CN102241983B - 用葡萄糖改性制备钒硼酸钆铥蓝色发光材料的方法 - Google Patents

用葡萄糖改性制备钒硼酸钆铥蓝色发光材料的方法 Download PDF

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用葡萄糖改性制备钒硼酸钆铥蓝色发光材料的方法，工艺步骤：(1)以偏钒酸氨、硝酸钆、硝酸铥、硼酸、柠檬酸为基本原料，以葡萄糖为改性剂，将偏钒酸氨和硼酸放入容器并加入去离子水，所形成的溶液定义为A溶液，将硝酸钆、硝酸铥、柠檬酸放入容器并加入去离子水，所形成的溶液定义为B溶液，将A溶液加入到B溶液中，然后在搅拌下加入葡萄糖并混合均匀即形成溶胶，用稀硝酸调节溶胶的pH值至4≤pH≤10，在60～80℃下继续搅拌直至形成凝胶，将凝胶干燥，即得到前驱体；(2)将前驱体研磨分散后在700～900℃焙烧1～4小时，然后取出空冷；(3)将焙烧产物研磨分散后清洗，将清洗后的粉体干燥。

Description

用葡萄糖改性制备钒硼酸钆铥蓝色发光材料的方法
技术领域
本发明属于发光材料领域，特别涉及一种稀土蓝色发光材料的制备方法。
背景技术
稀土钒酸盐发光材料具有高的热稳定性和化学稳定性，尤其在真空紫外照射下具有稳定的发光效率，吸收波段和能量传递效率高等优点，主要用于PDP、FED领域的荧光材料以及高压汞灯用粉体材料。目前研究最多，也是常用的稀土钒酸盐发光材料为YVO4:Eu红色发光材料，而后在其基础上采用添加P、Gd等元素改性的红色发光材料，如中国专利(申请号200310115899.3)公开了采用固相煅烧法获得一种稀土钒磷酸钇钆红色发光材料的和制备方法。中国专利(申请号200810045144.3)公开了一种钒酸镁红色发光材料的制备方法。蓝色发光材料较少，市场上的蓝色发光粉主要是Eu2+激活的铝酸盐发光粉，如BaMgAl10O17:Eu2 +(BAM)，这是目前在紧凑型荧光灯中使用较多的蓝粉，该粉体的加热工艺时间长，紫外线照射及离子轰击都易引起老化，致使发光性能降低。此外，这种成品蓝粉需要在还原气氛中生产，有时候会因还原不充分，导致发光强度降低。另外，激活剂Eu的原料采用高纯Eu2O3，产品成本高。胡斌等公开了一种采用溶胶凝胶法制备GdVO4:Tm的蓝色发光材料的方法和发光性能(见稀有金属材料与工程，37(1)，176-179)，但该方法制备的发光粉体颗粒的尺寸均匀性较差，形貌不规则，这将影响发光强度。
发明内容
本发明的目的是提供一种用葡萄糖改性制备钒硼酸钆铥蓝色发光材料的方法，以进一步改善发光粉体颗粒尺寸的均匀性，提高发光强度。
本发明所述用葡萄糖改性制备钒硼酸钆铥蓝色发光材料的方法，硼酸钆铥蓝色发光材料的组成为：Gd1-y(VO4)x(BO3)1-x:Tmy，式中，0.1≤x≤0.9，0.01≤y≤0.05，工艺步骤如下：
(1)前躯体的制备
以偏钒酸氨、硝酸钆、硝酸铥、硼酸、柠檬酸为基本原料，以葡萄糖为改性剂，根据所述钒硼酸钆铥蓝色发光材料的化学组成计量偏钒酸氨、硝酸钆、硝酸铥和硼酸，按钆+铥与柠檬酸的摩尔比为1∶3～7计量柠檬酸(所述“钆+铥与柠檬酸的摩尔比”是指钆和铥的总摩尔数与柠檬酸的摩尔数之比)，操作步骤为：
