CN105001859B - 一种棒状Al4B2O9:Eu3+发光材料的制备方法 - Google Patents

一种棒状Al4B2O9:Eu3+发光材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种棒状Al4B2O9:Eu3+发光材料的制备方法，该发光材料是以AlCl3·6H2O、H3BO3、尿素、Eu2O3、蒸馏水、吡啶为原料，先采用水热反应法制备成前驱体(NH4)2[Al(B5O10)]·4H2O:Eu3+，然后将前驱体(NH4)2[Al(B5O10)]·4H2O:Eu3+高温焙烧相转化，得到棒状Al4B2O9:Eu3+发光材料。本发明方法简单，原料易得，所制备的Al4B2O9:Eu3+发光材料为棒状，分散性好，具有较高的发光强度和红橙比，可应用于显示显像、光源、医学等不同领域。

Description

一种棒状Al4B2O9:Eu3+发光材料的制备方法
技术领域
本发明属于发光材料技术领域，具体涉及一种发光强度高的棒状Al4B2O9:Eu3+发光材料的制备方法。
背景技术
由于硼酸盐基质发光材料具有比以硅酸盐、铝酸盐和磷酸盐为基质发光材料合成工艺简单、化学性质稳定、显色性好、发光效率高等特点，近年来人们对此进行了大量的研究，在其发光性能、发光机理研究等方面取得了一定进展，在显示显像、光源、光电子学、医学等不同领域中己得到了广泛的利用。
目前主要利用高温固相法、溶胶-凝胶法等方法合成不同种类的硼酸盐基质发光材料，其中高温固相法是制备这些无水硼酸盐基质发光材料最常用的方法，如2011年郑英丽等人采用高温固相法合成出Al4B2O9:Eu2+发光材料(Y.L.Zheng,D.H.Chen.Luminescencestudies on Al4B2O9:Eu2+phosphor crystals[J].J.Lumin.,2011,26:481-485.)，但是采用高温固相法对样品的球磨处理会在一定程度上影响材料的发光效率，同时由于高温固相法的温度一次性提高，导致所得发光材料的团聚更严重，影响发光强度。因此改进制备工艺，寻求新的制备方法对提高荧光粉的发光性能有重要的影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种分散性好、纯度高且具有较高发光强度和红橙比的棒状Al4B2O9:Eu3+发光材料的制备方法。
解决上述技术问题所采用的技术方案由下述步骤组成：
1、制备前驱体(NH4)2[Al(B5O10)]·4H2O:Eu3+
将AlCl3·6H2O、H3BO3、尿素、Eu2O3、蒸馏水、吡啶按摩尔比为1:10～15:10～15:0.01～0.05:30～50:50～60混合均匀，将所得混合物转移到聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中进行水热反应，水热反应温度为160～180℃，反应时间为3～7天，将反应产物抽滤、洗涤、干燥，得到前驱体(NH4)2[Al(B5O10)]·4H2O:Eu3+。
2、制备棒状Al4B2O9:Eu3+发光材料
将步骤1得到的前驱体(NH4)2[Al(B5O10)]·4H2O:Eu3+在800～1100℃下焙烧2～10小时，自然冷却至室温，得到棒状Al4B2O9:Eu3+发光材料。
上述步骤1中，优选AlCl3·6H2O、H3BO3、尿素、Eu2O3、蒸馏水、吡啶的摩尔比为1:12～14:13～15:0.02～0.04:35～40:55～60，AlCl3·6H2O、H3BO3、尿素、Eu2O3、蒸馏水、吡啶的摩尔比最佳为1:13:14:0.03:37:56。
上述步骤1中，优选水热反应温度为170℃、反应时间为5天。
上述步骤2中，优选将步骤1得到的前驱体(NH4)2[Al(B5O10)]·4H2O:Eu3+在900～1000℃下焙烧7小时。
本发明方法简单，原料易得，所制备的Al4B2O9:Eu3+发光材料为棒状，分散性好，比传统高温固相法制备的Al4B2O9:Eu3+发光材料具有更高的发光强度和红橙比，可应用于显示显像、光源、医学等不同领域。
附图说明
图1是实施例1制备的Al4B2O9:Eu3+的X射线能量色散谱图。
图2是对比例1制备的Al4B2O9:Eu3+发光材料的X射线能量色散谱图。
图3是实施例1制备的前驱体(NH4)2[Al(B5O10)]·4H2O:Eu3+的X射线粉末衍射图。
图4是实施例1～2和对比例1～2制备的Al4B2O9:Eu3+发光材料的X射线粉衍射图。
图5是实施例1制备的Al4B2O9:Eu3+发光材料的扫描电镜图。
图6是对比例1制备的Al4B2O9:Eu3+发光材料的扫描电镜图。
图7是实施例2制备的Al4B2O9:Eu3+发光材料的扫描电镜图。
图8是对比例2制备的Al4B2O9:Eu3+发光材料的扫描电镜图。
图9是实施例1与对比例1制备的Al4B2O9:Eu3+发光材料的发射光谱对比图。
图10是实施例2与对比例2制备的Al4B2O9:Eu3+发光材料的发射光谱对比图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围不仅限于这些实施例。
实施例1
