CN101367539B - 溶胶凝胶法制备纳米发光粉体 - Google Patents

Abstract

溶胶凝胶法制备纳米发光粉体涉及一种制备纳米发光粉体的方法，包括初始稀土溶液的配置、成胶、干燥以及干凝胶的煅烧过程：将稀土氧化物RE₂O₃(RE＝Y，Gd，Eu)在浓硝酸中溶解配成溶液，加入螯合剂柠檬酸，并加入乙二醇，在不断搅拌的情况下用浓氨水调节体系pH值，然后将上述初始溶液在水浴中加热，使之形成透明溶胶和凝胶，凝胶经过干燥得到干凝胶，干凝胶经研磨后煅烧2h得到纳米(Y，Gd)₂O₃:Eu³⁺粉体。本发明提供了一种溶胶凝胶法制备纳米(Y，Gd)₂O₃:Eu³⁺发光粉体的方法，该方法工艺简单，所采用的原料简单易得损失少，制备周期短，所得(Y，Gd)₂O₃:Eu³⁺粉体粒径小，分布均匀，基本呈球状，在实际应用中有广阔的前景。

Description

溶胶凝胶法制备纳米发光粉体

技术领域

本发明涉及一种制备发光材料的方法，特别是涉及一种(Y，Gd)₂O₃:Eu³⁺(YGO)纳米发光粉体的制备方法。

背景技术

Y₂O₃:Eu³⁺和Gd₂O₃:Eu³⁺是具有出色发光性能的光学材料，由于其优良的红色发光性能，被广泛用于显示显像的高科技领域。在Y₂O₃:Eu³⁺中加入Gd离子，经高温烧结后能成为(Y，Gd)₂O₃:Eu³⁺闪烁陶瓷，该闪烁体在医学CT及探测领域有广泛的应用前景。由于纳米材料所具有的独特性质，比如高活性、高比表面能等等，有研究表明，随着发光粉体颗粒尺寸的降低，其发光性能会有很大的增强。因此，(Y，Gd)₂O₃:Eu³⁺(YGO)纳米发光粉体的制备有其必要性。

要提高闪烁陶瓷烧结体的性能，采用优良的陶瓷粉体非常重要。烧结用陶瓷粉体颗粒需具备粒度均匀、球形等特点，超细粉体可以提高烧结活性，降低烧结温度。

目前，制备纳米粉体的方法有很多种，主要包括燃烧法、共沉淀法、溶胶-凝胶以及微乳液法等。燃烧法制备Y₂O₃复合纳米粉体存在晶粒尺寸分布不均匀的情况。共沉淀法，由于各种离子完全沉淀的条件不同，很难同时沉淀，就很容易造成激活剂掺杂不均匀。工业上一般采用固相法或热分解法制备氧化物陶瓷粉体，方法虽然简单易行，但对于多组分材料体系，容易造成组分分布不均匀，而且存在合成温度较高等问题。固相法和热分解法制备Y₂O₃:Eu³⁺粉体的温度一般需在1300℃以上。溶胶凝胶法可以使原料在分子水平混合并在较低的温度合成，所得粉体分散性良好、近似球形、尺寸在30-100nm范围内。溶胶凝胶法简单易行，成本低廉，在制备新型光学材料、功能复合材料等纳米材料的制备领域有广泛的应用前景。(Y，Gd)₂O₃:Eu³⁺粉体的制备文献报道燃烧法和沉淀法较多，溶胶凝胶法制备(Y，Gd)₂O₃:Eu³⁺粉体材料未见有关文献报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种溶胶凝胶法制备纳米(Y，Gd)₂O₃:Eu³⁺发光粉体的方法：采用柠檬酸为螯合剂，在加入少量乙二醇的情况下合成纳米(Y，Gd)₂O₃:Eu³⁺发光粉体。该方法工艺简单，可以在较低的温度下制备，所得(Y，Gd)₂O₃:Eu³⁺粉体粒径小，分布均匀，基本呈球状。同时得到不同Gd含量对粉体发光的影响，当配比为Y_0.2Gd_1.74Eu_0.06O₃时，粉体发光强度较强，改变Eu含量得到组成为Y_0.2Gd_1.65Eu_0.15O₃的粉体发光强度最高。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

溶胶凝胶制备纳米发光粉体，包括初始稀土溶液的配置、成胶、干燥以及干凝胶的煅烧过程：将稀土氧化物RE₂O₃(RE＝Y，Gd，Eu)在浓硝酸中溶解配成溶液，加入螯合剂柠檬酸，并加入乙二醇，在不断搅拌的情况下用浓氨水调节体系pH值，然后将上述初始溶液在水浴中加热，使之形成透明溶胶和凝胶，凝胶经过干燥得到干凝胶，干凝胶经研磨后煅烧2h得到纳米(Y，Gd)₂O₃:Eu³⁺粉体。

所述的溶胶凝胶制备纳米发光粉体，总的稀土离子和柠檬酸的摩尔比为1:3，柠檬酸和乙二醇的摩尔比为1:2。

所述的溶胶凝胶制备纳米发光粉体，稀土溶液的初始浓度范围在0.1mol/L到1.0mol/L范围之内。

所述的溶胶凝胶制备纳米发光粉体，初始溶液的PH值控制在1-6，水浴温度为70-90℃。

所述的溶胶凝胶制备纳米发光粉体，干燥温度控制在100-130℃。

所述的溶胶凝胶制备纳米发光粉体，前驱体煅烧的温度范围控制在500-1100℃之间。

所述的溶胶凝胶制备纳米发光粉体，(Y，Gd)₂O₃:Eu³⁺纳米粉体具体配比关系为：Y_1.94-xGd_xEu_0.06O₃，其中x值在0-1.94范围内变化。

