专利名称：一种硼酸钇掺铕的球形荧光粉的水热制备方法
技术领域：
本发明涉及一种硼酸钇掺铕的球形荧光粉的制备方法，尤其是涉及一种硼酸钇掺铕的球形荧光粉的水热制备方法。
背景技术：
稀土硼酸盐由于具有稳定的物理化学性质，相对较低的合成温度及优良的发光性能成为发光材料的研究的一个重要方面。YBO3 = Eu3+是一种高效的红色荧光材料，其在真空紫外(VUV)波段激发光谱有一个140 170nm的激发峰[杨智et al.高等学校化学学报 21(2000) :1339 1343]。使得荧光粉能够以更高的效率利用所受到的紫外激发能量，所以其发光效率优于传统的IO3: Eu3+荧光粉[何玲，红色稀土硼酸盐荧光粉的合成及其发光性能的研究，博士学位论文]。因此YBO3 = Eu3+成为等离子平板显示器(PDP)的一个比较理想的红色荧光粉。材料的微纳米尺寸结构、尺寸和形貌等因素对其性能及实际应用有重要的影响。 如何调控材料的形貌、尺寸和结构是当前材料研究的前沿与热点[Murry C et al. J Am Chem Soc 115(1993) :8706-8715]。为了提高TOO3 = Eu3+的荧光发光效率，在合成过程中对其形貌、纯度、粒径尺寸的控制是非常重要的。迄今为止，人们已经合成了若干具有特殊形貌的TO03:Eu3+荧光粉，包括鼓状、棒状、片层叠加成的球状、蛋糕状、花球状和球状。与其他的形貌相比，球形的YBO3 = Eu3+荧光粉具有更高的荧光效率[Byung Woo Jeoung, Preparation of Spherical Phosphor (Y,Gd)BO3:Eu by Polymeric-Aerosol Pyrolysis J. Electrochem. Socl51, (2004) :213-216]。但是组成宏观球形形貌的次级颗粒的尺寸、形貌，对荧光粉发光强度及效率也有不可忽视的影响作用。以硼酸盐的结晶特性而言，极易进行异向生长形成二维片状结构，片状面积越大使材料发光均勻性和强度都受到影响。与其他方法所制得的球形荧光粉不同的是，本文所使用的诱导试剂为丙二酸，得到的荧光粉颗粒由更小的次级片层颗粒组成，相较于没有引入有机形貌诱导试剂所制得的荧光粉而言，其表面更加细致紧密更接近于圆球形。制备稀土硼酸盐的方法主要有固相反应法，溶胶凝胶法，喷雾热解法，燃烧法及水热法等，其中水热法具有反应条件温和，反应温度低，产物晶体缺陷不明显，体系稳定且反应条件参数更容易控制等优点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硼酸钇掺铕的球形荧光粉的水热制备方法，以可溶性钇盐、可溶性铕盐和硼酸为原料，利用可溶性碱促发硼酸盐结晶的生成，在硼酸盐结晶形成的过程中，利用有机形貌诱导试剂特殊的分子结构，诱发钇离子和铕离子形成络合物，从而改变结晶取向，生成由细小的次级片层颗粒组成的硼酸钇掺铕的球形荧光粉。本发明采用的技术方案的步骤如下1)将可溶性钇盐、可溶性铕盐和硼酸分别溶于去离子水中，钇离子、铕离子和硼酸的摩尔浓度分别为0. 01 1. 0摩尔/升，搅拌得到均勻溶液；幻将上述三种溶液按钇离子、铕离子和硼酸摩尔浓度19 1 20的比例混合；3)将步骤2、混合溶液搅拌；4)在步骤3)混合溶液中加入丙二酸作为有机形貌诱导试剂，加入的丙二酸摩尔数与钇离子和铕离子的摩尔数之和的比为3 2，待溶液pH稳定之后用碱液调节溶液pH为 8 10 ；5)将步骤4)溶液移入IOOmL反应釜中进行水热反应，水热温度为160 240°C， 水热时间为6 48小时；6)水热反应之后将所得产物离心，干燥，即得球形的硼酸钇掺铕荧光粉。