1、制备前驱体(NH4)2[Al(B5O10)]·4H2O:Eu3+
将0.2400g(1mmol)AlCl3·6H2O、0.8110g(13mmol)H3BO3、0.8470g(14mmol)尿素、0.0112g(0.03mmol)Eu2O3、0.7mL(37mmol)蒸馏水、4.5mL(56mmol)吡啶混合均匀，AlCl3·6H2O与H3BO3、尿素、Eu2O3、蒸馏水、吡啶的摩尔比为1:13:14:0.03:37:56，搅拌混合均匀，将所得混合物转移到聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，170℃反应5天，得到前驱体(NH4)2[Al(B5O10)]·4H2O:Eu3+。
2、制备棒状Al4B2O9:Eu3+发光材料
将步骤1得到的前驱体(NH4)2[Al(B5O10)]·4H2O:Eu3+置于马弗炉中，在空气气氛中900℃焙烧7小时，自然冷却至室温，得到棒状Al4B2O9:Eu3+发光材料。
对比例1
采用传统高温固相法，将0.4828g(2mmol)AlCl3·6H2O、0.0688g(1.1mmol)H3BO3、0.1041g(1.7mmol)尿素和0.0322g(0.06mmol)Eu2O3混合均匀，AlCl3·6H2O与H3BO3、尿素、Eu2O3的摩尔比为1:0.55:0.85:0.03，研磨成粉末，置于马弗炉中，在空气气氛中900℃焙烧7小时，自然冷却至室温，得到Al4B2O9:Eu3+发光材料。
实施例2
本实施例的制备前驱体(NH4)2[Al(B5O10)]·4H2O:Eu3+步骤1与实施例1的步骤1相同。在制备Al4B2O9:Eu3+发光材料步骤2中，将步骤1得到的前驱体(NH4)2[Al(B5O10)]·4H2O:Eu3+置于马弗炉中，在空气气氛中1000℃焙烧7小时，自然冷却至室温，得到棒状Al4B2O9:Eu3 +发光材料。
对比例2
采用传统高温固相法，将0.4828g(2mmol)AlCl3·6H2O、0.0688g(1.1mmol)H3BO3、0.1041g(1.7mmol)尿素和0.0222g(0.06mmol)Eu2O3混合均匀，AlCl3·6H2O与H3BO3、尿素、Eu2O3的摩尔比为1:0.55:0.85:0.03，研磨成粉末，置于马弗炉中，在空气气氛中1000℃焙烧7小时，自然冷却至室温，得到Al4B2O9:Eu3+发光材料。
采用丹东浩元DX-2700型X射线粉末衍射仪(工作条件为：Cu靶Ka线，石墨片滤波，管压40kV，电流30mA，步长0.02°/s，扫描范围：5°～70°)、Quanta 200型X射线能量色散谱分析仪对实施例1制备的前驱体(NH4)2[Al(B5O10)]·4H2O:Eu3+、实施例1～2及对比例1～2制备的Al4B2O9:Eu3+发光材料进行表征，结果见图1～6。由图1～2可见，实施例1和对比例1制备的Al4B2O9:Eu3+发光材料都含有Al、B、O和Eu元素，说明Eu成功掺杂。由图3可见，实施例1制备的前驱体的衍射数据 与(NH4)2[Al(B5O10)]·4H2O的模拟衍射数据相一致，可以指认该前驱体为(NH4)2[Al(B5O10)]·4H2O:Eu3+。由图4可见，实施例1～2制备的发光材料和对比例1～2制备的发光材料的衍射数据均与Al4B2O9的JCPDS标准卡片(File No.29-0010)的衍射数据相一致，可以指认所制备的发光材料为Al4B2O9:Eu3+。
采用Hitachi TM3030型扫描电子显微镜对实施例1～2以及对比例1～2制备的Al4B2O9:Eu3+发光材料进行形貌表征，结果见图5～8。由图可见，对比例1～2采用传统高温固相法制备的Al4B2O9:Eu3+发光材料没有规则的形貌，表面粗糙，团聚严重。而实施例1～2制备的Al4B2O9:Eu3+发光材料表面光滑、分散性好且粒径小，形貌为规则的棒状。
采用F-7000型荧光分光光度计(激发狭缝宽度和发射狭缝宽度都为0.25nm和0.5nm，激发波长为λex＝250nm)分别测定实施例1～2以及对比例1～2制备的Al4B2O9:Eu3+发光材料在室温下的发射光谱，结果见图9～10。从图中可以看出，在波长为592nm、615nm和627nm处，实施例1和2制备的Al4B2O9:Eu3+发光材料的发光强度都明显强于对比例1和2制备的Al4B2O9:Eu3+发光材料，实施例1制备的Al4B2O9:Eu3+发光材料在波长为592nm和615nm处的发光强度分别为2500au和6200au，红橙比为2.48，对比例1制备的Al4B2O9:Eu3+发光材料在波长为592nm和615nm处的发光强度分别为1600au和3400au，红橙比为2.13，实施例2制备的Al4B2O9:Eu3+发光材料在波长为592nm和615nm处的发光强度分别为3700au和10000au，红橙比为2.70，对比例2制备的Al4B2O9:Eu3+发光材料在波长为592nm和615nm处的发光强度分别为2500au和6100au，红橙比为2.44。
上述结果表明，本发明方法制备的Al4B2O9:Eu3+发光材料分散性好，比传统高温固相法制备的Al4B2O9:Eu3+发光材料具有更高的发光强度和红橙比。

