一种溶液燃烧法制备BaSi2O5基光存储荧光粉的方法与流程

本发明涉及一种溶液燃烧法制备basi2o5基光存储荧光粉的方法，属于无机材料制备领域。

背景技术：

随着互联网技术的飞速发展，产生的所需存储的数据量也日益增长。idc公司估算，2025年全球的数据总量将达到163zb，即一百六十三万亿gb。因此急需发展新型的高容量的存储媒介和技术。光存储荧光材料是一类在受到外加能量激发（例如x射线、高能粒子、高能电子、紫外光、可见光等）后，一部分受激发处于激发态的电子或空穴被存储在晶体陷阱中，而后再受到外界刺激(物理刺激、压力、低能光子等)后，被捕获的电子或空穴被释放，再以光能的形式发射。而且，这类材料具有超高的理论存储密度。因此，这类材料在信息存储上具有巨大的应用前景，吸引了无数研究者的目光。

但是，在实际发展中这类材料仍旧面临着诸多的挑战。例如，尽管通过多年的努力，研究者们基于不同的发光中心、多掺杂策略、基质类型和合成方法的改进发展了大量的光存储荧光粉；然而，与理论存储密度相比较，材料的实际存储容量仍旧不理想。另一方面是，在大量的材料中，只有很少材料能被自然太阳光激活，实现存储。这意味着现有的材料需要较高的写入能量，或者说高效写入的光源少。除此之外，还有一个重要的困难阻碍着光存储荧光材料的发展。对于实用型的光存储媒介来说，独立的深陷阱窄带分布是被需要的，因为只有深陷金分布才能有效地防止被存储的信息不在室温下就流失，达到长期以及永久性存储信息的目的；而窄带的分布才能高效地响应外界再刺激，实现不残留的信息输出，确保信息输出的精确性；独立是指无浅陷阱的分布，因为浅陷阱在室温下是低可控释放的，产生的余辉信号严重干扰了靶向寻址信号的分辨。但是在实际开发中，这种陷阱分布是极其难以获得的。因此，开发实用化光存储荧光粉仍旧任重而道远。

文献报道，镧系稀土激活的ba1-x-ysi2o5:xeu²⁺，yre³⁺(re=dy,pr,ce,nd,tm,sm,yb,gd,er,tb,ho)表现出高的光子存储容量以及陷阱深度可变，其申请号为201711212687.5，作为一种硅酸盐，也展示出卓越的水稳定性和物理化学稳定性，一种潜在实用化光存储荧光粉。然而，高温固相法的制备方式导致最终成型的颗粒大且不均匀（μm级），成品陶瓷化，难以后处理。这将导致其使用价值严重降低，因为颗粒的不均匀性会导致读写光路偏差致使信息出错；另一方面，超高容量的光学读写技术要求荧光粉颗粒需要达到纳米级别。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供了一种溶液燃烧法制备basi2o5基光存储荧光粉的方法，克服了高温固相法制备ba1-x-ysi2o5:xeu²⁺，yre³⁺（re为dy、pr、ce、nd、tm、sm、yb、gd、er、tb、ho中的一种或几种）或ba1-xsi2o5:xeu²⁺光存储荧光粉存在的颗粒大且不均匀的缺点，本发明方法通过溶液燃烧法获得了结构蓬松，后处理简单，颗粒度均匀较小（微纳米级别），存储容量高的ba1-x-ysi2o5:xeu²⁺，yre³⁺（re为dy、pr、ce、nd、tm、sm、yb、gd、er、tb、ho中的一种或几种）或ba1-xsi2o5:xeu²⁺光存储荧光粉。

本发明方法是以硝酸钡为钡源，正硅酸四乙酯作为硅源，以有机胺作为燃料，按所需比例将钡源、硅源、硝酸铕以及有机胺混合后加入乙醇水溶液中，搅拌混匀后，混合物加热至200～500℃充分蒸发至燃烧，燃烧完后生成粉末前驱体；在还原气氛、1000～1300℃下，将前驱体煅烧3～6h后，冷却至室温，即得basi2o5基光存储荧光粉；所述basi2o5基光存储荧光粉的化学通式为ba1-xsi2o5:xeu²⁺，其中0.001≤x≤0.03。

本发明方法以硝酸钡为钡源，正硅酸四乙酯作为硅源，以有机胺作为燃料，按所需比例将钡源、硅源、硝酸铕、镧系元素硝酸盐以及有机胺混合后加入乙醇水溶液中，搅拌混匀后，混合物加热至200～500℃充分蒸发至燃烧，燃烧完后生成粉末前驱体；在还原气氛、1000～1300℃下，将前驱体煅烧3～6h后，冷却至室温，即得basi2o5基光存储荧光粉；所述basi2o5基光存储荧光粉的化学通式为化学通式为ba1-x-ysi2o5:xeu²⁺，yre³⁺；其中0.001≤x≤0.03，0.001≤y≤0.12，re为dy、pr、ce、nd、tm、sm、yb、gd、er、tb、ho中的一种或几种。

