一种绿色镓酸盐荧光粉及其制备与应用

本发明涉及一种应力发光材料，具体涉及一种绿色镓酸盐荧光粉及其制备与应用。

背景技术：

1、应力发光也叫机械发光，指的是材料在受到外部机械力的刺激时产生的发光现象，所谓的机械刺激包含很多种形式，如拉伸、摩擦、挤压、冲击等，甚至可以是风和雨滴。根据施加的机械刺激的不同类型可分为形变应力发光和摩擦应力发光。应力发光材料是一种将力转换成光的能量转换材料。一般情况下，材料的应力发光的发射强度与施加的机械力在弹性变形范围之间存在精确的线性关系，可以通过实时监测发光强度直接获得可靠的应力分布，在节能和环保方面具有很大的优势，因此在应力传感器、裂纹监测、防伪加密等领域具有广阔的发展前景。

2、大部分应力发光材料是通过掺杂稀土离子(如eu2+、tb3+、nd3+)或过渡族金属离子(如mn2+、cu+)产生应力发光。迄今为止，已经开发了硫化物、铝酸盐和铌酸盐等许多不同类型的应力发光材料，如zns:mn2+、sral2o4:eu2+、sr3al2o6:eu2+和linbo3:pr3+，可以通过掺杂不同的离子以及不同的浓度可以调整应力发光的强度和颜色，并且对主体晶体的完整性没有影响。

3、现阶段应力发光材料的颜色已经覆盖了整个可见光谱区，绿色光是人眼最容易捕捉到的颜色，但对绿色应力发光材料的研究还处于初级阶段，现有文献1(qin s,bian j,han y,et al.intense and efficient green mechanoluminescence incalaal3o7through tb3+doping[j].materials research bulletin,2021,145:111535)公开的galaal3o:tb3+荧具有很强的机械发光强度，是性能很好的应力发光材料，但是材料制备条件复杂，需要使用氮气气氛烧结，制备成本较高，且制备过程中会产生有毒物质，对人体有害，不利于环保。文献2(songtao,guo,tao,et al.generalization of thequantitative stress-intensity relationship of mechanoluminescent sensorsral2o4:eu2+,dy3+in an elastic domain[j].measurement science and technology,2019,30(7):75104-75104)公开的sral2o4:eu2+,dy3+具有很强的应力发光强度，可将其与聚二甲基硅氧烷(pdms)混合制备sral2o4:eu2+,dy3+荧光柔性薄膜，但是制备过程复杂，制备周期长，需要还原炭气氛烧结，制备成本高，制得的荧光粉容易潮解，不易保存。因此，现有技术制备过程复杂，需要非空气气氛烧结。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种绿色镓酸盐荧光粉及其制备与应用。解决了现有技术制备过程复杂，需要非空气气氛烧结的问题。

2、为了达到上述目的，本发明提供了一种绿色镓酸盐荧光粉，该荧光粉的化学式为y3-xgao6:xtb3+，其中x为0～0.09，且不等于0。

3、优选地，所述x为0.01、0.03、0.05、0.07或0.09。

4、更优选地，所述x为0.07。荧光粉的亮度随着tb3+的掺杂量的增加先增加后降低，当x为0.07时，亮度最大；当x为0.06或0.08时，荧光粉的亮度略低于x为0.07时荧光粉的亮度。

5、本发明提供了一种如所述的绿色镓酸盐荧光粉的制备方法，该方法包含：

6、(1)将y2o3、ga2o3和tb4o7混合，加入无水乙醇研磨，得到研磨均匀的粉末；

7、(2)在空气气氛下，将研磨均匀的粉末以5℃/min的速率升温至1300～1500℃烧结(烧结温度在1300℃以下，获得的产物中会存在少量的原料成分)并保温，再以5℃/min的速率降温至800℃，然后自然冷却，得到烧结产物；

8、(3)将烧结产物研磨成粉，得到荧光粉。

9、优选地，在步骤(1)中，所述y2o3、ga2o3和tb4o7的物质的量比为(6-2x)∶2∶x，其中x为0～0.09，且不等于0。物质的量比是最主要的影响因素，如果物质的量比为其他值，不能获得所述的荧光粉材料。

