专利名称：一种新型发红光纳米荧光粉及其制备方法
技术领域：
本发明涉及纳米荧光材料及其制备方法。
背景技术：
发红光纳米荧光材料在荧光防伪、LED照明、平板显示等方面具有广泛的应用。对于这类在高技术领域应用的红色荧光材料而言，必须满足最少三个特征1)对于蓝光或近紫外辐射有较强的吸收；2)纳米荧光材料纯度高、均匀程度高、荧光性质稳定；3)具有稳定的物理化学性质，在紫外辐射下不变性。在这种需求背景下，一些荧光材料如铝酸盐、硫化物、磷酸盐、硅酸盐、钥酸盐、镍酸盐、氮氧化物都被开发出来，然而在这些荧光材料中，只有硫化物、镍酸盐以及钥酸盐能够在蓝光或者近紫外激发下发出红光，硫化物化学性质不稳定、镍酸盐的结构很坚硬、钥酸盐的发光效率低；荧光粉合成采用固相法，其微米级产物需
要经过进一步球磨才能应用，球磨过程不但容易引入杂质，而且会对发光中心造成破坏、导致发光效率降低。另外，传统的钙粉、镁粉存在电荷失配引起的缺陷，钇粉存在晶格失配导致的晶析、固融相不均匀的问题。目前，现有的发红光纳米荧光材料，存在着生产成本高、生产工艺复杂、晶格缺陷多和紫外吸收带宽窄，同时，现有的纳米级荧光粉的制备方法中由于采用球磨方法球磨微米级的荧光粉，球磨过程中易引入杂质，易对发光中心造成破坏，严重影响了发红光纳米荧光材料在现实生产中的发展和应用。
发明内容
本发明是要解决现有的发红光纳米荧光材料，存在着生产成本高、生产工艺复杂、晶格缺陷多和紫外吸收带宽窄，现有的纳米级荧光粉的制备方法中由于采用球磨方法球磨微米级的荧光粉，球磨过程中易引入杂质，易对发光中心造成破坏的技术问题，而提供了一种新型发红光纳米荧光粉及其制备方法。一种新型发红光纳米荧光粉，它是分子式为EuxGdhBO3的粉状固体，其中0. 05 < X < 0. 2。一种新型发红光纳米荧光粉的制备方法，具体是按以下步骤完成的一、依照分子式EuxGdhBO3，按Eu元素、Gd元素与B元素的摩尔比为x: (l_x) :1准备 EuNO3、GdNO3 和 H3BO3,其中 0. 05 彡 x 彡 0. 2 ;二、向水中加入步骤一准备的EuN03、GdNO3和H3BO3,混合均匀，得到透明溶液；其中，水的体积与H3BO3的物质的量的比为(2L 4L) :1mol ；三、向步骤二中得到的透明溶液加入柠檬酸，在30°C 60°C的温度下，以60r/min 100r/min的搅拌速率搅拌Ih 5h,得到胶体,其中，朽1檬酸与步骤一的H3BO3的摩尔比为(2 5) :1 ;四、将步骤三得到的胶体在80°C 100°C温度下干燥20h 28h，得到干凝胶；五、将步骤四得到的干凝胶在600°C 1000°C下煅烧0.5h 5h，得到粉状固体，SP为发红光纳米荧光粉。
本发明具有以下优点一、本发明提供的一种新型发红光纳米荧光粉及其制备方法，采用了大量的硼元素，硼元素在自然界的储存量大，使得新型发红光纳米荧光粉的成本低；二、本发明提供的一种新型发红光纳米荧光粉的制备方法，采用溶胶凝胶法制备，制备方法的工艺简单，控制反应条件温和，易于掌握；三、本发明提供的一种新型发红光纳米荧光粉，其中的铕离子(Eu3+)与钆离子(Gd3+)电荷匹配，且离子半径非常接近，铕离子(Eu3+)半径为0. 0950nm,钆离子(Gd3+)半径为0. 0938nm，铕激活离子可以占据钆位形成稳定的晶格结构，克服了晶格缺陷多的问题；四、本发明提供的一种新型发红光纳米荧光粉，能够有效吸收220nm 340nm的紫外光以及360nm 430nm的紫光，在575nm 625nm处具有较宽的特征发射带。
五、本发明提供的一种新型发红光纳米荧光粉及其制备方法，制备得到的新型发 红光纳米荧光粉粒度小，颗粒尺寸为20nm 50nm，不需采用球磨方法，从根本上避免了球磨带来的损害。
