掺杂非敏化剂离子增强发光强度的荧光粉及其制备方法与流程

本发明属于稀土发光材料制备领域，具体涉及一种掺杂非敏化剂离子增强发光强度的荧光粉及其制备方法。

背景技术：

对于荧光粉材料而言，荧光发光强度是其荧光特性的重要参数，它反映了物质发射荧光的本领。目前，对于提高稀土发光材料荧光发光强度的方法主要有：增加激活剂离子的掺杂浓度；引入敏化剂离子，通过能量传递方式增强激活剂离子的发光强度；控制发光材料的微观形貌等。而通过对稀土发光材料进行非敏化剂离子的掺杂，以此来提高稀土离子的发光强度的这种方法报道较少。例如掺杂金属离子bi³⁺，虽然当前有文献报道掺杂bi³⁺可以提高稀土离子的发光强度，但是其大多都是采用能量传递的方式实现的。再例如稀土离子sm³⁺，其本身既可以作为激活剂离子实现发光，也可以作为敏化剂离子通过能量传递方式促进其他激活剂离子的发光。但是以bi³⁺和sm³⁺这种非敏化作用的方式增强激活剂离子的发光强度的报道尚未发现。

技术实现要素：

为了解决了现有技术中存在的问题，本发明公开了掺杂非敏化剂离子增强发光强度的荧光粉及其制备方法，所用原料成本较低，污染小，制备方法简单。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种掺杂非敏化剂离子增强发光强度的荧光粉，化学式为lila1-0.05-x(moo4)2:0.05sm³⁺,xbi³⁺，x＝0.01～0.09。

一种掺杂非敏化剂离子增强发光强度的荧光粉制备方法，包括如下步骤：

步骤1，按照lila1-0.05-x(moo4)2:0.05sm³⁺,xbi³⁺中li、la、mo、sm、bi元素的化学计量比称取li2co3、la2o3、moo3、sm2o3以及bi2o3固体并研磨混合均匀，得到反应物原料；其中li2co3、la2o3、moo3、sm2o3和bi2o3的摩尔比为1：(1-0.05-x)：2：0.05：x，x＝0.01～0.09；

步骤2，将步骤1所得反应物原料在900℃煅烧，得到反应产物；

步骤3，待步骤2所得反应产物冷却后取出研磨，过筛后得到lila1-0.05-x(moo4)2:0.05sm³⁺,xbi³⁺荧光粉。

步骤(1)中研磨搅拌的总时间为10～30min。

步骤(2)中反应物原料装在坩埚中，将装有反应物原料的坩埚放入高温电炉中进行固相反应。

步骤(2)中以升温速率为120℃/min从室温升至900℃。

步骤(2)中煅烧气氛为空气。

步骤(2)中高温固相反应的时间为4h。

步骤(3)中研磨时间为20～30分钟。

步骤(3)过筛处理选用100目筛。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：用li2co3、la2o3、moo3、sm2o3和bi2o3为原料，通过采用高温固相法合成了lila(moo4)2:sm³⁺,bi³⁺红色荧光粉，工艺流程简单，成本较低；通过对荧光粉掺杂非敏化剂离子，使得荧光粉的发光强度显著增强，对提升荧光材料的发光性能有重要意义；通过掺杂非敏化剂离子bi³⁺，lila(moo4)2:sm³⁺,bi³⁺荧光粉的发光强度较原始强度值最高增强了1.78倍。

附图说明

图1是实施例1中lila(moo4)2:0.05sm³⁺,0.07bi³⁺和lila(moo4)2:0.05sm³⁺粉体的xrd图谱。

图2是实施例1中lila(moo4)2:0.05sm³⁺,0.07bi³⁺、lila(moo4)2:0.05sm³⁺和lila(moo4)2:0.07bi³⁺的激发光谱对比图。

图3是实施例1中lila(moo4)2:0.05sm³⁺,0.07bi³⁺和lila(moo4)2:0.05sm³⁺粉体的发射光谱。

具体实施方式

以下结合附图和具体的实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例1：

(1)采用li2co3、la2o3、moo3、sm2o3以及bi2o3粉体作为原料，其中li2co3、la2o3、moo3、sm2o3和bi2o3的摩尔比为1：(1-0.05-x)：2：0.05：x，x＝0.07mol；将上述原料研磨并搅拌10min使其充分混合均匀；

(2)将混合物装入刚玉坩埚中；

(3)将坩埚放入高温电炉中，设定升温速率为120℃/min，反应温度设置为900℃，保温时间为4h，在空气气氛下进行煅烧；

(4)固相反应结束后，待坩埚自然冷却至室温，将产物取出，研磨30min成粉体，过100目筛后即得目标产物，产物中sm³⁺的掺杂浓度为5mol％，产物中非敏化剂离子bi³⁺的掺杂浓度为7mol％。

