CN103484116A - 核壳结构的红色荧光粉及其制备方法 - Google Patents

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刘文晶
黄德冰
张明琪
陈友三
魏岚
王育华
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Abstract

本发明公开了一种核壳结构红色荧光粉及其制备方法，其特征包括先制备适量的MgO白色粉体作为内核，再使用钇、铕共沉淀粉制备溶液，与制备的MgO混合处理后烧结得到以MgO为核、Y2O3:Eu3+为外壳的最终产物。本方案实现了Y2O3:Eu3+红色荧光粉的光谱性能，适用于现有的荧光灯荧光粉方案中，同时，这种核壳结构荧光粉用MgO作为紫外线无法到达的内核部分，替代了原有的纯Y2O3:Eu3+方案，使荧光粉颗粒中稀土元素Y、Eu的含量大幅降低。该荧光粉颗粒的方案降低了稀土元素钇和铕的含量，从而降低生产成本。

Description

核壳结构的红色荧光粉及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种稀土化合物荧光粉，特别涉及含Y2O3:Eu3+的红色荧光粉及其制备方法。
背景技术
稀土发光材料在很多领域有巨大的应用价值，如照明、成像显示、辐射探测、应急指示、建筑装饰和工艺美术等领域。随着照明光源用量的不断增大，稀土用量也不断增大；用于发光材料生产的荧光级稀土产品的市场价格也不断攀升。为了减少高价稀土用量、降低产品生产成本和增加产品市场竞争力，研究者们一方面研究和开发新的发光材料，另一方面探寻廉价高效的新型发光材料。
Y2O3:Eu3+是一种性能优良的稀土发光材料，其发光效率高且有较高的色纯度和光维持特性。作为节能荧光灯用红色荧光粉，Y2O3:Eu3+是目前不可替代的。从Y2O3:Eu3+红粉的组成来看，由于铕、钇化合物原料的价格差距较大，降低产品中铕的含量能有效地降低产品生产中高价原料的消耗，起到降低生产成本的效果。因此，寻求降低铕含量的方法与技术，成为研究者研究与开发Y2O3:Eu3+红粉的关键问题。
发明内容
针对现有Y2O3:Eu3+红色荧光粉铕含量高，成本难以降低的成本问题，本发明提出一种核壳结构的红色荧光粉MgO·Y2O3:Eu3+，其制备工艺简单，在紫外线不能深入的核部分为MgO，壳部分为起到主要转换作用的Y2O3:Eu3+红色荧光粉；从而较大程度地降低了Y2O3:Eu3+红粉生产中铕的用量，其技术方案如下：
（1）称取5-20g硝酸镁溶解于去离子水中配成溶液，并加热到70℃；
（2）称取0.1-0.4g三聚磷酸钠加入到预先配制的0.4mol/L碳酸钾溶液中，形成的混合溶液加热到70℃；
（3）称取0.004g碱式碳酸镁加入去离子水中配成悬浊液，超声波处理15min；
（4）将步骤（1）、（2）中的溶液搅拌混合，再迅速加入几滴步骤（3）中的悬浊液，搅拌1min，再将混合溶液在70℃静置2h，随后升温至100℃静置2h；
（5）将步骤（4）中的产物经过离心分离，去离子水、酒精洗涤数次后得到白色粉体，再经过300℃保温2h处理，冷却至室温后又经过550℃热处理7h，冷却后得到制备内核的白色MgO粉末；
（6）将某商用钇、铕共沉淀粉溶于5ml硝酸中，将此溶液蒸干后得到硝酸铕和硝酸铕的混合物，加入一定量去离子水配成硝酸钇、铕混合溶液；
（7）称取2.0-10.0g尿素溶于去离子水中配成溶液；
（8）将步骤（6）、（7）中的溶液混合，并加入2.0g步骤（5）中的MgO粉末，90℃搅拌3h，溶液冷却至室温；
（9）将步骤（8）中的产物经过离心分离，去离子水、酒精洗涤数次后70℃烘干24h，再经过1200℃热处理4h，冷却至室温，得到最终产物的固体粉末，该固体粉末的粉体为核壳结构，粉体内部的核为MgO，外壳层为Y2O3:Eu3+荧光粉。
本方案实现了Y2O3:Eu3+红色荧光粉的光谱性能，适用于现有的荧光灯荧光粉方案中，同时，这种核壳结构荧光粉用MgO作为紫外线无法到达的内核部分，替代了原有的纯Y2O3:Eu3+方案，使荧光粉颗粒中稀土元素Y、Eu的含量大幅降低。该荧光粉颗粒的方案降低了稀土元素钇和铕的含量，从而降低生产成本。
附图说明
以下结合附图实施例对本发明作进一步说明：
图1是本发明实施例一制备的MgO的XRD图；
图2是本发明实施例一制备的核壳结构MgO·Y2O3:Eu3+荧光粉的XRD图；
图3是本发明实施例一制备的MgO的SEM图；
图4是图3的放大图；
图5是本发明实施例一制备的核壳结构MgO·Y2O3:Eu3+荧光粉的SEM图；
图6是图5的放大图；
图7是本发明实施例二制备的核壳结构MgO·Y2O3:Eu3+荧光粉的SEM图；
图8是图7的放大图；
图9是本发明实施例一和实施例二制备的核壳结构MgO·Y2O3:Eu3+荧光粉的发射光谱图；
图10是本发明实施例一制备的核壳结构MgO·Y2O3:Eu3+荧光粉的EDS图。
具体实施方式
实施例一：
称量10.26g Mg(NO3)2·6H2O溶解于50mL去离子水中。然后将Mg(NO3)2溶液转入250ml三口烧瓶，加热至70℃。
随后，0.15g三聚磷酸钠加入到100mL0.4mol/L K2CO3溶液中，形成的混合溶液也加热到70℃。
然后将4mg碱式碳酸镁溶于10ml去离子水中，超声波处理15min，配成0.4mg·mL-1的碱式碳酸镁溶液。
进而在强力搅拌下，将K2CO3混合溶液在4-5s内倒入Mg(NO3)2溶液。接着加入12滴0.4mg·mL-1碱式碳酸镁溶液，继续搅拌1min。然后，整个混合溶液在70℃静置2h，随后在100℃静置2h。
混合液冷却至室温后，经过离心分离，去离子水、酒精洗涤数次后得到白色粉体，再经过300℃保温2h处理，冷却至室温后又经过550℃热处理7h，得到白色MgO粉体。
再称量0.464g商用Y、Eu共沉淀粉溶于少量硝酸溶液中，蒸干溶液后得到Y(NO3)3和Eu(NO3)3的混合物，再加入50mL去离子水配成溶液。
然后称取3g尿素溶于50mL去离子水配成溶液，并与Y(NO3)3和Eu(NO3)3溶液混合。称取0.2g上述的MgO粉体加至Y(NO3)3、Eu(NO3)3和尿素的混合溶液中，超声波处理15min后90℃搅拌3h。待冷却至室温后，
混合液经过离心分离，去离子水、酒精洗涤数次，70℃烘干24h得到白色粉体，再经过1200℃煅烧4h，得到最终产物。
实施例二：
MgO粉体的制备过程同实施例1。
称量0.58g商用Y、Eu共沉淀粉溶于少量硝酸溶液中，蒸干溶液后得到Y(NO3)3和Eu(NO3)3的混合物，再加入50mL去离子水配成溶液。
称取3g尿素溶于50mL去离子水配成溶液，并与Y(NO3)3和Eu(NO3)3溶液混合。称取0.2g实施例1的MgO粉体加至Y(NO3)3、Eu(NO3)3和尿素的混合溶液中，超声处理15min后90℃搅拌3h。待冷却至室温后。混合液经过离心分离，去离子水、酒精洗涤数次，70℃烘干24h得到白色粉体，再经过1200℃煅烧4h，得到最终产物。
如图1和图2，用X射线衍射仪（Rigaku D/max-2400）分析了实施例一的相组成，结果表明实施例一中制备得到MgO的纯相，MgO和Y2O3:Eu3+的相，其中作为内层的MgO被完全包裹，其相应的衍射峰强度大大下降。用扫描电镜（S-3400，Hitachi）对作为内核的MgO颗粒与MgO·Y2O3:Eu3+核壳结构荧光粉进行了形貌分析，见图3至图8，结果表明实施例一和实施例二中得到了球形的MgO颗粒，形成核壳结构后，颗粒仍为球形，但颗粒表面不再光滑，而且颗粒尺寸有所增大，核壳结构颗粒的大小约为5-7μm。紫外分光光谱仪（FLS-920T）测得了实施例一和实施例二的发射光谱，见图9，在254nm紫外光激发下得到了MgO·Y2O3:Eu3+核壳结构荧光粉的特征发射峰。用X射线能量色散谱（S-4800，Hitachi）对实施例一进行了元素表征，见图10，从图谱可以看出，MgO·Y2O3:Eu3+核壳结构荧光粉只存在Mg、Y、Eu、O四种元素，不存在其他杂质元素。
可见，上述方案实现了Y2O3:Eu3+红色荧光粉的光谱性能，适用于现有的荧光灯荧光粉方案中，同时，这种核壳结构荧光粉用MgO作为紫外线无法到达的内核部分，替代了原有的纯Y2O3:Eu3+方案，使荧光粉颗粒中稀土元素Y、Eu的含量大幅降低。该荧光粉颗粒的方案降低了稀土元素钇和铕的含量，从而降低生产成本。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (2)

