一种溶胶凝胶法制备无定形铝基纳米荧光粉体的方法及其应用与流程

本发明属于稀土无定形铝基纳米材料技术领域，具体涉及一种溶胶凝胶法制备无定形铝基纳米荧光粉体的方法及其应用。

背景技术：

目前无定形光致发光领域主要以非晶硅基体为主，如氮化硅(sinx)、氧化硅(siox)、氮氧化硅(sinxoy)、碳氧化硅(sicxoy)，然而，对于无定形铝基光致发光领域的研究还不多。关于无定形铝基的研究大多集中在以下几个方面：利用碳纳米管作为载体沉积al2o3作为吸附材料，去除水中的氟化物；通过电沉积法制备碲化铋与无定形氧化铝复合材料提升材料的热性能；使用mocvd技术制备的无定形氧化铝薄膜具有良好的阻隔性能；脉冲激光沉积法制备的无定形氧化铝薄膜具有高介电性可以作为先进的电子器件材料。关于无定形铝基的发光性能研究还很有限。

从发光的角度而言，白光led作为新一代的节能光源，引起了人们的广泛关注。目前主要通过蓝光led芯片(gan)激发黄色荧光粉(yag:ce³⁺)实现白光，由于其缺少红光发射而存在色温高和显示指数低的缺点，不利于后续的进一步发展。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种溶胶凝胶法制备无定形铝基纳米荧光粉体的方法及其应用，所获得的样品在近紫外灯如365nm照射下可发射橙红光，且化学稳定性高，无毒无害，成本较低易于产业化，有望在新一代的白光led光源中获得应用。

本发明采用以下技术方案：

一种溶胶凝胶法制备无定形铝基纳米荧光粉体的方法，以水和乙醇为溶剂，加入pvp得到溶胶凝胶前驱体，将溶胶凝胶前驱体蒸干形成黑色粉体，随后经升温、保温和降温处理后，获得在365nm紫外光照射下具有橙红光发射的无定形铝基荧光粉。

具体的，溶胶凝胶前驱体的具体制备步骤如下：

s1、将乙醇和水配置成溶液a并充分搅拌；

s2、向步骤s1得到的溶液a中加入水和铝源并不断搅拌，得到溶液b；

s3、将铕源加入步骤s2制备的溶液b中，搅拌溶解得到溶液c；

s4、向步骤s3得到的溶液c中加入质量分数2％～8％的聚乙烯吡咯烷酮，充分搅拌使其分散均匀，得到溶胶凝胶前驱体。

进一步的，步骤s1中，乙醇和水的摩尔比为1:。

进一步的，步骤s2中，水和铝源的摩尔比为1：，铝源为硝酸铝或硫酸铝。

进一步的，步骤s3中，铕源和铝源的摩尔比为1：，铕源为硝酸铕或乙酸铕。

具体的，将得到的前驱体在550℃进行蒸干，得到黑色粉体，压制成块状物。

具体的，将块状物进行退火处理，退火处理的升温速率为3～7℃/min，退火处理的温度为550～1100℃，退火处理的时间为1～3小时，随后自然冷却到室温，得到无定形铝基荧光粉体。

本发明的另一个技术方案是，一种无定形铝基纳米荧光粉体在白光led光源中的应用，无定形铝基纳米荧光粉体在365nm近紫外光照射下能够发出明亮的橙红光。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种溶胶凝胶法制备无定形铝基纳米荧光粉体的方法，通过溶胶凝胶法，以水为溶剂，加入聚乙烯吡咯烷酮pvp，得到溶胶凝胶前驱体。进行蒸干操作之后保证了各元素混合均匀，在后续退火操作时反应可以充分进行，不会出现局部化学计量配比差距较大等不利因素影响。得到了纯的无定形铝基纳米荧光粉，无定形铝基纳米荧光粉属于非晶态发光机制，从物理的角度而言，非晶态不涉及晶格振动和晶格弛豫，可有效地消除晶格热能等。特别一提的是，即使温度达到1000度左右，也没有形成明显的结晶态。具有明显不同于常规的材料生长学机理和发光机理，采用的溶液为普通的水和乙醇，在煅烧时不会引入其它离子，保证了产物具有非结晶性。

进一步的，先将水和乙醇混合均匀，再按照化学计量比加入铕源和铝源并使其充分溶解，最后加入适量的pvp，得到溶胶凝胶前驱体，溶胶凝胶前驱体可以使各元素在溶液中分散均匀，反应更加充分。