所述的可溶性钇盐为钇的硝酸盐，氯化盐，醋酸盐；可溶性铕盐为铕的硝酸盐，氯化盐，醋酸盐。所述的碱为氨水，浓度为2. 0摩尔/升。本发明具有的有益效果是本发明通过一种简单、温和的水热合成方法，该方法以可溶性钇盐、可溶性铕盐、 硼酸及可溶性碱为原料，并引入有机形貌诱导剂丙二酸合成出了具有良好分散性的硼酸钇掺铕的球形荧光粉。该球形荧光粉由次级片层状小颗粒构成，相较于没有引入有机形貌诱导试剂所制得的荧光粉而言，由于次级颗粒尺寸更小、异向生长弱化，因此球形表面更加细致紧密，更接近于圆球形。规整的球形结构更有利于能量在整个发光体系的转移使得其荧光强度也得到明显提高，具有一定的实用价值。
图1是实施例1所得产物的XRD图谱。图2是实施例1所得产物的EDS图谱图3是实施例1所得产物的电镜照片。图4是对比例和实施例1所得产物的荧光光谱比较图。图5是实施例2所得产物的电镜照片。图6是实施例3所得产物的电镜照片。
具体实施例方式对比例1 将0. 六水硝酸钇溶于去19. OmL去离子水中，再将0. 0446g六水硝酸铕溶于 LOmL去离子水中，之后再将0. 1200g硼酸溶于20. OmL去离子水中。搅拌得到均勻溶液，钇离子、铕离子和硼酸浓度均为0. 1摩尔/升，将上述三种溶液的混合，混合溶液中，钇离子、 铕离子和硼酸摩尔浓度之比为19 1 20。使用电动搅拌器搅拌15分钟。之后用2.0摩尔/升的氨水调节溶液PH为9. 0。将上述溶液移入IOOmL反应釜中进行水热反应，水热温度为220°C，水热时间为M小时。水热反应之后将所得产物离心，干燥，即得球形的硼酸钇掺铕荧光粉。实施例1 将0. 六水硝酸钇溶于去19. OmL去离子水中，再将0. 0446g六水硝酸铕溶于LOmL去离子水中，之后再将0. 1200g硼酸溶于20. OmL去离子水中。搅拌得到均勻溶液，钇离子、铕离子和硼酸浓度均为0. 1摩尔/升，将上述三种溶液的混合，混合溶液中，钇离子、 铕离子和硼酸摩尔浓度之比为19 1 20。使用电动搅拌器搅拌15分钟。再加入0.3100g 丙二酸，之后用2. 0摩尔/升的氨水调节溶液pH为9. 0。将上述溶液移入IOOmL反应釜中进行水热反应，水热温度为220°C，水热时间为M小时。水热反应之后将所得产物离心，干燥，即得球形的硼酸钇掺铕荧光粉。图1是该产物的XRD图谱，该图谱与硼酸钇标准XRD数据(JCPDS No 16-0277)吻合，说明产物的晶体结构与硼酸钇相同。图2是该荧光粉的能谱图，可以看出铕离子确已掺入产物之中，并且其钇铕离子数之比与反应所添加的量相符。图 3是该产物的SEM照片，从图中可以看出得到的产物荧光粉末呈球形，球体直径约5微米，球体由更细小的片层状颗粒组成。从图4的荧光光谱比较图上可知，实施例1得到的荧光粉末在室温下的荧光发光强度明显优于对比例，强度增强2 3倍。实施例2 将7. 2800g六水硝酸钇溶于去19. OmL去离子水中，再将0. 4460g六水硝酸铕溶于1. OmL去离子水中，之后再将1.200(^硼酸溶于20.01^去离子水中。搅拌得到均勻溶液，钇离子、铕离子和硼酸浓度均为1. 0摩尔/升，将上述三种溶液的混合，混合溶液中，钇离子、铕离子和硼酸摩尔浓度之比为19 1 20。