CN102690651A - 一种Zn2TiO4:Eu3+荧光粉的制备方法 - Google Patents

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王宏志
吴斌
李耀刚
张青红
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Abstract

本发明涉及一种Zn2TiO4:Eu3+荧光粉的制备方法，包括：（1）以钛酸四异丙酯、无水乙醇、二水乙酸锌和硝酸铕为原料，采用溶胶-凝胶法得到Zn2TiO4:Eu3+干凝胶；（2）通过二次煅烧工艺对干凝胶进行煅烧后，得到立方相的Zn2TiO4:Eu3+荧光粉。本发明的制备方法简单，成本低，所需生产设备简单，反应温度低，减少能源消耗，易于工业化生产，所得Zn2TiO4:Eu3+荧光粉具有好的发光性能且在466nm处具有好的激发强度，此处激发能与商业蓝光芯片较好的匹配，因此在白光LED方面具有良好的应用前景。

Description

一种Zn2TiO4:Eu3+荧光粉的制备方法
技术领域
本发明属于钛酸盐纳米荧光粉的制备领域，特别涉及一种Zn2TiO4:Eu3+荧光粉的制备方法。
背景技术
在全球能源与环保的双重压力之下，以白光LED为代表的新一代照明由于具有能耗低、寿命长，品质高等优势受到了国内外的高度关注。白光LED可以利用LED芯片配合荧光粉来实现，而目前应用最多的荧光粉为YAG:Ce3+荧光粉，其热稳定性较差，显色指数低，难以满足高品质照明的需要。因此，制备一种热稳定性好、显色指数高、高效且与商业蓝光芯片匹配的红色荧光粉成为研究的热点。
目前，钛酸盐荧光粉体系由于热稳定性和化学稳定性好、显色指数高、环境友好、生物相容性高及成本低廉等特点，受到了人们的高度关注，常用的合成方法是固相合成法，其主要缺点在于合成温度高、颗粒尺寸大且不可控制，例如Eric等在Alloys andCompounds.Vol.374(2004)pp.202-206报道了CaTiO3:Pr3+荧光粉，Fu等在Journal ofLuminescence.Vol.130(2010)pp231-235报道了CaTiO3:Eu3+荧光粉，然而这些荧光粉的合成温度过高（1350-1400℃），颗粒尺寸大且不可控制，难以实现钛酸盐荧光粉的大规模应用。因此，低温条件下制备尺寸可控、形貌规则且与蓝光芯片匹配的红色荧光粉成为我们面临的一个严峻挑战。
Sun等在Alloys and Compounds.Vol.493(2010)pp.561-564报道了CaTiO3:Eu3+包裹二氧化硅颗粒的核壳结构的荧光粉；Wu等在Crystal Engineering Communication.Vol.14(2012)pp.2094-2099报道了多种规则形貌的CaTiO3:Eu3+的红色荧光粉，它们的合成温度较低，发光性能较好，且尺寸可控，形貌规则。然而这些荧光粉很难与商业的蓝光芯片相结合且发光效率有待进一步提高。因此，制备一种高效率且与商业蓝光芯片相结合的红色荧光粉成为研究的热点。
我们通过研究，合成了一种Zn2TiO4:Eu3+荧光粉，它形貌规则、尺寸可控、发光性能好且能与商业的蓝光芯片较好的匹配。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种Zn2TiO4:Eu3+荧光粉的制备方法，该方法简单，成本低，所得Zn2TiO4:Eu3+荧光粉形貌规则、尺寸可控、发光性能好且能与商业的蓝光芯片较好的匹配。
本发明的一种Zn2TiO4:Eu3+荧光粉的制备方法，包括：
（1）将钛酸四异丙酯溶于无水乙醇中得到溶液;将二水乙酸锌和硝酸铕依次溶于上述溶液并快速搅拌，钛酸四异丙酯、二水乙酸锌和硝酸铕的摩尔比为：1:2:0.05-0.25，再向其中加入去离子水，经持续搅拌3-5h后形成溶胶;将溶胶陈化后形成凝胶，将凝胶干燥后得到Zn2TiO4:Eu3+干凝胶；
（2）采用二次煅烧工艺对上述Zn2TiO4:Eu3+干凝胶进行煅烧后，得到立方相的Zn2TiO4:Eu3+荧光粉。
步骤（1）和（2）中的Zn2TiO4:Eu3+中铕掺杂量为5-25mol%。
步骤（1）中溶胶陈化温度为30-50℃，时间为48-72h。
步骤（1）中凝胶干燥温度为90-120℃，时间为12-24h。
步骤（2）中的二次煅烧工艺首先将Zn2TiO4:Eu3+干凝胶升温至350-450℃，保温4-8h，冷却至室温；然后将经过上述处理后的干凝胶研磨成粉体，升温至500-700℃，保温2-4h，冷却至室温。
有益效果
（1）本发明的制备方法简单，成本低，所需生产设备简单，反应温度低，减少能源消耗，易于工业化生产；
（2）本发明得到的Zn2TiO4:Eu3+荧光粉形貌规则、尺寸可控、发光性能好且与能与商业的蓝光芯片较好的匹配，因此，它在白光LED方面具有良好的应用前景。
附图说明
图1为Zn2TiO4:Eu3+荧光粉的X射线衍射图；
图2为Zn2TiO4:Eu3+荧光粉的场发射电镜照片；
图3为Zn2TiO4:Eu3+荧光粉的荧光光谱；
图4为Zn2TiO4:Eu3+荧光粉的铕掺量的发射光谱。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
将0.711g钛酸四异丙酯溶于15ml无水乙醇中，得到溶液。再称取1.097g二水乙酸锌、0.042g硝酸铕依次溶于上述溶液并快速搅拌1h，再向其加入1ml去离子水，在持续搅拌5h，形成溶胶。将溶胶放入30℃烘箱中陈化72h，形成凝胶；随后将烘箱升温至90℃，干燥24h，得到干凝胶。将干凝胶放入干锅中，并将其放入马弗炉中，缓慢升温至350℃，保温8h，冷却至室温，将经过上述处理后的干凝胶研磨成粉体后放入马弗炉中，缓慢室温至500℃，保温4h，冷却至室温即得到Zn2TiO4:Eu3+荧光粉。
图1为产物的X射线衍射图谱，图中的衍射峰表明已经合成了立方相Zn2TiO4:Eu3+荧光粉。
图2为产物的场发射电镜照片，观察表明已形成Zn2TiO4:Eu3+荧光粉。
图3为产物的荧光光谱图，其主要激发峰位于466nm处，发射峰位于614nm处。
图4为产物的铕掺量的发射光谱，分析表明其最优铕掺量为20mol%。
实施例2
称取0.568g钛酸四异丙酯溶于20ml无水乙醇中，得到溶液。再称取0.872g二水乙酸锌、0.168g硝酸铕依次溶于上述溶液并快速搅拌2h，再向其加入2ml去离子水，在持续搅拌4h，形成溶胶。将溶胶放入40℃烘箱中陈化60h，形成凝胶；随后将烘箱升温至100℃，干燥18h，得到干凝胶。将干凝胶放入干锅中，并将其放入马弗炉中，缓慢升温至400℃，保温6h，冷却至室温，将经过上述处理后的干凝胶研磨成粉体后放入马弗炉中，缓慢升温至600℃，保温3h冷却至室温即得到Zn2TiO4荧光粉。
X射线衍射图谱分析表明合成了立方相Zn2TiO4:Eu3+荧光粉。场发射电镜照片观察表明已形成Zn2TiO4:Eu3+荧光粉。荧光光谱分析表明产物主要激发峰位于466nm处，发射峰位于614nm处。铕掺量的发射光谱分析表明其最优铕掺量为20mol%。
实施例3
称取0.853g钛酸四异丙酯溶于30ml无水乙醇中，得到溶液。再称取1.311g二水乙酸锌、0.210g硝酸铕依次溶于上述溶液并快速搅拌3h，再向其加入3ml去离子水，在持续搅拌3h，形成溶胶。将溶胶放入50℃烘箱中陈化48h，形成凝胶；随后将烘箱升温至120℃，干燥12h，得到干凝胶。将干凝胶放入干锅中，并将其放入马弗炉中，缓慢升温至450℃，保温4h，冷却至室温，将经过上述处理后的干凝胶研磨成粉体后放入马弗炉中，缓慢室温至700℃，保温2h冷却至室温即得到Zn2TiO4:Eu3+荧光粉。
X射线衍射图谱分析表明合成了立方相Zn2TiO4:Eu3+荧光粉。场发射电镜照片观察表明已形成Zn2TiO4:Eu3+荧光粉。荧光光谱分析表明产物主要激发峰位于466nm处，发射峰位于614nm处。铕掺量的发射光谱分析表明其最优铕掺量为20mol%。

