CN102226084A

CN102226084A - 一种花状Y2O3:Eu3+微球的合成方法

Info

Publication number: CN102226084A
Application number: CN201110108272XA
Authority: CN
Inventors: 于然波; 严学成; 邓金侠; 陈骏; 邢献然
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2011-04-28
Filing date: 2011-04-28
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2031-04-28
Also published as: CN102226084B

Abstract

本发明属于稀土氧化物纳米材料领域，涉及一种花状Y₂O₃:Eu³⁺微球的合成方法，其合成方法为：将一定量的Y(NO₃)₃·6H₂O和一定浓度的Eu(NO₃)₃溶液加入到一定体积蒸馏水中，搅拌一定时间后再加入一定体积的乙二醇，搅拌使其混合均匀，再向溶液中加入一定量的冰醋酸和PVP，充分搅拌后，最后再加入一定量的沉淀剂尿素。此溶液在溶剂热条件下反应后即可得到花状前躯体，前躯体经煅烧处理便可得到最终产物——花状微球结构的Y₂O₃:Eu³⁺，该微球由厚度约为50nm的纳米片组成。研究表明这种花状微球结构的荧光粉在⁵D₀→⁷F₂（609nm处）跃迁过程中表现出很强的发红光特性，说明它在光电仪器应用方面具有潜在的应用价值。

Description

一种花状Y2O3:Eu3+微球的合成方法

技术领域

本发明属于稀土氧化物纳米材料领域，涉及一种花状微球结构的铕掺杂氧化钇（Y₂O₃:Eu³⁺）荧光粉的合成方法，其特点是采用了一种简易、无模板的溶剂热方法合成了形貌规整、分散性好的Y₂O₃:Eu³⁺花状微球，该微球由厚度约为50 nm的纳米片组成，研究表明此荧光粉在⁵D₀→⁷F₂（609 nm处）跃迁过程中表现出很强的发红光特性，说明它在光电仪器应用方面具有潜在的应用价值。

背景技术

随着高清晰投影电视、计算机显示终端及彩色等离子显示平板的研制成功，人们对荧光粉的发光性能和稳定性方面提出了更高的要求，尤其是荧光粉物性的控制对荧光粉的发光性能、稳定性和荧光粉物性的控制方面提出了更高的要求，特别是掺杂纳米材料发光特性的研究引起了人们广泛的关注和极大的兴趣。其中，Y₂O₃:Eu³⁺是一种性能优良并且广泛应用的红色荧光粉材料，尤其受到人们的重视，从应用背景考虑，Y₂O₃:Eu³⁺纳米材料取代本体材料，可以大大提高图像显示的清晰度与分辨率，量子发光效率也有提高的可能性，从而可以极大地拓宽其应用领域。从基础研究考虑，Eu³⁺离子的能级结构相对简单，具有超灵敏跃迁，量子效率较高，局域环境的敏感性强，是研究物质微结构的理想探针，Eu³⁺离子掺杂的纳米材料为研究表面物理问题提供了理想的载体。目前，Y₂O₃:Eu³⁺纳米材料的合成方法主要有高温固相法、喷雾热分解法、溶胶-凝胶法等。这些方法的主要不足之处在于合成过程中不能精确控制产物的形貌，因而不利于通过形貌的控制来实现其发光性能的提升与增强。因此采用一种可以精确控制产物形貌的简易方法对制备特殊形貌的材料来说具有很重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种简易、低成本的化学方法来获得外观形貌均一、可操控性强的花状微球Y₂O₃:Eu³⁺荧光粉。

