一种通过微波制备力致发光CaZnOS:Mn2+材料的方法

本发明涉及一种通过微波制备力致发光caznos:mn2+材料的方法，属于无机发光材料。

背景技术：

1、力致发光材料是在受到如摩擦、加压、冲击、破碎等机械作用下会发光的一类化合物，其能够将施加的机械能以光的形式进行释放。具有力致发光性质的材料因其在应力传感、新型光源及显示、防伪加密、生物成像等领域展现出良好的应用前景，然而它们的应用受到ml材料选择少以及差强人意的ml光谱的限制。

2、微波加热就是利用微波的能量特征，对物体进行加热的过程。微波具有波长短、频率高、量子特性等明显特征。近年，许多工业生产过程中导入微波加热技术，不仅可有效提高反应转化率、选择性，而且体现出节能环保等优点，可以作为实现绿色工艺的手段。总结来说，与传统加热方式相比采用微波加热的方法反应加热速度更快、热量损失较小、操作方便，既缩短了工艺时间、提高生产率、降低成本，又提高产品质量。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种通过微波制备力致发光caznos:mn2+材料的方法，通过更加绿色环保方便快捷的微波反应辅助法，来解决常规高温固相法工艺上反应时间长、耗能高、操作繁琐、产生h2s等有害气体等问题。

2、本发明的技术方案，一种通过微波制备力致发光caznos:mn2+材料的方法，步骤为：将氧化钙、硫化锌、碳酸锰和硼酸按比例混合，加入无水乙醇研磨成混合粉末；在微波反应器外层添加活性炭后，内层放入混合粉末，微波合成得到力致发光材料。

3、进一步地，具体步骤如下：

4、s1：在碳酸锶、氧化钙、硫化锌、碳酸锰和硼酸中加入无水乙醇混合均匀，持续研磨，直至无水乙醇挥发，再将混合粉末送入球磨机中进行球磨；

5、s2：将s1所得混合均匀的生料粉压制成生料片；

6、s3：将s2所得生料片放入微波反应器中，微波反应器外层按要求添加碳粉，调整微波反应器参数进行微波反应，自然冷却，得到力致发光材料caznos：mn2+。

7、进一步地，所述氧化钙、硫化锌、碳酸锰的摩尔比为1：1：0.01。

8、进一步地，所述硼酸的添加量为氧化钙、硫化锌和碳酸锰总质量的2％-4％。

9、进一步地，s1中，按照每0.5g原料加入3-5ml的比例加入无水乙醇，将原料研磨至80-120目，随后球磨至180-220目。研磨和球磨的目的是提高分散性与表面积来保证合成后缺陷的良好分布，最后获得颗粒尺寸小，混合均匀的生料粉。

10、进一步地，s2中，将生粉料通过磨具在15～20mpa压强下压制3～5分钟，制作成生料片。生料片要求平整，大小符合反应容器规格，紧贴反应容器底部以提高反应后产物发光强度。

11、进一步地，所述碳粉目数为150-250目。

12、进一步地，s3所述微波反应时，采用650-750w的功率微波反应10-20min，保证原料核心温度达到1000℃以上。

13、在微波反应中无需外接气体，在微波反应器外层添加适量活性炭粉，提供还原性气氛的同时，能通过活性炭传导使核心温度达到1000℃以上。活性炭粉放置要求紧密平实，贴住容器底部，防止碳粉飞扬导致反应温度与均匀性受到影响，使得产物性能受损。

14、进一步地，所述微波反应容器包括耐热砖盖、耐热砖体、耐热砖底、反应器和原料储存瓶；所述耐热砖体上端设有耐热砖盖，下端设有耐热砖底，耐热砖体中部设有空腔，空腔中放置反应器；所述反应器中还包括原料储存瓶。

15、所述活性炭铺设于反应器底部，铺设时紧密平实，填充的活性炭能够覆盖原料储存瓶高度的1/2-3/4。

16、进一步地，在s3中，将生料片放入原料储存瓶，将原料储存瓶平稳埋入活性炭粉中1/2-3/4，方便取出的同时，能够避免样品被碳粉污染，为确定最佳反应时间参数，微波反应之后，自然冷却，使用乙醇清洗反应容器，防止样品受到污染使得发光强度受损，其后打开装置取出得到力致发光材料。

17、本发明的有益效果：

18、(1)本发明使用的微波辅助反应法，相较于光学材料中化学法，水热法采用的温度低，时间长，直接微波反应的简单方法更加具有设计性，本发明使用的方法是固态的微波辅助方法，通过反应装置的搭建，采用活性炭粉进行温度传导，核心温度能在十分钟左右达到核心温度1000℃以上。

