专利名称：稀土铝硅酸盐基质荧光材料及制备方法
技术领域：
本发明涉及一种紫外激发的稀土铕离子掺杂的铝硅酸盐基质荧光粉材料及其制备方法，属于发光材料技术领域。
背景技术：
紫外光激发下的掺稀土离子铝硅酸盐材料在照明显示技术中可以得到应用。对具有钙黄长石结构的M2Al2SiO7(M＝Ca，Sr，Ba)的铝硅酸盐基质，具有成本低廉，并且具有硅氧四面体构成的架状结构，化学稳定性和耐紫外辐射稳定性高的优点；在稀土离子激活下，容易获得优良性能的发光性质。
由于M2Al2SiO7(M＝Ca，Sr，Ba)的铝硅酸盐基质成分复杂，采用传统固相合成法不容易使成分均匀，在制备上述体系时存在很大局限性。特别是作为激活的稀土离子掺入数量少，采用能够精确控制成分的溶胶凝胶法是一个重要的技术手段。在溶胶凝胶方法中，M2Al2SiO7(M＝Ca，Sr，Ba)的铝硅酸盐基质的主成分的Al和Si，需要采用恰当的原料。例如，采用醇盐铝作为铝源和采用正硅酸乙脂作为硅源的方法制备相应溶胶的方法，不仅在成本和污染存在局限性，而且受控水解过程不容易精确控制成分。因此，需要采用合理的Al源和Si源，使成分容易精确改变，以制备M2Al2SiO7:Eu2+，(M＝Ca，Sr，Ba)荧光粉材料。
发明内容本发明的目的在于提供一种稀土铕离子掺杂的铝硅酸盐基质荧光粉材料及其制备方法。
本发明公开了一种稀土铝硅酸盐基质荧光材料，其特征在于化学式为M2-xAl2SiO7:xEu2+，式中M代表Ca，Sr，Ba中的一种元素，Eu以二价离子形式存在，x为原子摩尔数，数值范围为0.01≤x≤0.1。
本发明还公开了上述的稀土铝硅酸盐基质荧光材料的制备方法，其特征在于荧光粉采用溶胶凝胶方法制备，Al源和Si源分别采用纳米拟薄水铝石和纳米二氧化硅；即，先制备含纳米拟薄水铝石颗粒的氧化铝溶胶，Si以纳米SiO2的形式加入，其它组分分别以硝酸盐形式加入，经机械搅拌，形成复合溶胶；复合溶胶用喷雾造粒后进行高温烧成，得到铕离子掺杂的铝硅酸盐基质荧光粉材料。
本发明的特点是，M2Al2SiO7:Eu2+，(M＝Ca，Sr，Ba)荧光粉材料能够吸收紫外光峰值波长在326nm附近，发射光谱峰值波长位于500nm，为蓝铝可见光；采用以拟薄水铝石为Al源的氧化铝溶胶，分散纳米二氧化硅，形成铝硅复合溶胶，替代铝醇盐和正硅酸乙脂原料；荧光粉疏松，颗粒大小为5微米，不需球磨后处理。该荧光粉可用于显示或发光器件。
图1是成分为Sr2-xAl2SiO7:xEu2+(x＝0.01，0.02，0.04，0.06，0.08)的5个荧光粉产品的X射线衍射分析图谱；图2是成分为Sr1.98-aBaaAl2SiO7:0.02Eu2+(a＝0.1，0.2，0.4)的3个荧光粉产品的激发-发射光谱图。
图3是成分为Sr1.08Ba0.9Al2SiO7:0.07Eu2+的荧光粉产品的粒度分布图。
以下将结合本发明的实施例参照附图进行详细叙述。
具体实施方式
本发明的铕离子掺杂的稀土铝硅酸盐基质荧光粉材料，按照化学式M2-xAl2SiO7:xEu2+进行配制，其中碱土金属M＝Ca，Sr，Ba，x为二价稀土铕离子的原子摩尔数，数值范围为0.01≤x≤0.1。主要步骤包括复合溶胶的制备，干凝胶颗粒的高温烧成几个步骤。其中1)氧化铝溶胶按照质量比氧化铝∶水＝3-5∶97-95的比例，把纯度为95％的拟薄水铝石与蒸馏水混合，在机械搅拌情况下，用浓度为30％的硝酸水溶液滴定到pH＝1-3，即得到氧化铝溶胶。