图1为试验一制备得到的Eua Pda9BO3*红光纳米荧光粉与标准样品GdBO3的X射线衍射对比图，其中，曲线a为试验一制备得到的EuaiGda9BO3发红光纳米荧光粉的X射线衍射图，曲线b为标准样品GdBO3的X射线衍射图。图2为试验一制备得到的Euci lGdtl 9BO3发红光纳米荧光粉在615nm监测波长下的激发光谱。图3为试验一制备得到的EuaiGda9BO3发红光纳米荧光粉在397nm波长激发下的荧光光谱。
具体实施例方式具体实施方式
一本实施方式提供的一种新型发红光纳米荧光粉，它是分子式为EuM_xB03的粉状固体，其中0. 05彡X彡0. 2。本实施方式具有以下优点一、本实施方式的一种新型发红光纳米荧光粉，采用了大量的硼元素，硼元素在自然界的储存量大，使得新型发红光纳米荧光粉的成本低；二、本实施方式的一种新型发红光纳米荧光粉，其中的铕离子(Eu3+)与钆离子(Gd3+)电荷匹配，且离子半径非常接近，铕离子(Eu3+)半径为0. 0950nm,钆离子(Gd3+)半径为0. 0938nm,铕激活离子可以占据钆位形成稳定的晶格结构，克服了晶格缺陷多的问题；三、本实施方式的一种新型发红光纳米荧光粉，能够有效吸收220nm 340nm的紫外光以及360nm 430nm的紫光，紫外吸收带较宽，在575nm 625nm处具有较宽的特征发射带；四、本实施方式的一种新型发红光纳米荧光粉，粒度小，颗粒尺寸为20nm 50nm，不需采用球磨方法，从根本上避免了球磨带来的损害。
具体实施方式
二 本实施方式与具体实施方式
一的不同点在于，所述的新型发红光纳米荧光粉是分子式为EuaiGda9BO3的粉状固体。其它与具体实施方式
一相同。具本实施方式三本实施方式提供了一种新型发红光纳米荧光粉的制备方法，具体是按以下步骤完成的
一、依照分子式EuxGdhBO3，按Eu元素、Gd元素与B元素的摩尔比为x: (l_x) :1准备 EuNO3、GdNO3 和 H3BO3,其中 0. 05 彡 x 彡 0. 2 ;二、向水中加入步骤一准备的EuN03、GdNO3和H3BO3,混合均匀，得到透明溶液；其中，水的体积与H3BO3的物质的量的比为(2L 4L) :1mol ；三、向步骤二中得到的透明溶液加入柠檬酸，在30°C 60°C的温度下，以60r/min 100r/min的搅拌速率搅拌Ih 5h,得到胶体,其中，朽1檬酸与步骤一的H3BO3的摩尔比为(2 5) :1 ;四、将步骤三得到的胶体在80°C 100°C温度下干燥20h 28h，得到干凝胶；五、将步骤四得到的干凝胶在600°C 1000°C下煅烧0.5h 5h，得到粉状固体，SP 为发红光纳米荧光粉。本实施方式具有以下优点一、本实施方式的一种新型发红光纳米荧光粉的制备方法，采用了大量的硼元素，硼元素在自然界的储存量大，使得新型发红光纳米荧光粉的成本低；二、本实施方式的一种新型发红光纳米荧光粉的制备方法，采用溶胶凝胶法制备，制备方法的工艺简单，控制反应条件温和，易于掌握；三、本实施方式的一种新型发红光纳米荧光粉的制备方法，制备得到的新型发红光纳米荧光粉中的铕离子(Eu3+)与钆离子(Gd3+)电荷匹配，且离子半径非常接近，铕离子(Eu3+)半径为0. 0950nm，钆离子(Gd3+)半径为0. 0938nm，铕激活离子可以占据钆位形成稳定的晶格结构，克服了晶格缺陷多的问题；四、本实施方式的一种新型发红光纳米荧光粉的制备方法，制备得到的新型发红光纳米荧光粉能够有效吸收220nm 340nm的紫外光以及360nm 430nm的紫光，在575nm 625nm处具有较宽的特征发射带；五、本实施方式提供的一种新型发红光纳米荧光粉及其制备方法，制备得到的新型发红光纳米荧光粉粒度小，颗粒尺寸为20nm 50nm，不需采用球磨方法，从根本上避免了球磨带来的损害。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