一种花状微球Y₂O₃:Eu³⁺荧光粉的制备方法，其特点是通过调节反应体系中两种溶剂蒸馏水和乙二醇的体积之比，在溶剂热条件下合成形貌规整、分散性好的花状Y₂O₃:Eu³⁺微球。合成步骤为：将Y(NO₃)₃·6H₂O作为钇源溶于水中搅拌5 min使其充分溶解，再将配制好的0.1 mol/L的Eu(NO₃)₃溶液滴加到上述溶液中，搅拌10 min使Y³⁺和Eu³⁺混合均匀（Y³⁺和Eu³⁺的摩尔比为19/1），之后再按比例向此混合溶液中加入一定体积的有机溶剂乙二醇（EG），搅拌15 min后再向溶液中加入一定量的冰醋酸和聚乙烯吡咯烷酮（PVP），继续搅拌30 min，最后再加入一定量的沉淀剂尿素。把上述溶液在室温下搅拌120 min后转移至水热反应釜中，在120～180 °C条件下反应4～24 h，等反应结束并且反应釜冷却至室温后，将所得到的沉淀转移至离心管中，用蒸馏水和无水乙醇交替离心共洗涤六次，再把所得产物在60～80 °C温度范围的烘箱内干燥12～16 h后，即得到花状Y₂O₃:Eu³⁺荧光粉的前躯体，把得到的前躯体在900 °C条件下煅烧5 h即可得到最终产物——花状微球结构的Y₂O₃:Eu³⁺荧光粉。前躯体经煅烧处理后，通过扫描电镜观察可发现其形貌基本保持不变，即花状产物总体呈球形，直径在3～5 μm之间，并且其分散性很好，而组成花状产物的花瓣厚度大约为50 nm。把制备的荧光粉进行发光测试可以发现它在⁵D₀→⁷F₂（609 nm处）跃迁过程中表现出很强的发红光特性，表明这种荧光粉在光电仪器应用方面具有潜在的应用价值。

各种反应物的浓度范围以及相关的实验条件为：Y(NO₃)₃在反应体系中的浓度为0.038 mol/L，Eu(NO₃)₃在反应体系中的浓度为0.002 mol/L，反应体系中蒸馏水和乙二醇的体积比为0.3～0.4，冰醋酸的加入量为0.004～0.012 mL/mL，PVP的加入量为0.008～0.048 g/mL，尿素的加入量为0.008～0.016 g/mL，溶剂热反应温度为120～180 °C，溶剂热反应时间为4～24 h，前躯体热处理温度应不低于850 °C才能使其分解完全，热处理时间为2～6 h。

本发明材料制备方法简易，设备简单，合成温度较低；原料价格低廉，无需昂贵的表面活性剂作为模板；所使用的溶剂以及其他反应物具有不污染环境、节省能源、转化率高、易于工业化生产等特点。此外，这种合成方法可以有效地控制产物的形貌，并且其重复性很好，是一种理想的绿色工艺。研究表明此荧光粉在⁵D₀→⁷F₂（609 nm处）跃迁过程中表现出很强的发红光特性，说明它在光电仪器应用方面具有潜在的应用价值。

附图说明

图1 反应温度为150 °C、反应时间为12 h，反应体系中蒸馏水和乙二醇的体积之比为1/3条件下合成的前躯体在900 °C条件下热处理5 h所得最终产物的XRD图谱以及Y₂O₃的标准图谱。

图2 反应温度为150 °C、反应时间为12 h，反应体系中蒸馏水和乙二醇的体积之比为1/3条件下合成的前躯体在900 °C条件下热处理5 h所得最终产物的扫描电镜照片。

图3 反应温度为150 °C、反应时间为12 h，不同蒸馏水和乙二醇的体积之比条件下合成的前躯体在900 °C条件下热处理5 h所得最终产物的发射光谱（监测波长为258 nm）：（A）6/18，（B）9/15，（C）12/12。

具体实施方式

实施例一

称取0.364 g Y(NO₃)₃·6H₂O溶于6 mL蒸馏水中，搅拌5 min，然后滴加0.50 mL的0.1 mol/L的Eu(NO₃)₃溶液，搅拌10 min，向此混合溶液中加入18 mL的乙二醇（EG），搅拌15 min，再向溶液中加入0.20 mL的冰醋酸，搅拌5 min，接着加入0.80 g的PVP，搅拌30 min，最后加入0.30 g的尿素，把得到的溶液搅拌120 min后转移至水热反应釜中，在120 °C条件下反应12 h。把得到的沉淀用蒸馏水和无水乙醇各洗涤三次，并在70 °C的烘箱内干燥12 h，即得到前躯体，把得到的前躯体在900 °C条件下煅烧5 h便可得到最终产物，所得到的产物为白色粉末。