所述的溶胶凝胶制备纳米发光粉体，(Y，Gd)₂O₃:Eu³⁺纳米粉体具体配比关系为：Y_0.2Gd_1.80-xEu_xO₃，其中x在0.01-0.30范围内变化。

本发明的优点与效果是：

1.本发明所采用的原料简单易得损失少，制备周期短，操作简便，在实际应用中有广阔的前景。

2.本发明通过控制原料的配比，调节初始溶液的浓度，调节pH值，以及在不同温度下煅烧来控制产品的晶型、形貌以及尺寸。前驱体在较低煅烧温度(900℃)下保温2h得到了尺寸在30-100nm左右的(Y，Gd)₂O₃:Eu纳米粉体，形貌基本为球形，分散性较好。

附图说明

图1为本发明样品的XRD衍射图谱；

图2为本发明中稀土初始浓度为0.15mol/L，经900℃煅烧2h后得到的粉体SEM图；

图3为本发明中不同Gd含量对粉体发光强度的影响；

图4为本发明中不同Eu含量时粉体的发光性能的比较。

具体实施方式

下面参照附图对本发明进行详细说明。

本发明中的材料选用：

原料氧化物(Y₂O₃，Gd₂O₃，Eu₂O₃)纯度均为99.99％，柠檬酸，乙二醇，氨水，硝酸等均为分析纯试剂，蒸馏水为二次水。以上试剂均没有经过纯化处理。

本发明制备过程：

首先，将稀土氧化物RE₂O₃(RE＝Y，Gd，Eu)按精确的化学配比在浓硝酸中溶解配成浓度为0.1-1.0mol/L的RE(NO₃)₃溶液。其次，按与总的稀土离子(Y³⁺，Gd³⁺，Eu³⁺)摩尔比3：1加入柠檬酸，并加入乙二醇，在不断搅拌的情况下用浓氨水调节体系pH值到一定值(pH＝1-6)。然后在70-90℃水浴中加热，形成透明溶胶和凝胶。凝胶经过100-130℃干燥得到干凝胶，干凝胶经研磨后于500-1100℃煅烧2h得到纳米(Y，Gd)₂O₃:Eu³⁺粉体。其反应机理：稀土离子(RE³⁺)在溶液中水解并与柠檬酸(CA)螯合得到RE-CA螯合物，螯合物在一定温度下反应聚合并不断聚集成大分子物质，形成高分子网络状结构。经低温干燥去除游离水分子得到蓬松的干凝胶，干凝胶经高温煅烧得到稀土氧化物粉体。

结合具体实例对本发明进一步说明

实施例1

按照制备过程，按Y_1.34Gd_0.6Eu_0.06O₃称取原料稀土氧化物共0.5g，加入10ml浓硝酸加热溶解，得到透明的稀土溶液。加入适量蒸馏水配成0.15mol/L的稀土溶液。向其中加入2.4g的柠檬酸，搅拌使其溶解，加入1.25ml的乙二醇，在不断搅拌的情况下用浓氨水调节体系pH值为1，在70℃水浴中加热蒸发24h使其成胶，最终获得透明的凝胶。将凝胶置于干燥箱中于120℃干燥12h，得到灰褐色蓬松多孔的干凝胶。干凝胶经碾磨过筛后再经900℃煅烧得到样品。采用日本理学(Rigaku)D/MAX-RB型X射线衍射仪及HITACHI S-3400N型扫描电镜对样品进行分析，结果表明，粉体结构为典型的立方相的稀土倍半氧化物结构如图1，形貌基本为球形，尺寸在30-100nm左右，如图2所示。

实施例2

其他条件如实施例1，改变化学式Y_1.94-xGd_xEu_0.06O₃中x的值来改变配比。x值在0-1.94范围内变化，得到的样品通过Perkin Elmer LS-55型荧光光谱仪分析其发光性能，图3所示为对应于Eu³⁺位于612nm处的⁵D₀-⁷F₂特征跃迁峰强度的变化，得到当x＝1.74，也即组成为Y_0.2Gd_1.74Eu_0.06O₃时，所得粉体发光强度最强。

实施例3

其他条件如实施例1，改变化学式Y_0.2Gd_1.80--xEu_xO₃中的x来改变原料中Eu的含量，取x在0.01-0.30范围内，所得粉体的发光性能如图4所示。当x值为0.15时，粉体发光性能最佳，超过该值后发生浓度猝灭现象，导致发光强度降低。

Claims (1)

1.溶胶凝胶制备纳米发光粉体，包括初始稀土溶液的配置、成胶、干燥以及干凝胶的煅烧过程，其特征在于，按Y_0.2Gd_1.65Eu_0.15O₃称取原料稀土氧化物共0.5g，加入10ml浓硝酸加热溶解，得到透明的稀土溶液；加入蒸馏水配成0.15mol/L的稀土溶液；向其中加入2.4g的柠檬酸，搅拌使其溶解，加入1.25ml的乙二醇，在不断搅拌的情况下用浓氨水调节体系pH值为1，在70℃水浴中加热蒸发24h使其成胶，获得透明的凝胶；将凝胶置于干燥箱中于120℃干燥12h，得到灰褐色蓬松多孔的干凝胶；干凝胶经碾磨过筛后再经900℃煅烧得到纳米(Y，Gd)₂O₃:Eu³⁺粉体。

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