10、优选地，在步骤(1)中，所述y2o3、ga2o3和tb4o7的纯度均为99.99％；所述无水乙醇的纯度为99.5％；所述研磨时间为30min～60min。反应物纯度过低会使产物不纯，研磨时间太短会导致原料混合不均匀，也可能会导致产生不纯的产物。保温时间过短或过长，会导致结晶不完全或过度，获得的材料应力发光的亮度都不理想。

11、反应物纯度，研磨时间，烧结温度，保温时间都是重要的影响因素，

12、优选地，在步骤(2)中，所述保温的时间为5～7h。保温时间过短或过长，会导致结晶不完全或过度，获得的材料应力发光的亮度都不理想。

13、优选地，在步骤(2)中，所述烧结的温度为1450℃。

14、本发明提供了一种如所述的绿色镓酸盐荧光粉在制备应力发光材料中的应用。

15、优选地，制得的应力发光材料是在机械刺激下会产生绿色的应力发光现象。

16、本发明的一种绿色镓酸盐荧光粉及其制备与应用。解决了现有技术制备过程复杂，需要非空气气氛烧结的问题，具有以下优点：

17、1、本发明通过掺杂稀土离子tb3+进入y3gao6基质晶格中，tb3+取代y3+的位点，当tb3+进入晶格时，会在禁带区域产生局部能级，即陷阱；其发光机理是，价带顶部的电子跃迁至导带底部，其中一部分载流子被陷阱能级捕获并储存下来，当施加机械刺激时产生压电场，使陷阱中的载流子被释放出来，发光中心获得电子和空穴复合的能量，从而产生应力发光。

18、2、本发明采用高温固相合成法，材料制备简单，周期短，成本低，无需惰性气氛或还原性气氛处理，制得的应力发光荧光粉化学稳定性好，且不易潮解，在机械刺激下会产生绿色的应力发光现象，绿色是人眼最容易捕捉到的颜色。

技术特征：

1.一种绿色镓酸盐荧光粉，其特征在于，该荧光粉的化学式为y3-xgao6:xtb3+，其中x为0～0.09，且不等于0。

2.根据权利要求1所述的绿色镓酸盐荧光粉，其特征在于，所述x为0.01、0.03、0.05、0.07或0.09。

3.根据权利要求2所述的绿色镓酸盐荧光粉，其特征在于，所述x为0.07。

4.一种如权利要求1-3任一项所述的绿色镓酸盐荧光粉的制备方法，其特征在于，该方法包含：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述y2o3、ga2o3和tb4o7的物质的量比为(6-2x)∶2∶x，其中x为0～0.09，且不等于0。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述y2o3、ga2o3和tb4o7的纯度均为99.99％；所述无水乙醇的纯度为99.5％；所述研磨时间为30min～60min。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述保温的时间为5～7h。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述烧结的温度为1450℃。

9.一种如权利要求1-3任一项所述的绿色镓酸盐荧光粉在制备应力发光材料中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，制得的应力发光材料是在机械刺激下会产生绿色的应力发光现象。

技术总结
本发明公开了一种绿色镓酸盐荧光粉及其制备与应用，该荧光粉的化学式为Y<subgt;3‑x</subgt;GaO<subgt;6</subgt;:xTb<supgt;3+</supgt;，其中x为0～0.09，且不等于0。该制备方法包含：将Y<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;、Ga<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;和Tb<subgt;4</subgt;O<subgt;7</subgt;混合，加入无水乙醇研磨；在空气气氛下，将研磨后的粉末以5℃/min的速率升温至1300～1500℃烧结并保温，再以5℃/min的速率降温至800℃，然后自然冷却，研磨成粉，得到荧光粉。本发明解决了现有技术制备过程复杂，需要非空气气氛烧结的问题。本发明采用高温固相合成法，材料制备简单，周期短，成本低，无需惰性气氛或还原性气氛处理，制得的应力发光荧光粉化学稳定性好，且不易潮解，在机械刺激下会产生绿色的应力发光现象。

技术研发人员：杜玉松,孙倩,武小飞,成钢,王江,赵景泰,饶光辉
受保护的技术使用者：桂林电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11