①将按上述配比计量的偏钒酸氨和硼酸放入容器并加入去离子水，去离子水的加入量以能溶解偏钒酸氨和硼酸为限，在常压、室温～60℃下进行搅拌，直至偏钒酸氨和硼酸完全溶解为止，所形成的溶液定义为A溶液；
②将按上述配比计量的硝酸钆、硝酸铥、柠檬酸放入容器并加入去离子水，去离子水的加入量以能溶解硝酸钆、硝酸铥和柠檬酸为限，在常压、室温～60℃下进行搅拌，直至硝酸钆、硝酸铥和柠檬酸完全溶解为止，所形成的溶液定义为B溶液；
⑧在搅拌下于常压、室温～60℃将所述A溶液加入到所述B溶液中，然后在搅拌下加入葡萄糖并混合均匀即形成溶胶，用稀硝酸调节所述溶胶的pH值至4≤pH≤10，并在60℃～80℃下继续搅拌直至形成凝胶，继后将凝胶在常压、100℃～120℃下干燥至少24小时，即得到前驱体，葡萄糖的加入量以A溶液和B溶液的总量为基准，每毫升加入葡萄糖0.01g～0.04g；
(2)前躯体的焙烧
将步骤(1)制备的前驱体研磨分散后放入加热炉内，在常压、700℃～900℃下焙烧1小时～4小时，焙烧时间届满后取出在空气中冷却至室温；
(3)焙烧产物的处理
将步骤(2)获得的焙烧产物进行研磨分散，并依次用稀硝酸、去离子水清洗，然后将清洗后的粉体进行干燥即获得经过葡萄糖改性的钒硼酸钆铥蓝色发光材料。
上述方法中，调节所述溶胶的pH值及清洗焙烧产物所用稀硝酸的质量浓度为5％～10％。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明所述方法制备的葡萄糖改性的钒硼酸钆铥蓝色发光材料与采用现有技术制备的钒酸钆銩蓝色发光材料相比，粉体颗粒的尺寸更小更均匀，形态更规则(见图1、图2)。
(2)本发明所述方法制备的葡萄糖改性的钒硼酸钆铥蓝色发光材料，最强发射光波长在476nm，显示纯正蓝色，与采用现有技术制备的钒酸钆銩蓝色发光材料相比，发光强度大幅度提高(见图3)。
(3)制备方法较简单，合成温度低，焙烧无需还原气氛。
(4)激活剂Tm的原料为硝酸铥，相对于激活剂Eu的原料高纯Eu2O3，有利于降低成本。
附图说明
图1是本发明所述方法制备的葡萄糖改性的钒硼酸钆铥蓝色发光材料(实施例1)的形貌图；
图2是采用现有技术制备的钒酸钆铥蓝色发光材料(对比例)的形貌图；
图3是实施例1与对比例所制备的蓝色发光材料的发光光谱对比图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明所述葡萄糖改性制备钒硼酸钆铥蓝色发光材料的方法作进一步说明。
实施例1
本实施例制备化学组成为Gd0.98(VO4)0.6(BO3)0.4:Tm0.02的葡萄糖改性钒硼酸钆铥蓝色发光材料，工艺步骤如下：
(1)前躯体的制备
以NH4VO3(偏钒酸氨)、Gd(NO3)3.6H2O(硝酸钆)、Tm(NO3)3.5H2O(硝酸铥)、H3BO3(硼酸)、柠檬酸为基本原料，以葡萄糖为改性剂，根据所制备的钒硼酸钆铥蓝色发光材料的化学组成计量NH4VO3、Gd(NO3)3.6H2O、Tm(NO3)3.5H2O和H3BO3，按钆+铥与柠檬酸的摩尔比为1∶6计量柠檬酸，操作步骤为：
①将按上述配比计量的NH4VO3和H3BO3放入容器并加入去离子水，去离子水的加入量以能溶解NH4VO3和H3BO3为限，在常压、50℃下进行搅拌，直至NH4VO3和H3BO3完全溶解为止，所形成的溶液定义为A溶液；