三的不同点在于，所述的步骤一中为按Eu元素、Gd元素与B元素的摩尔比为0. 1:0.9:1准备EuNO3 > GdNO3和H3BO30其它与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
三或四的不同点在于，所述的步骤二中水的体积与H3BO3的物质的量的比为2L:1mol0其它与具体实施方式
三或四相同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
三至五之一的不同点在于，所述的步骤三中为在50°C温度下，以90r/min的搅拌速率搅拌3h。其它与具体实施方式
三至五相同。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
三至六之一的不同点在于，所述的步骤三中柠檬酸与步骤一的H3BO3的摩尔比为3:1。其它与具体实施方式
三至六相同。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
三至七之一的不同点在于，所述的步骤四中为在90°C温度下干燥24h。其它与具体实施方式
三至七相同。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
三至八之一的不同点在于，所述的步骤四得到的干凝胶为蓬松状的固体。其它与具体实施方式
三至八相同。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
三至九之一的不同点在于，所述的步骤五中为在800°C下煅烧2h。其它与具体实施方式
三至九相同。采用以下试验验证本发明的效果
试验一一种新型发红光纳米荧光粉的制备方法，具体是按以下步骤完成的一、依照分子式Eu。. Adtl 9BO3,按Eu元素、Gd元素与B元素的摩尔比为0. 1:0. 9:1准备 EuNO3、GdNO3 和 H3BO3 ；二、向水中加入步骤一准备的EuN03、GdNO3和H3BO3,混合均匀，得到透明溶液；其中，水的体积与H3BO3的物质的量的比为2L:1mol ；三、向步骤二中得到的透明溶液加入柠檬酸，在50°C温度下，以90r/min的搅拌速率搅拌3h，得到胶体，其中，柠檬酸与步骤一的H3BO3的摩尔比为3:1 ;四、将步骤三得到的胶体在90°C温度下干燥24h，得到蓬松状的干凝胶；
五、将步骤四得到的干凝胶在800°C下煅烧2h，得到粉状固体，即为发红光纳米荧光粉。对试验一得到的发红光纳米荧光粉进行X射线衍射测试，得到图1。图1为试验一制备得到的EuaiGda9BO3发红光纳米荧光粉与标准样品GdBO3的X射线衍射对比图，其中，曲线a为试验一制备得到的EuO.1Gda9BO3发红光纳米荧光粉的X射线衍射图，曲线b为标准样品6(^03的X射线衍射图。从图1中，可以观察到试验一得到的发红光纳米荧光粉没有出现杂相，Eu离子取代Gd位嵌入到晶格场中，形成了纯相GdBO3晶格结构，激活离子Eu与基质材料GdBO3形成稳定的固溶结构；同时,根据Scherrer公式,计算出制备的纳米突光粉的平均粒径为35nm,不需要球磨的进一步处理。对试验一得到的发红光纳米荧光粉进行激发光谱测试，得到图2。图2为试验一制备得到的EuaiGda9BO3发红光纳米荧光粉在615nm监测波长下的激发光谱。从图2中，可以观察到试验一得到的发红光纳米荧光粉能够有效吸收220nm 340nm处的紫外光以及360nm 430nm的近紫外光和紫光。可以证明，试验一制备得到的EuaiGda9BO3发红光纳米荧光粉具有很宽的紫外吸收带宽。对试验一得到的发红光纳米荧光粉进行荧光光谱测试，得到图3。图3为试验一制备得到的EuaiGda9BO3发红光纳米荧光粉在397nm波长激发下的荧光光谱。从图3中，可以观察到试验一得到的发红光纳米荧光粉能够发出575 625nm的宽带特征发射。证明试验一制备得到的EuaiGda9BO3发红光纳米荧光粉能够发出红色特征辐射，即发红色荧光。