图1是实施例1中lila(moo4)2:0.05sm³⁺,0.07bi³⁺和lila(moo4)2:0.05sm³⁺粉体的xrd图谱，从图中可以看出：当反应温度为900℃，反应时间为4h时，所制备样品的所有衍射峰位置均与四方相lila(moo4)2的标准衍射图谱(jcpdscard18-0734)符合较好，表明所制备的样品为纯相物质。

图2是实施例1中lila(moo4)2:0.05sm³⁺,0.07bi³⁺、lila(moo4)2:0.05sm³⁺和lila(moo4)2:0.07bi³⁺的激发光谱对比图。从图中可以看出：当检测波长为647nm时，lila(moo4)2:0.05sm³⁺,0.07bi³⁺的最强吸收峰在405nm处，此峰为稀土离子sm³⁺的特征激发峰。但是405nm处并没有bi³⁺的吸收峰出现，所以可以得出结论：如果用405nm的光激发lila(moo4)2:0.05sm³⁺,0.07bi³⁺荧光粉，sm³⁺的发光强度得到增强，那么sm³⁺和bi³⁺之间没有能量传递现象发生，bi³⁺为非敏化剂作用。

图3是实施例1中lila(moo4)2:0.05sm³⁺,0.07bi³⁺和lila(moo4)2:0.05sm³⁺粉体的发射光谱。从图中可以看出：当非敏化剂离子bi³⁺的掺杂浓度为7mol％时，lila(moo4)2:0.05sm³⁺,0.07bi³⁺荧光粉主峰的发光强度较无bi³⁺掺杂时增强了约1.78倍。

作为本发明优选的实施例，非敏化剂离子bi³⁺的掺杂浓度为7mol％。

实施例2：

(1)采用li2co3、la2o3、moo3、sm2o3以及bi2o3粉体作为原料，其中li2co3、la2o3、moo3、sm2o3和bi2o3的摩尔比为1：(1-0.05-x)：2：0.05：x，x＝0.01mol；将上述原料研磨并搅拌20min使其充分混合均匀；

(2)将混合物装入刚玉坩埚中；

(3)将坩埚放入高温电炉中，设定升温速率为120℃/min，反应温度设置为900℃，保温时间为4h，在空气气氛下进行煅烧；

(4)固相反应结束后，待坩埚自然冷却至室温，将产物取出，研磨30min成粉体，过100目筛后即得目标产物，产物中sm³⁺的掺杂浓度为5mol％，产物中非敏化剂离子bi³⁺的掺杂浓度为1mol％。

本实施例中固定sm³⁺的掺杂浓度为5mol％，改变bi³⁺的掺杂浓度，非敏化剂离子bi³⁺的掺杂浓度选为1mol％。当检测波长为647nm时，lila(moo4)2:0.05sm³⁺,0.01bi³⁺的最强吸收峰在405nm处，此峰为稀土离子sm³⁺的特征激发峰。但是405nm处并没有bi³⁺的吸收峰出现，所以可以得出结论：如果用405nm的光激发lila(moo4)2:0.05sm³⁺,0.01bi³⁺荧光粉，sm³⁺的发光强度得到增强，那么sm³⁺和bi³⁺之间没有能量传递现象发生，bi³⁺为非敏化剂作用。发射光谱结果表明：lila(moo4)2:0.05sm³⁺,0.01bi³⁺荧光粉主峰的发光强度较无bi³⁺掺杂时增强了约1.30倍。

实施例3：

(1)采用li2co3、la2o3、moo3、sm2o3以及bi2o3粉体作为原料，其中li2co3、la2o3、moo3、sm2o3和bi2o3的摩尔比为1：(1-0.05-x)：2：0.05：x，x＝0.03mol；将上述原料研磨并搅拌30min使其充分混合均匀；

(2)将混合物装入刚玉坩埚中；

(3)将坩埚放入高温电炉中，设定升温速率为120℃/min，反应温度设置为900℃，保温时间为4h，在空气气氛下进行煅烧；

(4)固相反应结束后，待坩埚自然冷却至室温，将产物取出，研磨30min成粉体，过100目筛后即得目标产物，产物中sm³⁺的掺杂浓度为5mol％，产物中非敏化剂离子bi³⁺的掺杂浓度为3mol％。

本实施例中固定sm³⁺的掺杂浓度为5mol％，改变bi³⁺的掺杂浓度，非敏化剂离子bi³⁺的掺杂浓度选为3mol％。当监测波长为647nm时，lila(moo4)2:0.05sm³⁺,0.09bi³⁺的最强吸收峰在405nm处，此峰为稀土离子sm³⁺的特征激发峰。但是405nm处并没有bi³⁺的吸收峰出现，所以可以得出结论：如果用405nm的光激发lila(moo4)2:0.05sm³⁺,0.03bi³⁺荧光粉，sm³⁺的发光强度得到增强，那么sm³⁺和bi³⁺之间没有能量传递现象发生，bi³⁺为非敏化剂作用。发射光谱结果表明：lila(moo4)2:0.05sm³⁺,0.03bi³⁺荧光粉主峰的发光强度较无bi³⁺掺杂时增强了约1.36倍。