2)复合溶胶的制备按照原子比Al∶Si＝2∶1的固定比例，Si以SiO2的形式加入到氧化铝溶胶，SiO2的大小为40-80nm；Ca，Sr，Ba以硝酸盐的形式按照化学式计量比，加入到氧化铝溶胶中；Eu以硝酸铕的形式加入到氧化铝溶胶中，数量范围为原子摩尔数0.01≤x≤0.1；上述复合溶胶采用机械搅拌3-5小时，继续用硝酸水溶液调整到pH＝1-3，得到没有沉淀的稀土复合溶胶。
3)干凝胶颗粒的高温烧成上述稀土复合溶胶在商业喷雾干燥机上进行雾化造粒，得到干凝胶颗粒。压缩空气温度为110℃-130℃，干燥空气量130m3/h-150m3/h，物料流1.3L/h-1.5L/h条件制备干凝胶颗粒；高温烧成的温度为1200℃-1400℃，在N2+5％H2混合气体中烧成3小时-5小时。
下面的实例是为了进一步阐明本发明的工艺过程特征而非限制本发明。
实例1按照质量比氧化铝∶水＝3∶97的比例，把纯度为95％的拟薄水铝石与蒸馏水混合，在机械搅拌情况下，用浓度为30％的硝酸水溶液滴定到pH＝1-3，即得到氧化铝溶胶；按照原子比Al∶Si＝2∶1的固定比例，把大小为40nm的SiO2颗粒形式加入到氧化铝溶胶中；把氧化铝溶胶均分成5份，稀土离子Eu以硝酸铕的形式加入到氧化铝溶胶中，加入的数量按原子摩尔数取5个数值，即x＝0.01，0.02，0.04，0.06，0.08；Sr以硝酸锶的形式加入到氧化铝溶胶，加入的数量按照提供的化学式Sr2-xAl2SiO7计量，机械搅拌3小时，得到复合溶胶；复合溶胶设置雾化参数为压缩空气温度为110℃，干燥空气量130m3/h，物料流1.3L/h，得到干凝胶颗粒；在水平管式炉内通入流量为2L/h的N2+5％H2(体积比)混合气体，在1200℃下烧成3小时后，即得到含5个不同稀土离子浓度的5个荧光粉产品。图1是5个Sr2-xAl2SiO7:xEu2+(x＝0.01，0.02，0.04，0.06，0.08)荧光粉产品的X射线衍射分析图谱。
实例2按照质量比氧化铝∶水＝4∶96的比例，把纯度为95％的拟薄水铝石与蒸馏水混合，在机械搅拌情况下，用浓度为30％的硝酸水溶液滴定到pH＝1-3，即得到氧化铝溶胶；按照原子比Al∶Si＝2∶1的固定比例，把大小为60nm的SiO2颗粒形式加入到氧化铝溶胶中；稀土离子Eu以硝酸铕的形式加入到氧化铝溶胶中，加入的数量按原子摩尔数取x＝0.02；把前面的氧化铝溶胶均分成3份，Sr和Ba分别以硝酸锶和硝酸钡的形式加入到氧化铝溶胶，加入的数量按照提供的化学式Sr1.98-aBaaAl2SiO7计量，其中a＝0.1，0.2，0.4；机械搅拌4小时，得到复合溶胶；复合溶胶设置雾化参数为压缩空气温度为120℃，干燥空气量140m3/h，物料流1.4L/h，得到干凝胶颗粒；在水平管式炉内通入流量为2L/h的N2+5％H2(体积比)混合气体，在1300℃下烧成4小时后，即得到3个荧光粉产品。图2是成分为Sr1.98-aBaaAl2SiO7:0.02Eu2+(a＝0.1，0.2，0.4)的3个荧光粉产品的激发-发射光谱图。