19、(2)本发明使用的微波辅助反应法，装置搭建便捷，能够模块化组成，适合工业化生产。

20、(3)本发明使用的微波辅助反应法，因为反应时间短，能够迅速得知产品性能好坏，及其适合最佳反应条件的研究，能够迅速探索出最佳的反应时间，微波功率，碳粉目数等参数，以此进行生产制备。

21、(4)本发明的微波辅助合成的力致发光材料，力致发光现象明显，无须紫外光等射线预先充能，直接能通过外力施加产生力致发光现象。

22、(5)本发明采用特殊的气氛填入方式，无须外接气体增加合成生产的风险，采用活性碳粉埋入的方式提供还原性气氛。

23、(6)本发明采用微波反映的方法加热合成力致发光材料，操作简单，环境温和，无有害气体生成，将反应时间从十几小时缩短到了几十分钟，缩短工艺时间的同时提高了生产率。并且本发明反应所需的氧化钙、硫化锌、碳酸锰和硼酸原料取材容易，成本较低，能适用工业大规模生产的需求。

技术特征：

1.一种通过微波制备力致发光caznos:mn2+材料的方法，其特征是步骤为：将氧化钙、硫化锌、碳酸锰和硼酸按比例混合，加入无水乙醇研磨成混合粉末；在微波反应器外层添加活性炭后，内层放入混合粉末，微波合成得到力致发光材料。

2.如权利要求1所述通过微波制备力致发光caznos:mn2+材料的方法，其特征是具体步骤如下：

3.如权利要求2所述通过微波制备力致发光caznos:mn2+材料的方法，其特征是：所述氧化钙、硫化锌、碳酸锰的摩尔比为1：1：0.01。

4.如权利要求1所述通过微波制备力致发光caznos:mn2+材料的方法，其特征是：所述硼酸的添加量为氧化钙、硫化锌和碳酸锰总质量的2％-4％。

5.如权利要求1所述通过微波制备力致发光caznos:mn2+材料的方法，其特征是：s1中，按照每0.5g原料加入3-5ml的比例加入无水乙醇，将原料研磨至80-120目，随后球磨至180-220目。

6.如权利要求1所述通过微波制备力致发光caznos:mn2+材料的方法，其特征是：s2中，将生粉料通过磨具在15～20mpa压强下压制3～5分钟，制作成生料片。

7.如权利要求1所述通过微波制备力致发光caznos:mn2+材料的方法，其特征是：所述碳粉目数为150-250目。

8.如权利要求1所述通过微波制备力致发光caznos:mn2+材料的方法，其特征是：s3中，所述微波反应时，采用650-750w的功率微波反应10-20min，保证原料核心温度达到1000℃以上。

9.如权利要求1所述通过微波制备力致发光caznos:mn2+材料的方法，其特征是：所述微波反应容器包括耐热砖盖(1)、耐热砖体(2)、耐热砖底(3)、反应器(4)和原料储存瓶(5)；所述耐热砖体(2)上端设有耐热砖盖(1)，下端设有耐热砖底(3)，耐热砖体(2)中部设有空腔，空腔中放置反应器(4)；所述反应器(4)中还包括原料储存瓶(5)。

10.如权利要求9所述通过微波制备力致发光caznos:mn2+材料的方法，其特征是：所述活性炭铺设于反应器(4)底部，铺设时紧密平实，填充的活性炭能够覆盖原料储存瓶(5)高度的1/2-3/4。

技术总结
本发明涉及一种通过微波制备力致发光CaZnOS:Mn<supgt;2+</supgt;材料的方法，属于无机发光材料技术领域。其化学表达式为CaZnOS:Mn<supgt;2+</supgt;；将氧化钙、硫化锌、碳酸锰和硼酸混合，加入无水乙醇混合研磨成干燥的混合粉末；将上述混合粉末压制成生料片放入微波反应器内层，在反应器外层放置一定量碳粉提供还原性气氛，微波反应后得到力致发光硫氧化物材料。本发明采用微波辅助的方法来制备力致发光材料，产物力致发光现象明显、方便快捷、反应时间短、操作简单环保，采用特殊的气氛添加法，相比高温固相合成硫氧化物，无H<subgt;2</subgt;S等有害物质产生，符合绿色环保高效的原则。

技术研发人员：杜家仁,王腾跃,林恒伟
受保护的技术使用者：江南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13