权利要求
1.一种新型发红光纳米荧光粉，其特征在于新型发红光纳米荧光粉是分子式为 EuxGd1^BO3的粉状固体，其中O. 05彡X彡O. 2。
2.根据权利要求1所述的一种新型发红光纳米荧光粉，其特征在于所述的新型发红光纳米荧光粉是分子式为EuaiGda9BO3的粉状固体。
3.如权利要求1所述的一种新型发红光纳米荧光粉的制备方法，其特征在于新型发红光纳米荧光粉的制备方法，具体是按以下步骤完成的一、依照分子式EuxGdhBO3，按Eu元素、Gd元素与B元素的摩尔比为χ:(1-χ) :1准备 EuNO3> GdNO3 和 H3BO3,其中 O. 05 彡 x 彡 O. 2 ;二、向水中加入步骤一准备的EuN03、GdNO3和H3BO3,混合均勻，得到透明溶液；其中，水的体积与H3BO3的物质的量的比为(2L 4L) :1mol ；三、向步骤二中得到的透明溶液加入柠檬酸，在30°C 60°C的温度下，以60r/min 100r/min的搅拌速率搅拌Ih 5h，得到胶体，其中，柠檬酸与步骤一的H3BO3的摩尔比为 (2 5) :1 ;四、将步骤三得到的胶体在80°C 100°C温度下干燥20h 28h，得到干凝胶；五、将步骤四得到的干凝胶在600°C 1000°C下煅烧O.5h 5h，得到粉状固体，即为发红光纳米荧光粉。
4.根据权利要求3所述的一种新型发红光纳米荧光粉的制备方法，其特征在于所述的步骤一中为按Eu元素、Gd元素与B元素的摩尔比为O.1: O. 9:1准备EuNO3、GdNO3和H3BO3。
5.根据权利要求3或4所述的一种新型发红光纳米荧光粉的制备方法，其特征在于 所述的步骤二中水的体积与H3BO3的物质的量的比为2L:1mol。
6.根据权利要求3或4所述的一种新型发红光纳米荧光粉的制备方法，其特征在于 所述的步骤三中为在50°C的温度下，以90r/min的搅拌速率搅拌3h。
7.根据权利要求3或4所述的一种新型发红光纳米荧光粉的制备方法，其特征在于 所述的步骤三中柠檬酸与步骤一的H3BO3的摩尔比为3:1。
8.根据权利要求3或4所述的一种新型发红光纳米荧光粉的制备方法，其特征在于 所述的步骤四中为在90°C温度下干燥24h。
9.根据权利要求3所述的一种新型发红光纳米荧光粉的制备方法，其特征在于所述的步骤四得到的干凝胶为蓬松状的固体。
10.根据权利要求3、4或9所述的一种新型发红光纳米荧光粉的制备方法，其特征在于所述的步骤五中为在800°C下煅烧2h。
全文摘要
一种新型发红光纳米荧光粉及其制备方法，涉及纳米荧光材料及其制备方法的领域。本发明是要解决现有的发红光纳米荧光材料，存在着生产成本高、生产工艺复杂、晶格缺陷多和紫外吸收带宽窄，现有的纳米级荧光粉的制备方法中由于采用球磨方法球磨微米级的荧光粉，球磨过程中易引入杂质，易对发光中心造成破坏的技术问题。一种新型发红光纳米荧光粉是分子式为EuxGd1-xBO3的粉状固体，其中0.05≤x≤0.2。制备方法一、准备原材料；二、制备溶液；三、制备胶体；四、制备干凝胶；五、锻烧。本发明适用于荧光材料领域。
文档编号C09K11/78GK102994085SQ201310006108
公开日2013年3月27日 申请日期2013年1月8日 优先权日2013年1月8日
发明者秦峰, 张云刚, 赵华, 杨欣, 张治国 申请人:哈尔滨工业大学