Claims (5)

1.一种棒状Al4B2O9:Eu3+发光材料的制备方法，其特征在于由下述步骤制成：
(1)制备前驱体(NH4)2[Al(B5O10)]·4H2O:Eu3+
将AlCl3·6H2O、H3BO3、尿素、Eu2O3、蒸馏水、吡啶按摩尔比为1:10～15:10～15:0.01～0.05:30～50:50～60混合均匀，将所得混合物转移到聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中进行水热反应，水热反应温度为160～180℃，反应时间为3～7天，将反应产物抽滤、洗涤、干燥，得到前驱体(NH4)2[Al(B5O10)]·4H2O:Eu3+；
(2)制备棒状Al4B2O9:Eu3+发光材料
将步骤(1)得到的前驱体(NH4)2[Al(B5O10)]·4H2O:Eu3+在800～1100℃下焙烧2～10小时，自然冷却至室温，得到棒状Al4B2O9:Eu3+发光材料。
2.根据权利要求1所述的棒状Al4B2O9:Eu3+发光材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，AlCl3·6H2O、H3BO3、尿素、Eu2O3、蒸馏水、吡啶的摩尔比为1:12～14:13～15:0.02～0.04:35～40:55～60。
3.根据权利要求1所述的棒状Al4B2O9:Eu3+发光材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，AlCl3·6H2O、H3BO3、尿素、Eu2O3、蒸馏水、吡啶的摩尔比为1:13:14:0.03:37:56。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的棒状Al4B2O9:Eu3+发光材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，水热反应温度为170℃、反应时间为5天。
5.根据权利要求1所述的棒状Al4B2O9:Eu3+发光材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，将步骤(1)得到的前驱体(NH4)2[Al(B5O10)]·4H2O:Eu3+在900～1000℃下焙烧7小时。
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