②将按上述配比计量的Gd(NO3)3.6H2O、Tm(NO3)3.5H2O、柠檬酸放入容器并加入去离子水，去离子水的加入量以能溶解Gd(NO3)3.6H2O、Tm(NO3)3.5H2O和柠檬酸为限，在常压、50℃下进行搅拌，直至Gd(NO3)3.6H2O、Tm(NO3)3.5H2O和柠檬酸完全溶解为止，所形成的溶液定义为B溶液；
⑧在搅拌下于常压、50℃将所述A溶液加入到所述B溶液中，然后在搅拌下加入葡萄糖并混合均匀即形成溶胶，用质量浓度5％的稀硝酸调节所述溶胶的pH值至6，并在70℃下继续搅拌直至形成凝胶，继后将凝胶在常压、120℃下干燥24小时，即得到前驱体，葡萄糖的加入量以A溶液和B溶液的总量为基准，每毫升加入葡萄糖0.02g；
(2)前躯体的焙烧
将步骤(1)制备的前驱体研磨分散后放入加热炉内，在常压、900℃下焙烧3小时，焙烧时间届满后取出在空气中冷却至室温；
(3)焙烧产物的处理
将步骤(2)获得的焙烧产物进行研磨分散，并依次用质量浓度5％的稀硝酸、去离子水各清洗三次，然后将清洗后的粉体用烘箱在100℃烘干，即获得化学组成为Gd0.98(VO4)0.6(BO3)0.4:Tm0.02的葡萄糖改性钒硼酸钆铥蓝色发光材料。
将获得的葡萄糖改性钒硼酸钆铥蓝色发光材料用扫描电镜扫描，分析结果见图1，将获得的葡萄糖改性钒硼酸钆铥蓝色发光材料用荧光光谱仪进行发射光谱测试，测试结果见图3。
对比例
本对比例制备化学组成为Gd0.98(VO4):Tm0.02的钒酸钆銩蓝色发光材料，工艺步骤如下：
(1)前躯体的制备
以NH4VO3(偏钒酸氨)、Gd(NO3)3.6H2O(硝酸钆)、Tm(NO3)3.5H2O(硝酸铥)、柠檬酸为原料，根据所制备的钒酸钆铥蓝色发光材料的化学组成计量NH4VO3、Gd(NO3)3.6H2O和Tm(NO3)3.5H2O，按Gd+Tm与柠檬酸的摩尔比为1∶6计量柠檬酸，操作步骤为：
①将按上述配比计量的NH4VO3放入容器并加入去离子水，去离子水的加入量以能溶解NH4VO3为限，在常压、50℃下进行搅拌，直至NH4VO3完全溶解为止，所形成的溶液定义为A溶液；
②将按上述配比计量的Gd(NO3)3.6H2O、Tm(NO3)3.5H2O、柠檬酸放入容器并加入去离子水，去离子水的加入量以能溶解Gd(NO3)3.6H2O、Tm(NO3)3.5H2O和柠檬酸为限，在常压、50℃下进行搅拌，使Gd(NO3)3.6H2O、Tm(NO3)3.5H2O和柠檬酸完全溶解，所形成的溶液定义为B溶液，
⑧在搅拌下于常压、50℃将所述A溶液加入到所述B溶液中，用质量浓度5％的稀硝酸调节所述溶胶的pH值至6，并在70℃下继续搅拌直至形成凝胶，继后将凝胶在常压、120℃下干燥24小时，即得到前驱体；
(2)前躯体的焙烧
将步骤(1)制备的前驱体研磨分散后放入加热炉内，在常压、900℃下焙烧3小时，焙烧时间届满后取出在空气中冷却至室温；
(3)焙烧产物的处理
将步骤(2)获得的焙烧产物进行研磨分散，并依次用质量浓度5％的稀硝酸、去离子水各清洗三次，然后将清洗后的粉体用烘箱在100℃烘干，即获得钒酸钆銩蓝色发光材料。
将获得的钒酸钆銩蓝色发光材料用扫描电镜扫描，分析结果见图2，将获得的钒酸钆銩蓝色发光材料用荧光光谱仪进行发射光谱测试，测试结果见图3。
实施例2
本实施例制备化学组成为Gd0.99(VO4)0.6(BO3)0.4:Tm0.01的葡萄糖改性钒硼酸钆铥蓝色发光材料，工艺步骤如下：