实施例4：

(1)采用li2co3、la2o3、moo3、sm2o3以及bi2o3粉体作为原料，其中li2co3、la2o3、moo3、sm2o3和bi2o3的摩尔比为1：(1-0.05-x)：2：0.05：x，x＝0.05mol；将上述原料研磨并搅拌30min使其充分混合均匀；

(2)将混合物装入刚玉坩埚中；

(3)将坩埚放入高温电炉中，设定升温速率为120℃/min，反应温度设置为900℃，保温时间为4h，在空气气氛下进行煅烧；

(4)固相反应结束后，待坩埚自然冷却至室温，将产物取出，研磨30min成粉体，过100目筛后即得目标产物，产物中sm³⁺的掺杂浓度为5mol％，产物中非敏化剂离子bi³⁺的掺杂浓度为5mol％。

本实施例中固定sm³⁺的掺杂浓度为5mol％，改变bi³⁺的掺杂浓度，非敏化剂离子bi³⁺的掺杂浓度选为5mol％。当监测波长为647nm时，lila(moo4)2:0.05sm³⁺,0.05bi³⁺的最强吸收峰在405nm处，此峰为稀土离子sm³⁺的特征激发峰。但是405nm处并没有bi³⁺的吸收峰出现，所以可以得出结论：如果用405nm的光激发lila(moo4)2:0.05sm³⁺,0.05bi³⁺荧光粉，sm³⁺的发光强度得到增强，那么sm³⁺和bi³⁺之间没有能量传递现象发生，bi³⁺为非敏化剂作用。发射光谱结果表明：lila(moo4)2:0.05sm³⁺,0.05bi³⁺荧光粉主峰的发光强度较无bi³⁺掺杂时增强了约1.61倍。

实施例5：

(1)采用li2co3、la2o3、moo3、sm2o3以及bi2o3粉体作为原料，其中li2co3、la2o3、moo3、sm2o3和bi2o3的摩尔比为1：(1-0.05-x)：2：0.05：x，x＝0.09mol；将上述原料研磨并搅拌30min使其充分混合均匀；

(2)将混合物装入刚玉坩埚中；

(3)将坩埚放入高温电炉中，设定升温速率为120℃/min，反应温度设置为900℃，保温时间为4h，在空气气氛下进行煅烧；

(4)固相反应结束后，待坩埚自然冷却至室温，将产物取出，研磨30min成粉体，过100目筛后即得目标产物，产物中sm³⁺的掺杂浓度为5mol％，产物中非敏化剂离子bi³⁺的掺杂浓度为9mol％。

本实施例中固定sm³⁺的掺杂浓度为5mol％，改变bi³⁺的掺杂浓度，非敏化剂离子bi³⁺的掺杂浓度选为9mol％。当监测波长为647nm时，lila(moo4)2:0.05sm³⁺,0.09bi³⁺的最强吸收峰在405nm处，此峰为稀土离子sm³⁺的特征激发峰。但是405nm处并没有bi³⁺的吸收峰出现，所以可以得出结论：如果用405nm的光激发lila(moo4)2:0.05sm³⁺,0.09bi³⁺荧光粉，sm³⁺的发光强度得到增强，那么sm³⁺和bi³⁺之间没有能量传递现象发生，bi³⁺为非敏化剂作用。发射光谱结果表明：lila(moo4)2:0.05sm³⁺,0.09bi³⁺荧光粉主峰的发光强度较无bi³⁺掺杂时增强了约1.58倍。

本发明公开了一种对荧光粉掺入非敏化剂离子bi3+增强其发光强度的方法，采用高温固相法制备了lila(moo4)2:sm³⁺,bi³⁺荧光粉，所有的xrd图谱结果表明当非敏化剂离子掺入荧光粉时，荧光粉原本的物相没有发生改变，激发光谱对比图表明sm³⁺和bi³⁺之间没有发生能量传递，发射光谱结果表明非敏化剂离子bi³⁺的掺杂可以显著的增强荧光粉的发射强度，这对荧光粉材料发光性能显著提升的研究具有重要意义，本发明可操作性强、操作简单、制备工艺简单，污染小、产量大，适用于大规模工业生产。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，不是唯一的实施方式，凡在本发明的精神和原则之内，在未背离本工艺过程下所做的任何修改，等同替换，改进等，均为本发明的权利要求所涵盖。