实施例二

称取0.364 g Y(NO₃)₃·6H₂O溶于6 mL蒸馏水中，搅拌5 min，然后滴加0.50 mL的0.1 mol/L的Eu(NO₃)₃溶液，搅拌10 min，向此混合溶液中加入18 mL的乙二醇（EG），搅拌15 min，再向溶液中加入0.20 mL的冰醋酸，搅拌5 min，接着加入0.80 g的PVP，搅拌30 min，最后加入0.30 g的尿素，把得到的溶液搅拌120 min后转移至水热反应釜中，在180 °C条件下反应12 h。把得到的沉淀用蒸馏水和无水乙醇各洗涤三次，并在70 °C的烘箱内干燥12 h，即得到前躯体，把得到的前躯体在900 °C条件下煅烧5 h便可得到最终产物，所得到的产物为白色粉末。

实施例三

称取三份0.364 g Y(NO₃)₃·6H₂O分别溶于6、9、12 mL（编号为A、B、C）蒸馏水中，搅拌5 min，然后分别向三份溶液中各滴加0.50 mL的0.1 mol/L的Eu(NO₃)₃溶液，搅拌10 min，向各混合溶液中分别加入18、15、12 mL的乙二醇（EG），搅拌15 min，再向各份溶液中分别加入0.20 mL的冰醋酸，搅拌5 min，接着分别加入0.80 g的PVP，搅拌30 min，最后再向各混合溶液中分别加入0.30 g的尿素，把得到的三份溶液搅拌120 min后转移至编号为A、B、C的三个水热反应釜中，让它们同时在150 °C条件下反应12 h。把得到的三份沉淀用蒸馏水和无水乙醇各洗涤三次，并在70 °C的烘箱内干燥12 h，即得到三份前躯体，把得到的三份前躯体在900 °C条件下同时煅烧5 h便可得到编号为A、B、C的三份最终产物。经发光测试发现，在编号为A、B、C的三份产物中，编号为A的产物发光强度比B和C都强，即当反应体系中蒸馏水和乙二醇的体积之比为6/18时，所得到产物的发光性能最好（见图3）。

Claims

1.一种花状Y2O3:Eu3+微球的合成方法，合成步骤为：将Y(NO3)3·6H2O作为钇源溶于水中搅拌5 min使其充分溶解，再将配制好的0.1 mol/L的Eu(NO3)3溶液滴加到上述溶液中，搅拌10 min使Y3+和Eu3+混合均匀（Y3+和Eu3+的摩尔比为19/1），之后再按比例向此混合溶液中加入一定体积的有机溶剂乙二醇（EG），搅拌15 min后再向溶液中加入一定量的冰醋酸和聚乙烯吡咯烷酮（PVP），继续搅拌30 min，最后再加入一定量的沉淀剂尿素；把上述溶液在室温下搅拌120 min后转移至水热反应釜中，在120～180 °C条件下反应4～24 h，等反应结束并且反应釜冷却至室温后，将所得到的沉淀转移至离心管中，用蒸馏水和无水乙醇交替离心共洗涤六次，再把所得产物在60～80 °C温度范围的烘箱内干燥12～16 h后，即得到花状Y₂O₃:Eu³⁺荧光粉的前躯体，把得到的前躯体不低于850 °C才能使其分解完全，热处理时间为2～6 h，即可得到最终产物——花状微球结构的Y₂O₃:Eu³⁺荧光粉；

具体工艺条件为：Y(NO₃)₃在反应体系中的浓度为0.038 mol/L，Eu(NO₃)₃在反应体系中的浓度为0.002 mol/L，反应体系中蒸馏水和乙二醇的体积比为0.3～0.4，冰醋酸的加入量为0.004～0.012 mL/mL，PVP的加入量为0.008～0.048 g/mL，尿素的加入量为0.008～0.016 g/mL。