进一步的，硝酸铝或硫酸铝在溶剂中具有很好的溶解性，可以在溶剂中充分溶解形成透明的溶液。

进一步的，硝酸铕或乙酸铕在溶剂中具有很好的溶解性，可以在溶剂中充分溶解形成透明的溶液。

进一步的，550℃以下进行烘干，得到粉末压制成块状物，再次保证了反应物混合的均匀性。

进一步的，将块状物进行退火处理，得到无定形的铝基纳米荧光粉体，通过退火工艺可以提高荧光粉体的发光性能。

一种无定形铝基纳米荧光粉体在白光led光源中的应用，所获得的无定形铝基荧光粉体有较强的橙红光发射，对于促进w-led的发展具有重要意义。

综上所述，本发明通过溶胶凝胶法使铕源和铝源在溶剂中充分溶解分散，制备方法合理且简单，制备的无定形铝基纳米荧光粉具有良好的非结晶性，对拓展发光材料的研究领域具有重要的意义。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为实施例1使用x射线衍射仪在10～80度扫描图；

图2为实施例2制备的无定形铝基纳米荧光粉在365nm下的发射光谱图；

图3为实施例3使用x射线衍射仪在10～80度扫描图；

图4为实施例4制备的无定形铝基纳米荧光粉在365nm下的发射光谱图；

图5为实施例5制备的无定形铝基纳米荧光粉在365nm下的发射光谱图；

图6为实施例6使用x射线衍射仪在10～80度扫描图。

具体实施方式

本发明提供了一种溶胶凝胶法制备无定形铝基纳米荧光粉体的方法及其应用，将乙醇和水混合并搅拌获得溶液a；搅拌溶液a并加入铝源获得溶液b；对溶液b进行搅拌并加入铕源得到溶液c；向溶液c中加入聚乙烯吡咯烷酮并搅拌配成溶胶凝胶前驱液；将步骤四得到的溶液进行蒸干得到粉体，将粉体压制成块；将块体进行退火处理，得到无定形铝基纳米荧光粉体。本实验通过溶胶凝胶法使铕源和铝源在溶剂中充分溶解分散，所得到的无定形铝基纳米荧光粉具有良好的非结晶性，且在365nm近紫外光照射下具有较强的橙红光发射，对白光led的发展具有重要的意义。

本发明一种溶胶凝胶法制备无定形铝基纳米荧光粉体的方法，具体步骤如下：

s1、将乙醇和水按照1:(1～12)的摩尔比配置成溶液a并充分搅拌；

s2、以水和铝源1：(10～700)的摩尔比加入，并不断搅拌，使其充分溶解，从而得到溶液b；

铝源采用硝酸铝或者硫酸铝。

s3、按照铕源和铝源1：(2～70)的摩尔比，将铕源加入到溶液b中，搅拌溶解得到溶液c；

铕源采用硝酸铕或者乙酸铕。

s4、加入质量分数2％～8％的聚乙烯吡咯烷酮，充分搅拌使其分散均匀，得到溶胶凝胶前驱体；

s5、将得到的前驱体在550℃下进行蒸干，得到黑色粉体，压制成块状物；

s6、将块状物进行退火操作，退火处理的升温速率为3～7℃/min，退火处理温度为550～1100℃，处理时间为1～3小时，随后自然冷却到室温，得到无定形铝基荧光粉体。通过x射线衍射仪对于产物的物相和纯度进行分析。

白光led光源由于缺少红光发射所以存在色温高和显示指数低的缺点，而本发明涉及的无定型铝基纳米荧光粉体在365nm近紫外光照射下，具有较强的橙红光发射，可以提高白光led光源的红光发射，从而解决色温高和显示指数低的问题，促进白光led光源的发展。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

将乙醇和水按照1:6的摩尔比配制成溶液中，随后按照水和铝源1:10的摩尔比加入硝酸铝，待其充分溶解后按照铕源和铝源1:2的摩尔比加入硝酸铕并充分搅拌使其溶解，最后加入质量分数为2％的聚乙烯吡咯烷酮，磁力搅拌使其分散均匀后得到溶胶凝胶前驱体。在550℃下缓慢将溶液蒸干，得到黑色粉末并压制成块状物，随后转移到马弗炉中并以3℃/min的速率升高到550℃保温1小时，即可获得无定形铝基荧光粉体。

