所述长波紫外激发的白色发光材料的制备方法,其特征在于,所 述含钙化合物选自氧化钙、氢氧化钙或醋酸钙。
全文摘要
本发明涉及发光材料,公开了一种长波紫外激发的白色发光材料,其组成通式为为ZnO:xCa,其中0.01≤x≤0.1,平均粒径1-5um,在385-395nm的长波紫外区有很强的吸收,在450-600nm有很强的发射。其制备方法为将含锌基质原料与含钙化合物研磨混合均匀,得到前驱物,其中含锌基质原料中锌元素与含钙化合物中钙元素摩尔比为1∶0.01-1∶0.1;将上述前驱物在950~1050℃下烧结1-2小时;再将烧结后产物研磨后即得到长波紫外激发的白色发光材料。本方法采用研磨法结合空气氧化法,烧结温度低;生产工艺简单易操作、原料廉价易得适合工业化生产,而且所得产品具有很高的化学及光学稳定性。
文档编号C09K11/55GK101104799SQ200710045100
公开日2008年1月16日 申请日期2007年8月21日 优先权日2007年8月21日
发明者余锡宾, 杨广乾, 陶振卫 申请人:上海师范大学
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