上述方法还可以在制备前驱体时添加助溶剂硼酸或者氯化铵，助溶剂的添加量为硝酸钡和正硅酸四乙酯总质量的3～5%。

所述有机胺为尿素、丙氨酸、甘氨酸中的一种或几种，有机胺中的铵根与混合物中的硝酸根的摩尔比为3～4:6。

所述还原气体为体积浓度5%h2和95%的氮气的混合气体。

所述乙醇水溶液中乙醇的体积浓度为50～80%。

本发明的优点和技术效果如下：

1、本发明制备方法简单易操作，适于工业化生产和市场推广应用；

2、通过本发明方法制得的微纳米级均匀颗粒，荧光粉结构蓬松，后处理简单，荧光粉颗粒较小有利于后期的应用。

附图说明

图1为实施例1中ba0.97si2o5:0.03eu²⁺光存储荧光粉xrd衍射图谱；

图2为实施例1中ba0.97si2o5:0.03eu²⁺光存储荧光粉sem图谱；

图3为实施例2中ba0.9275si2o5:0.0025eu²⁺,0.07er³⁺光存储荧光粉热释光曲线图；

图4为实施例3中ba0.965si2o5:0.005eu²⁺,0.03dy³⁺光存储荧光粉热释光曲线图；

图5为实施例4中ba0.92si2o5:0.01eu²⁺,0.02pr³⁺,0.05nd³⁺光存储荧光粉热释光曲线图。

具体实施方法

下面通过附图和实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。

实施例1：ba0.97si2o5:0.03eu²⁺光存储荧光粉的制备方法如下：

将0.2535gba(no3)2、0.1137g甘氨酸（c2h5no2）、0.0232gh3bo3、0.4208gc8h20o4si，30μl的1mmol/ml的eu(no3)3乙醇溶液置于100ml的石英烧杯中，然后加入50ml体积浓度50%的乙醇水溶液，加入磁搅拌子，置于加热磁搅拌仪上，升温至200℃，充分蒸发溶液至燃烧，生成前驱体；将前驱体再置于管式炉中，加热至1200℃，在流通还原气（5%h2、95%n2）环境下保温4h，冷却至室温；通过x射线衍射，发现能获得ba0.97si2o5:0.03eu²⁺纯相荧光粉（图1）；此外，通过扫描电镜测试发现，其颗粒均匀且粒径达到微纳米级（图2）。

实施例2：ba0.9275si2o5:0.0025eu²⁺,0.07er³⁺光存储荧光粉的制备方法如下：

将0.4848gba(no3)2、0.1137gc2h5no2、0.0455g尿素（ch4n2o）、0.02717gnh4cl、0.8416gc8h20o4si、70μl1mmol/ml的eu(no3)3乙醇溶液、140μl1mmol/ml的er(no3)3乙醇溶液置于100ml的石英烧杯中，然后加入50ml体积浓度50%的乙醇水溶液，加入磁搅拌子，置于加热磁搅拌仪上，升温至300℃，充分蒸发溶液至燃烧，生成前驱体；将前驱体再置于管式炉中，加热至1300℃，在流通还原气（5%h2、95%n2）环境下保温3h，冷却至室温；通过热释光曲线测试，发现样品拥有丰富的陷阱，存储光子（图3）。

实施例3：ba0.965si2o5:0.005eu²⁺,0.03dy³⁺光存储荧光粉的制备如下：

将0.2522gba(no3)2、0.1542g丙氨酸（c3h7o2n）、0.0185gh3bo3、0.4208gc8h20o4si、5μl1mmol/ml的eu(no3)3乙醇溶液、30μl1mmol/ml的dy(no3)3乙醇溶液置于100ml的石英烧杯中，然后加入50ml的体积浓度50%的乙醇水溶液，加入磁搅拌子，置于加热磁搅拌仪上，升温至500℃，充分蒸发溶液后燃烧，生成前驱体；将前驱体再置于管式炉中，加热至1000℃，在流通还原气（5%h2、95%n2）环境下保温6h，冷却至室温；通过热释光曲线测试，发现样品拥有丰富的陷阱，存储光子（图4）。

实施例4：ba0.92si2o5:0.01eu²⁺,0.02pr³⁺,0.05nd³⁺光存储荧光粉的制备如下

将0.2405gba(no3)2、0.0606gch4n2o、0.0096gh3bo3、0.0096gnh4cl、0.4208gc8h20o4si、10μl1mmol/ml的eu(no3)3乙醇溶液、20μl1mmol/ml的pr(no3)3乙醇溶液、50μl1mmol/ml的nd(no3)3乙醇溶液置于100ml的石英烧杯中，然后加入50ml的体积浓度50%的乙醇水溶液，加入磁搅拌子，置于加热磁搅拌仪上，升温至450℃，充分蒸发溶液至燃烧，生成前驱体；将前驱体再置于管式炉中，加热至1230℃，在流通还原气（5%h2、95%n2）环境下保温5h，冷却至室温。通过热释光曲线测试，发现样品拥有丰富的陷阱，存储光子（图5）。