(1)前躯体的制备
以NH4VO3(偏钒酸氨)、Gd(NO3)3.6H2O(硝酸钆)、Tm(NO3)3.5H2O(硝酸铥)、H3BO3(硼酸)、柠檬酸为原料，根据所制备的钒硼酸钆铥蓝色发光材料的化学组成计量偏钒酸氨、硝酸钆、硝酸铥和硼酸，按钆+铥与柠檬酸的摩尔比为1∶3计量柠檬酸，操作步骤为：
①将按上述配比计量的NH4VO3和H3BO3放入容器并加入去离子水，去离子水的加入量以能溶解NH4VO3和H3BO3为限，在常压、室温下进行搅拌，直至NH4VO3和H3BO3完全溶解为止，所形成的溶液定义为A溶液；
②将按上述配比计量的Gd(NO3)3.6H2O、Tm(NO3)3.5H2O、柠檬酸放入容器并加入去离子水，去离子水的加入量以能溶解Gd(NO3)3.6H2O、Tm(NO3)3.5H2O和柠檬酸为限，在常压、室温(24℃)下进行搅拌，直至Gd(NO3)3.6H2O、Tm(NO3)3.5H2O和柠檬酸完全溶解为止，所形成的溶液定义为B溶液；
⑧在搅拌下于常压、室温(24℃)将所述A溶液加入到所述B溶液中，然后在搅拌下加入葡萄糖并混合均匀即形成溶胶，用质量浓度8％的稀硝酸调节所述溶胶的pH值至4，并在60℃下继续搅拌直至形成凝胶，继后将凝胶在常压、100℃下干燥30小时，即得到前驱体，葡萄糖的加入量以A溶液和B溶液的总量为基准，每毫升加入葡萄糖0.01g；
(2)前躯体的焙烧
将步骤(1)制备的前驱体研磨分散后放入加热炉内，在常压、700℃下焙烧4小时，焙烧时间届满后取出在空气中冷却至室温；
(3)焙烧产物的处理
将步骤(2)获得的焙烧产物进行研磨分散，并依次用质量浓度8％的稀硝酸、去离子水各清洗三次，然后将清洗后的粉体用烘箱在100℃烘干，即获得化学组成为Gd0.99(VO4)0.6(BO3)0.4:Tm0.01的葡萄糖改性钒硼酸钆铥蓝色发光材料。
实施例3
本实施例制备化学组成为Gd0.97(VO4)0.1(BO3)0.9:Tm0.03的葡萄糖改性钒硼酸钆铥蓝色发光材料，工艺步骤如下：
(1)前躯体的制备
以NH4VO3(偏钒酸氨)、Gd(NO3)3.6H2O(硝酸钆)、Tm(NO3)3.5H2O(硝酸铥)、H3BO3(硼酸)、柠檬酸为原料，根据所制备的钒硼酸钆铥蓝色发光材料的化学组成计量偏钒酸氨、硝酸钆、硝酸铥和硼酸，按钆+铥与柠檬酸的摩尔比为1∶4计量柠檬酸，操作步骤为：
①将按上述配比计量的NH4VO3和H3BO3放入容器并加入去离子水，去离子水的加入量以能溶解NH4VO3和H3BO3为限，在常压、60℃下进行搅拌，直至NH4VO3和H3BO3完全溶解为止，所形成的溶液定义为A溶液；
②将按上述配比计量的Gd(NO3)3.6H2O、Tm(NO3)3.5H2O、柠檬酸放入容器并加入去离子水，去离子水的加入量以能溶解Gd(NO3)3.6H2O、Tm(NO3)3.5H2O和柠檬酸为限，在常压、6O℃下进行搅拌，直至Gd(NO3)3.6H2O、Tm(NO3)3.5H2O和柠檬酸完全溶解为止，所形成的溶液定义为B溶液；
⑧在搅拌下于常压、60℃将所述A溶液加入到所述B溶液中，然后在搅拌下加入葡萄糖并混合均匀即形成溶胶，用质量浓度10％的稀硝酸调节所述溶胶的pH值至7，并在80℃下继续搅拌直至形成凝胶，继后将凝胶在常压、100℃下干燥30小时，即得到前驱体，葡萄糖的加入量以A溶液和B溶液的总量为基准，每毫升加入葡萄糖0.03g；