实例3按照质量比氧化铝∶水＝5∶95的比例，把纯度为95％的拟薄水铝石与蒸馏水混合，在机械搅拌情况下，用浓度为30％的硝酸水溶液滴定到pH＝1-3，即得到氧化铝溶胶；按照原子比Al∶Si＝2∶1的固定比例，把大小为80nm的SiO2颗粒形式加入到氧化铝溶胶中；稀土离子Eu以硝酸铕的形式加入到氧化铝溶胶中，加入的数量按原子摩尔数取x＝0.07；Sr和Ba分别以硝酸锶和硝酸钡的形式加入到氧化铝溶胶，加入的数量按照提供的化学式Sr1.13-aBaaAl2SiO7计量，其中a＝0.9；机械搅拌5小时，得到复合溶胶；复合溶胶设置雾化参数为压缩空气温度为130℃，干燥空气量150m3/h，物料流1.5L/h，得到干凝胶颗粒；在水平管式炉内通入流量为2L/h的N2+5％H2(体积比)混合气体，在1400℃下烧成5小时后，即得到3个荧光粉产品。图3是成分为Sr1.08Ba0.9Al2SiO7:0.07Eu2+的荧光粉产品的粒度分布图。
权利要求
1.一种稀土铝硅酸盐基质荧光材料，其特征在于化学式为M2-xAl2SiO7:xEu2+，式中M代表Ca，Sr，Ba中的一种元素，Eu以二价离子形式存在，x为原子摩尔数，数值范围为0.01≤x≤0.1。
2.一种权利要求1所述的稀土铝硅酸盐基质荧光材料的制备方法，其特征在于荧光粉采用溶胶凝胶方法制备，Al源和Si源分别采用纳米拟薄水铝石和纳米二氧化硅；即，先制备含纳米拟薄水铝石颗粒的氧化铝溶胶，Si以纳米SiO2的形式加入，其它组分分别以硝酸盐形式加入，经机械搅拌，形成复合溶胶；复合溶胶用喷雾造粒后进行高温烧成，得到铕离子掺杂的铝硅酸盐基质荧光粉材料。
3.按照权利要求2所述的稀土铝硅酸盐基质荧光材料的制备方法，其特征在于氧化铝溶胶按照质量比氧化铝∶水＝3-5∶97-95的比例，把纯度为95％的拟薄水铝石与蒸馏水混合，在机械搅拌情况下，用浓度为30％的硝酸水溶液滴定到pH＝1-3，即得到氧化铝溶胶。
4.按照权利要求2所述的稀土铝硅酸盐基质荧光材料的制备方法，其特征在于所说的复合溶胶的制备按照原子比Al∶Si＝2∶1的固定比例，Si以SiO2的形式加入到氧化铝溶胶，SiO2的大小为40-80nm；Ca，Sr，Ba以硝酸盐的形式按照化学式计量比，加入到氧化铝溶胶中；Eu以硝酸铕的形式加入到氧化铝溶胶中，数量范围为原子摩尔数0.01≤x≤0.1；上述复合溶胶采用机械搅拌3-5小时，继续用硝酸水溶液调整到pH＝1-3，得到没有沉淀的稀土复合溶胶。
5.按照权利要求2所述的稀土铝硅酸盐基质荧光材料的制备方法，其特征在于所说的喷雾造粒是在压缩空气温度为110℃-130℃，干燥空气量130m3/h-150m3/h，物料流1.3L/h-1.5L/h条件制备干凝胶颗粒；高温烧成的温度为1200℃-1400℃，在N2+5％H2混合气体中烧成3小时-5小时。
全文摘要
本发明涉及一种紫外光激发的稀土铕离子掺杂的铝硅酸盐基质荧光粉材料及制备方法，属于发光材料技术领域。荧光粉材料的基质具有钙黄长石结构，化学式为M
文档编号C09K11/77GK1995276SQ200610130338
公开日2007年7月11日 申请日期2006年12月18日 优先权日2006年12月18日
发明者王达健 申请人:天津理工大学