CN101691488A

CN101691488A - 一种Eu掺杂的铝镁酸钪粉体及其制备方法

Info

Publication number: CN101691488A
Application number: CN200910206228A
Authority: CN
Inventors: 袁桃生; 邹宇琦; 徐军; 周海涛
Original assignee: Shanghai Institute of Ceramics of CAS
Current assignee: Shanghai Institute of Ceramics of CAS
Priority date: 2009-10-18
Filing date: 2009-10-18
Publication date: 2010-04-07

Abstract

本发明涉及一种Eu掺杂的铝镁酸钪粉体及其制备方法。本发明采用柠檬酸络合法成功制备的纳米荧光粉体具有较好的颗粒形貌，通过紫外光激发产生很强的红光发射，发射主峰位于629nm，色纯度非常好，并且通过一阶指数衰减方程拟合实验数据获得荧光寿命数值为2.0ms，可成为PDP、FED、白光LED等运用中的一种纳米红粉。本发明的制备方法简单，设备要求不高，成本低廉，产物纯度高，制备的粉体颗粒小且具有纳米晶形貌。

Description

一种Eu掺杂的铝镁酸钪粉体及其制备方法

技术领域

本发明是通过柠檬酸络合法合成稀土金属离子Eu³⁺掺杂的铝镁酸钪纳米荧光粉体，该粉体具有很强的红光荧光发光特性，可成为彩色等离子平板显示(PDP)、场致发射显示(FED)、白光发光二极管(LED)等运用中的一种纳米红粉。

背景技术

短短几年，PDP、FED和LED等平板显示发光材料取得瞩目成果，它们被认为是21世纪平板显示最有竞争力的高新技术产业之一，但依然存在一些急需解决的问题。比如：1、目前彩色PDP的亮度和光效较低，还达不到HDTV的要求。不断提高PDP显示器件的性能是广大商家和研究部门所关心的热点课题，PDP显示器的画面质量在很大程度上依赖于荧光粉的性能，PDP荧光粉由传统灯用荧光粉发展而来，与CRT相比，性能存在不足之处。目前红粉主要为(Y，Gd)BO₃:Eu³⁺和Y₂O₃:Eu³⁺两种，其中(Y，Gd)BO₃:Eu³⁺相对发光效率高，但发射主峰在593nm处(相对于Eu³⁺的⁵D0-⁷F₁的跃迁)，色纯度不高；而Y₂O₃:Eu³⁺发射主峰在611nm处，色纯度较好，但其发光效率远低于(Y，Gd)BO₃:Eu³⁺，从而使PDP的亮度受到影响。2、FED最主要的问题是在低电压、大电流密度电子束轰击下，荧光体的发光效率低，易出现亮度-电流饱和及烧伤问题。由于FED集成化、体积小、分辨率高，对荧光体希望是球形、小颗粒，加之纳米荧光体渐露的特性，人们正加强亚微米和纳米荧光体的研究。3、对于LED用荧光粉，目前能够匹配蓝光、近紫外光或其它芯片的荧光粉还不多，需要开发发光效率高、使用寿命长、显色指数高、物理性能和化学性能更加稳定、制备工艺更为简单的荧光粉。

为了提高PDP、FED、白光LED等荧光粉的亮度，需满足荧光粉颗粒小、粒度均匀、球形、无结块。PDP、FED、白光LED等荧光粉工业生产采用传统的高温固相合成法，该法制备的荧光粉颗粒尺寸大、粒度分布及表面形貌不能很好地控制，难以获得球形颗粒，易形成杂相。由于球形小颗粒荧光粉不仅能增加亮度，而且可改善分辨率，减少荧光粉的用量，使荧光粉涂层密实及一致性好。因此，有望获得球形颗粒的化学方法成为荧光粉合成的热点。

本发明就是采用化学方法即柠檬酸络合法合成Sc_1-xAlMgO₄:xEu³⁺荧光粉，该方法合成出的荧光粉具有纳米量级(100～500nm)、颗粒度可控制、粒度均匀、基本接近球形。该掺Eu³⁺铝镁酸钪纳米荧光粉体具有很强的红光荧光发光特性，可成为PDP、FED、白光LED等运用中的一种纳米红粉。

发明内容

为了解决采用传统的高温固相反应法合成出来的PDP、FED、白光LED等荧光粉颗粒尺寸大、粒度分布及表面形貌不能很好地控制、难以获得球形颗粒、易形成杂相等问题，本发明的目的是提供一种新颖的纳米红粉及其制备方法。本发明是选用ScAlMgO₄作为Eu³⁺离子的掺杂基质。