(2)前躯体的焙烧
将步骤(1)制备的前驱体研磨分散后放入加热炉内，在常压、900℃下焙烧1小时，焙烧时间届满后取出在空气中冷却至室温；
(3)焙烧产物的处理
将步骤(2)获得的焙烧产物进行研磨分散，并依次用质量浓度10％的稀硝酸、去离子水各清洗三次，然后将清洗后的粉体用烘箱在100℃烘干，即获得化学组成为Gd0.97(VO4)0.1(BO3)0.9:Tm0.03的葡萄糖改性钒硼酸钆铥蓝色发光材料。
实施例4
本实施例制备化学组成为Gd0.95(VO4)0.3(BO3)0.7:Tm0.05的葡萄糖改性钒硼酸钆铥蓝色发光材料，工艺步骤如下：
(1)前躯体的制备
以NH4VO3(偏钒酸氨)、Gd(NO3)3.6H2O(硝酸钆)、Tm(NO3)3.5H2O(硝酸铥)、H3BO3(硼酸)、柠檬酸为原料，根据所制备的钒硼酸钆铥蓝色发光材料的化学组成计量偏钒酸氨、硝酸钆、硝酸铥和硼酸，按钆+铥与柠檬酸的摩尔比为1∶7计量柠檬酸，操作步骤为：
①将按上述配比计量的NH4VO3和H3BO3放入容器并加入去离子水，去离子水的加入量以能溶解NH4VO3和H3BO3为限，在常压、40℃下进行搅拌，直至NH4VO3和H3BO3完全溶解为止，所形成的溶液定义为A溶液；
②将按上述配比计量的Gd(NO3)3.6H2O、Tm(NO3)3.5H2O、柠檬酸放入容器并加入去离子水，去离子水的加入量以能溶解Gd(NO3)3.6H2O、Tm(NO3)3.5H2O和柠檬酸为限，在常压、40℃下进行搅拌，直至Gd(NO3)3.6H2O、Tm(NO3)3.5H2O和柠檬酸完全溶解为止，所形成的溶液定义为B溶液；
⑧在搅拌下于常压、40℃将所述A溶液加入到所述B溶液中，然后在搅拌下加入葡萄糖并混合均匀即形成溶胶，用质量浓度10％的稀硝酸调节所述溶胶的pH值至7，并在65℃下继续搅拌直至形成凝胶，继后将凝胶在常压、110℃下干燥26小时，即得到前驱体，葡萄糖的加入量以A溶液和B溶液的总量为基准，每毫升加入葡萄糖0.04g；
(2)前躯体的焙烧
将步骤(1)制备的前驱体研磨分散后放入加热炉内，在常压、800℃下焙烧2小时，焙烧时间届满后取出在空气中冷却至室温；
(3)焙烧产物的处理
将步骤(2)获得的焙烧产物进行研磨分散，并依次用质量浓度10％的稀硝酸、去离子水各清洗三次，然后将清洗后的粉体用烘箱在100℃烘干，即获得化学组成为Gd0.95(VO4)0.3(BO3)0.7:Tm0.05的葡萄糖改性钒硼酸钆铥蓝色发光材料。
实施例5
本实施例制备化学组成为Gd0.96(VO4)0.9(BO3)0.1:Tm0.04的葡萄糖改性钒硼酸钆铥蓝色发光材料，工艺步骤如下：
(1)前躯体的制备
以NH4VO3(偏钒酸氨)、Gd(NO3)3.6H2O(硝酸钆)、Tm(NO3)3.5H2O(硝酸铥)、H3BO3(硼酸)、柠檬酸为原料，根据所制备的钒硼酸钆铥蓝色发光材料的化学组成计量偏钒酸氨、硝酸钆、硝酸铥和硼酸，按钆+铥与柠檬酸的摩尔比为1∶5计量柠檬酸，操作步骤为：
①将按上述配比计量的NH4VO3和H3BO3放入容器并加入去离子水，去离子水的加入量以能溶解NH4VO3和H3BO3为限，在常压、30℃下进行搅拌，直至NH4VO3和H3BO3完全溶解为止，所形成的溶液定义为A溶液；