Claims (5)

1.一种Zn2TiO4:Eu3+荧光粉的制备方法，包括：
（1）将钛酸四异丙酯溶于无水乙醇中得到溶液;将二水乙酸锌和硝酸铕依次溶于上述溶液并快速搅拌，钛酸四异丙酯、二水乙酸锌和硝酸铕的摩尔比为：1:2:0.05-0.25，再向其中加入去离子水，经持续搅拌3-5h后形成溶胶；将溶胶陈化后形成凝胶，将凝胶干燥后得到Zn2TiO4:Eu3+干凝胶；
（2）采用二次煅烧工艺对上述Zn2TiO4:Eu3+干凝胶进行煅烧后，得到立方相的Zn2TiO4:Eu3+荧光粉。
2.根据权利要求1所述的一种Zn2TiO4:Eu3+荧光粉的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）和（2）中的Zn2TiO4:Eu3+中铕掺杂量为5-25mol%。
3.根据权利要求1所述的一种Zn2TiO4:Eu3+荧光粉的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中溶胶陈化温度为30-50℃，时间为48-72h。
4.根据权利要求1所述的一种Zn2TiO4:Eu3+荧光粉的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中凝胶干燥温度为90-120℃，时间为12-24h。
5.根据权利要求1所述的一种Zn2TiO4:Eu3+荧光粉的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中的二次煅烧工艺首先将Zn2TiO4:Eu3+干凝胶升温至350-450℃，保温4-8h，冷却至室温；然后将经过上述处理后的干凝胶研磨成粉体，升温至500-700℃，保温2-4h，冷却至室温。
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