使用磁力搅拌器搅拌15分钟。再加入 3. IOOOg丙二酸，搅拌15分钟之后用2. 0摩尔/升的氨水调节溶液pH为10. 0。将制得溶液移入IOOml反应釜中，放入炉中，水热温度为160°C，水热时间为48小时。水热反应之后将所得产物离心，干燥，即得颗粒为球形的硼酸盐荧光粉。图5是该产物的SEM照片，从图中可以看出得到的产物荧光粉末呈球形，球体由更细小的片层状颗粒组成，与实施例1所制得荧光粉形貌类同。实施例3 将0. 六水硝酸钇溶于去19. OmL去离子水中，再将0. 0045g六水硝酸铕溶于 1. OmL去离子水中，之后再将0. 0120g硼酸溶于20. OmL去离子水中。搅拌得到均勻溶液， 钇离子、铕离子和硼酸浓度均为0. 01摩尔/升，将上述三种溶液的混合，使用磁力搅拌器搅拌15分钟。再加入0. 0310g丙二酸，再搅拌15分钟之后用2. 0摩尔/升的氨水调节溶液 pH为8. 0。将制得溶液移入IOOml反应釜中，放入炉中，水热温度为240°C，水热时间为6小时。水热反应之后将所得产物离心，干燥，即得颗粒为球形的硼酸盐荧光粉。图6是该产物的SEM照片，从图中可以看出得到的产物荧光粉末呈球形，球体也是由更细小的片层状颗粒组成，与实施例1所制得荧光粉形貌类同。
权利要求
1.一种硼酸钇掺铕的球形荧光粉的水热制备方法，其特征在于该方法的步骤如下1)将可溶性钇盐、可溶性铕盐和硼酸分别溶于去离子水中，钇离子、铕离子和硼酸的摩尔浓度分别为0.01 1. 0摩尔/升，搅拌得到均勻溶液；2)将上述三种溶液按钇离子、铕离子和硼酸摩尔浓度19 1 20的比例混合；3)将步骤2、混合溶液搅拌；4)在步骤3)混合溶液中加入丙二酸作为有机形貌诱导试剂，加入的丙二酸摩尔数与钇离子和铕离子的摩尔数之和的比为3 2，待溶液pH稳定之后用碱液调节溶液pH为8 10 ；5)将步骤4)溶液移入IOOmL反应釜中进行水热反应，水热温度为160 240°C，水热时间为6 48小时；6)水热反应之后将所得产物离心，干燥，即得球形的硼酸钇掺铕荧光粉。
2.根据权利要求1所述的一种硼酸钇掺铕的球形荧光粉的水热制备方法，其特征在于所述的可溶性钇盐为钇的硝酸盐，氯化盐，醋酸盐；可溶性铕盐为铕的硝酸盐，氯化盐， 醋酸盐。
3.根据权利要求1所述的一种硼酸钇掺铕的球形荧光粉的水热制备方法，其特征在于所述的碱为氨水，浓度为2. 0摩尔/升。
全文摘要
本发明公开了一种硼酸钇掺铕的球形荧光粉的水热制备方法。将可溶性钇盐、铕盐和硼酸分别溶于去离子水中，得到钇离子、铕离子和硼酸浓度均为0.01～1.0摩尔/升，将上述三种溶液按钇离子、铕离子和硼酸摩尔浓度19∶1∶20的比例混合，搅拌。加入有机形貌诱导试剂丙二酸，其摩尔数与钇离子和铕离子的摩尔数之和的比为3∶2，再搅拌，用碱液调节溶液pH为8～10。将制得溶液移入100mL反应釜中进行水热反应，水热温度为160～240℃，水热时间为6～48小时。水热反应之后将所得产物离心，干燥，即得球形的硼酸钇掺铕荧光粉。该球形荧光粉由次级片层状小颗粒构成，更有利于能量在整个发光体系的转移，使得其荧光发光强度明显提高。
文档编号C09K11/78GK102295930SQ201110191490
公开日2011年12月28日 申请日期2011年7月8日 优先权日2011年7月8日
发明者席珍强, 曾红春, 杜平凡, 王龙成, 缪翔, 金达莱 申请人:浙江理工大学