本发明具体的实施方案和技术解决方案如下：

<1>、荧光粉体制备

采用柠檬酸络合法成功地合成出新颖纳米尺寸Sc_1-xAlMgO₄:xEu³⁺荧光粉，0.1at％＜x＜25.0at％，其中最优掺杂浓度为9.0at％＜x＜12.0at％，产物的XRD各衍射峰与标准卡片一一对应(如图1所示)。该方法合成出的荧光粉具有纳米量级(100～500nm)、颗粒度可控制、粒度均匀、基本接近球形(如图2所示)。首先通过液相合成含铝、镁、钪、铕四种元素的柠檬酸盐前驱体，然后通过煅烧前驱体直接获得掺铕铝镁酸钪粉体。

在本发明中，由于在前驱体的制备过程中，铝离子、镁离子、钪离子和铕离子可以在溶液中达到原子级的均匀混合，因此能够保证微环境中上述四种元素能够符合比例，从而使前驱体中元素比例与目标化合物的元素比例相同。

本发明的Sc_1-xAlMgO₄:xEu³⁺纳米粉体的制备包括以下步骤：

(1)形成可溶性钪盐的溶液，所述溶液浓度在0.1～2mol/L。所述可溶性钪盐可采用硝酸钪、硫酸钪、氯化钪、氟化钪等，也可采用将Sc₂O₃在加热搅拌下溶解于酸中所得。

(2)形成可溶性铕盐的溶液，所述溶液浓度在0.1～2mol/L。所述可溶性铕盐可采用硝酸铕、硫酸铕、氯化铕、氟化铕等，也可采用将Eu₂O₃在加热搅拌下溶解于酸中所得。

(3)形成可溶性铝盐的溶液，所述溶液浓度在0.1～2mol/L。所述可溶性铝盐可采用硝酸铝、硫酸铝、氯化铝、氟化铝等，也可采用将Al₂O₃在加热搅拌下溶解于酸中所得。

(4)形成可溶性镁盐的溶液，所述溶液浓度在0.1～2mol/L。所述可溶性镁盐可采用硝酸镁、硫酸镁、氯化镁、氟化镁等，也可采用将MgO在加热搅拌下溶解于酸中所得。

(5)形成可溶性的柠檬酸溶液，柠檬酸的浓度为1～1.5摩尔/升；

(6)按化学式Sc_1-xAlMgO₄:xEu³⁺配比上述钪盐、铕盐、铝盐、镁盐溶液，其中0.1at％＜x＜25.0at％，然后加入步骤(5)溶液或者直接加入固体，搅拌均匀，加热蒸干得到淡黄色前驱体；

(7)将步骤(6)得到的前驱体在900～1100℃温度下煅烧1～3小时，即得到所需的纳米粉体。

<2>、荧光粉体表征

将上述<1>制备的纳米粉体测试荧光光谱，激发光源波长范围250～500nm。根据本发明的技术方案制备的Sc_1-xAlMgO₄:xEu³⁺荧光粉，在激发波长为250～500nm范围的光激发下产生很强的红光发射(如图3所示)，发射主峰位于629nm(相对于Eu³⁺的⁵D₀-⁷F₂的跃迁)，色纯度非常好，并且通过一阶指数衰减方程拟合实验数据获得荧光寿命数值为2.0ms，该粉体可成为PDP、FED、白光LED等运用中的一种纳米红粉。

附图说明

图1为通过本发明制备的Sc_1-xAlMgO₄:xEu³⁺荧光粉的XRD图谱，表明通过柠檬酸络合法能够得到完全不含杂相的Sc_1-xAlMgO₄:xEu³⁺纳米荧光粉。

图2为通过本发明制备的Sc_1-xAlMgO₄:xEu³⁺荧光粉的SEM图，表明该纳米荧光粉体具有较好的颗粒形貌。

图3是通过本发明制备的Sc_1-xAlMgO₄:xEu³⁺荧光粉在394nm紫外光激发下的荧光光谱图，图中显示很强的红光发射，发射主峰位于629nm，色纯度非常好。

图4是629nm荧光强度随时间的衰减曲线，通过一阶指数衰减方程拟合实验数据获得荧光寿命数值为2.0ms，拟合数据如附图中的小图所示。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

实施例1：

<1>取浓度为1.0mol/L的硝酸铝、硝酸镁溶液各2ml，按化学式Sc_1-xAlMgO₄:xEu³⁺配比分别量取相对应体积的1.0mol/L的硝酸钪、硝酸铕溶液，搅拌混合，然后加入浓度为1.0mol/L的柠檬酸溶液12ml，搅拌均匀，加热蒸干得到淡黄色前驱体，将上述前驱体在900℃温度下煅烧1-3小时后得到产物为Sc_1-xAlMgO₄:xEu³⁺纳米粉体，其中Eu³⁺掺杂量为1.0at％。如附图1所示，产物的XRD各衍射峰与标准卡片一一对应，如附图2所示，SEM表明该纳米荧光粉体具有较好的颗粒形貌。