1.一种核壳结构红色荧光粉，其特征在于：为固体粉末，粉体为核壳结构，粉体内部的核为MgO，外壳层为Y2O3:Eu3+荧光粉。
2.一种核壳结构红色荧光粉的制备方法，其特征包括如下步骤：
（1）称取5-20g硝酸镁溶解于去离子水中配成溶液，并加热到70℃；
（2）称取0.1-0.4g三聚磷酸钠加入到预先配制的0.4mol/L碳酸钾溶液中，形成的混合溶液加热到70℃；
（3）称取0.004g碱式碳酸镁加入去离子水中配成悬浊液，超声波处理15min；
（4）将步骤（1）、（2）中的溶液搅拌混合，再迅速加入几滴步骤（3）中的悬浊液，搅拌1min，再将混合溶液在70℃静置2h，随后升温至100℃静置2h；
（5）将步骤（4）中的产物经过离心分离，去离子水、酒精洗涤数次后得到白色粉体，再经过300℃保温2h处理，冷却至室温后又经过550℃热处理7h，冷却后得到制备内核的白色MgO粉末；
（6）将某商用钇、铕共沉淀粉溶于5ml硝酸中，将此溶液蒸干后得到硝酸钇和硝酸铕的混合物，加入一定量去离子水配成硝酸钇、铕混合溶液；
（7）称取2.0-10.0g尿素溶于去离子水中配成溶液；
（8）将步骤（6）、（7）中的溶液混合，并加入2.0g步骤（5）中的MgO粉末，90℃搅拌3h，溶液冷却至室温；
（9）将步骤（8）中的产物经过离心分离，去离子水、酒精洗涤数次后70℃烘干24h，再经过1200℃热处理4h，冷却至室温，得到最终产物。
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