请参阅图1，所获得的无定形铝基纳米荧光粉使用x射线衍射仪在10～80度之间进行扫描，样品显示出无定形衍射特点。

实施例2

将乙醇和水按照1:1的摩尔比配制成溶液中，随后按照水和铝源1:50的摩尔比加入硫酸铝，待其充分溶解后按照铕源和铝源1:10的摩尔比加入硝酸铕并充分搅拌使其溶解，最后加入质量分数为3％的聚乙烯吡咯烷酮，磁力搅拌使其分散均匀后得到溶胶凝胶前驱体。在550℃下缓慢将溶液蒸干，得到黑色粉末并压制成块状物，随后转移到马弗炉中并以4℃/min的速率升高到600℃保温2小时，即可获得无定形铝基荧光粉体。

请参阅图2，给出所获得的无定形铝基纳米荧光粉在365nm下的发射光谱图。由图2可见，分别在592nm，614nm，653nm和703nm出现了四个峰，其中614nm的强度最高，对应于eu³⁺的⁵d0-⁷f2跃迁。

实施例3

将乙醇和水按照1:9的摩尔比配制成溶液中，随后按照水和铝源1:100的摩尔比加入硝酸铝，待其充分溶解后按照铕源和铝源1:20的摩尔比加入乙酸铕并充分搅拌使其溶解，最后加入质量分数为5％的聚乙烯吡咯烷酮，磁力搅拌使其分散均匀后得到溶胶凝胶前驱体。在550℃下缓慢将溶液蒸干，得到黑色粉末并压制成块状物，随后转移到马弗炉中并以5℃/min的速率升高到700℃保温2小时，即可获得无定形铝基荧光粉体。

请参阅图3，所获得的无定形铝基纳米荧光粉使用x射线衍射仪在10～80度之间进行扫描，样品显示出无定形衍射特点。

实施例4

将乙醇和水按照1:10的摩尔比配制成溶液中，随后按照水和铝源1:200的摩尔比加入硫酸铝，待其充分溶解后按照铕源和铝源1:40的摩尔比加入乙酸铕并充分搅拌使其溶解，最后加入质量分数为6％的聚乙烯吡咯烷酮，磁力搅拌使其分散均匀后得到溶胶凝胶前驱体。在550℃下缓慢将溶液蒸干，得到黑色粉末并压制成块状物，随后转移到马弗炉中并以5℃/min的速率升高到800℃保温3小时，即可获得无定形铝基荧光粉体。

请参阅图4，给出所获得的无定形铝基纳米荧光粉在365nm下的发射光谱图。由图4可见，分别在592nm，613nm，652nm和703nm出现了四个峰，且613nm的强度最高。

实施例5

将乙醇和水按照1:11的摩尔比配制成溶液中，随后按照水和铝源1:400的摩尔比加入硝酸铝，待其充分溶解后按照铕源和铝源1:50的摩尔比加入硝酸铕并充分搅拌使其溶解，最后加入质量分数为7％的聚乙烯吡咯烷酮，磁力搅拌使其分散均匀后得到溶胶凝胶前驱体。在550℃下缓慢将溶液蒸干，得到黑色粉末并压制成块状物，随后转移到马弗炉中并以6℃/min的速率升高到900℃保温2小时，即可获得无定形铝基荧光粉体。

请参阅图5，给出所获得的无定形铝基纳米荧光粉在365nm下的发射光谱图。由图可见，分别在592nm，615m，653nm和703m出现了四个峰，且615nm的强度最高。

实施例6

将乙醇和水按照1:12的摩尔比配制成溶液中，随后按照水和铝源1:700的摩尔比加入硫酸铝，待其充分溶解后按照铕源和铝源1:70的摩尔比加入乙酸铕并充分搅拌使其溶解，最后加入质量分数为8％的聚乙烯吡咯烷酮，磁力搅拌使其分散均匀后得到溶胶凝胶前驱体。在550℃下缓慢将溶液蒸干，得到黑色粉末并压制成块状物，随后转移到马弗炉中并以7℃/min的速率升高到1100℃保温1小时，即可获得无定形铝基荧光粉体。

请参阅图6，所获得的无定形铝基纳米荧光粉使用x射线衍射仪在10～80度之间进行扫描，样品开始显示出al2o3的衍射峰，但衍射峰强度很低。

本发明通过化学溶胶凝胶法，采用水为溶剂介质，将硝酸铕和硝酸铝在溶剂介质充分的溶解，使硝酸铕和硝酸铝充分地分散，达到精确的控制它们之间的化学计量比的目的，从而防止出现化学计量比配比不均一的现象，随后加入pvp得到溶胶凝胶前驱体。在550℃以下对溶液进行蒸干操作得到黑色粉体并压制成块状物。在进行退火处理得到无定形铝基纳米荧光粉体。所获得的无定形铝基纳米荧光粉体在365nm近紫外光照射下可发射出较强的橙红光。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。