②将按上述配比计量的Gd(NO3)3.6H2O、Tm(NO3)3.5H2O、柠檬酸放入容器并加入去离子水，去离子水的加入量以能溶解Gd(NO3)3.6H2O、Tm(NO3)3.5H2O和柠檬酸为限，在常压、30℃下进行搅拌，直至Gd(NO3)3.6H2O、Tm(NO3)3.5H2O和柠檬酸完全溶解为止，所形成的溶液定义为B溶液；
⑧在搅拌下于常压、30℃将所述A溶液加入到所述B溶液中，然后在搅拌下加入葡萄糖并混合均匀即形成溶胶，用质量浓度10％的稀硝酸调节所述溶胶的pH值至10，并在70℃下继续搅拌直至形成凝胶，继后将凝胶在常压、100℃下干燥30小时，即得到前驱体，葡萄糖的加入量以A溶液和B溶液的总量为基准，每毫升加入葡萄糖0.03g；
(2)前躯体的焙烧
将步骤(1)制备的前驱体研磨分散后放入加热炉内，在常压、800℃下焙烧3小时，焙烧时间届满后取出在空气中冷却至室温；
(3)焙烧产物的处理
将步骤(2)获得的焙烧产物进行研磨分散，并依次用质量浓度10％的稀硝酸、去离子水各清洗三次，然后将清洗后的粉体用烘箱在100℃烘干，即获得化学组成为Gd0.96(VO4)0.9(BO3)0.1:Tm0.04的葡萄糖改性钒硼酸钆铥蓝色发光材料。

Claims (2)

1.一种用葡萄糖改性制备钒硼酸钆铥蓝色发光材料的方法，其特征在于所述钒硼酸钆铥蓝色发光材料的组成为：Gd1-y(VO4)x(BO3)1-x:Tmy，式中，0.1≤x≤0.9，0.01≤y≤0.05，工艺步骤如下：
(1)前躯体的制备
以偏钒酸氨、硝酸钆、硝酸铥、硼酸、柠檬酸为基本原料，以葡萄糖为改性剂，根据所述钒硼酸钆铥蓝色发光材料的化学组成计量偏钒酸氨、硝酸钆、硝酸铥和硼酸，按钆+铥与柠檬酸的摩尔比为1∶3～7计量柠檬酸，操作步骤为：
①将按上述配比计量的偏钒酸氨和硼酸放入容器并加入去离子水，去离子水的加入量以能溶解偏钒酸氨和硼酸为限，在常压、室温～60℃下进行搅拌，直至偏钒酸氨和硼酸完全溶解为止，所形成的溶液定义为A溶液；
②将按上述配比计量的硝酸钆、硝酸铥、柠檬酸放入容器并加入去离子水，去离子水的加入量以能溶解硝酸钆、硝酸铥和柠檬酸为限，在常压、室温～60℃下进行搅拌，直至硝酸钆、硝酸铥和柠檬酸完全溶解为止，所形成的溶液定义为B溶液；
⑧在搅拌下于常压、室温～60℃将所述A溶液加入到所述B溶液中，然后在搅拌下加入葡萄糖并混合均匀即形成溶胶，用稀硝酸调节所述溶胶的pH值至4≤pH≤10，并在60℃～80℃下继续搅拌直至形成凝胶，继后将凝胶在常压、100℃～120℃下干燥至少24小时，即得到前驱体，葡萄糖的加入量以A溶液和B溶液的总量为基准，每毫升加入葡萄糖0.01g～0.04g；
(2)前躯体的焙烧
将步骤(1)制备的前驱体研磨分散后放入加热炉内，在常压、700℃～900℃下焙烧1小时～4小时，焙烧时间届满后取出在空气中冷却至室温；
(3)焙烧产物的处理
将步骤(2)获得的焙烧产物进行研磨分散，并依次用稀硝酸、去离子水清洗，然后将清洗后的粉体进行干燥即获得经过葡萄糖改性的钒硼酸钆铥蓝色发光材料。
2.根据权利要求1所述用葡萄糖改性制备钒硼酸钆铥蓝色发光材料的方法，其特征在于调节所述溶胶的pH值及清洗焙烧产物所用稀硝酸的质量浓度为5％～10％。
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