<2>采用394nm的紫外光激发该纳米粉体，测试结果如附图3所示，发射光谱的峰值波长位于629nm，色纯度非常好。

实施例2：

<1>如实施例1所述，所不同的是其中Eu³⁺掺杂量为7.0at％，如附图1所示，产物的XRD各衍射峰与标准卡片一一对应。

<2>采用394nm的紫外光激发该纳米粉体，如附图3所示，发射峰位没有移动，但荧光强度随着Eu³⁺浓度的增大而增强。

实施例3：

<1>如实施例1所述，所不同的是其中Eu³⁺掺杂量为10.0at％，如附图1所示，产物的XRD各衍射峰与标准卡片一一对应。

<2>采用394nm的紫外光激发该纳米粉体，如附图3所示，发射峰位没有移动，荧光强度显著增强并达到最大值。629nm荧光强度随时间的衰减曲线如图4所示，通过一阶指数衰减方程拟合实验数据获得荧光寿命数值为2.0ms.

实施例4：

<1>如实施例1所述，所不同的是其中Eu³⁺掺杂量为15.0at％，如附图1所示，产物的XRD各衍射峰与标准卡片一一对应。

<2>采用394nm的紫外光激发该纳米粉体，如附图3所示，发射峰位没有移动，荧光强度随着Eu³⁺的增大开始逐渐减弱。

实施例5：

<1>如实施例1所述，所不同的是其中Eu³⁺掺杂量为20.0at％，如附图1所示，产物的XRD各衍射峰与标准卡片一一对应。

<2>采用394nm的紫外光激发该纳米粉体，如附图3所示，发射峰位没有移动，荧光强度随着Eu³⁺的增大继续减弱。

实施例6：

<1>如实施例1所述，所不同的是其中Eu³⁺掺杂量为25.0at％，如附图1所示，产物的XRD各衍射峰与标准卡片一一对应。

<2>采用468nm的紫外光激发该纳米粉体，荧光强度随着Eu³⁺的增大越来越弱。

Claims

1.一种Eu掺杂的铝镁酸钪粉体，其特征在于其化学式为Sc_1-xAlMgO₄:xEu³⁺，0.1at％＜x＜25.0at％。

2.按权利要求1所述的一种Eu掺杂的铝镁酸钪粉体，其特征在于9.0at％＜x＜12.0at％。

3.一种Eu掺杂的铝镁酸钪粉体的制备方法，其特征在于采用柠檬酸络合法制备。

4.按权利要求3所述的一种Eu掺杂的铝镁酸钪粉体的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)形成可溶性钪盐的溶液，所述溶液浓度在0.1～2mol/L；

(2)形成可溶性铕盐的溶液，所述溶液浓度在0.1～2mol/L；

(3)形成可溶性铝盐的溶液，所述溶液浓度在0.1～2mol/L；

(4)形成可溶性镁盐的溶液，所述溶液浓度在0.1～2mol/L；

(6)按化学式Sc_1-xAlMgO₄:xEu³⁺配比上述钪盐、铕盐、铝盐、镁盐溶液，其中0.1at％＜x＜25.0at％，然后加入步骤(5)溶液或者直接加入固体，搅拌均匀，加热蒸干；

(7)将步骤(6)得到的前驱体在900～1100℃温度下煅烧1～3小时。

5.按权利要求3所述的一种Eu掺杂的铝镁酸钪粉体的制备方法，其特征在于，所述可溶性钪盐采用硝酸钪、硫酸钪、氯化钪、氟化钪等，或采用将Sc₂O₃在加热搅拌下溶解于酸中所得。

6.按权利要求3所述的一种Eu掺杂的铝镁酸钪粉体的制备方法，其特征在于，所述可溶性铕盐采用硝酸铕、硫酸铕、氯化铕、氟化铕等，或采用将Eu₂O₃在加热搅拌下溶解于酸中所得。

7.按权利要求3所述的一种Eu掺杂的铝镁酸钪粉体的制备方法，其特征在于，所述可溶性铝盐采用硝酸铝、硫酸铝、氯化铝、氟化铝等，或采用将Al₂O₃在加热搅拌下溶解于酸中所得。

8.按权利要求3所述的一种Eu掺杂的铝镁酸钪粉体的制备方法，其特征在于，所述可溶性镁盐采用硝酸镁、硫酸镁、氯化镁、氟化镁等，或采用将MgO在加热搅拌下溶解于酸中所得。

9.按权利要求3所述的一种Eu掺杂的铝镁酸钪粉体的制备方法，其特征在于，Eu³⁺离子掺杂浓度为9.0at％＜x＜12.0at％。

10.按权利要求1或2所述的一种Eu掺杂的铝镁酸钪粉体用于等离子平板显示(PDP)或场致发射显示(FED)或白光发光二极管(LED)领域。