CN108690616A - 一种微波辅助制备亚微米球状氧化钇铕红色荧光粉的方法 - Google Patents

一种微波辅助制备亚微米球状氧化钇铕红色荧光粉的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种制备亚微米球状氧化钇铕红色荧光粉的方法，以氯化钇、氯化铕溶液为料液，Ln3+(Ln＝Y+Eu)浓度为0.05～0.25mol·L‑1；以尿素为沉淀剂，浓度为0.5～5mol·L‑1；将上述料液与沉淀剂混合均匀，进行微波辅助共沉淀，得到沉淀物；再将所得沉淀物依次进行热过滤、洗涤、干燥；然后进行热分解，最后冷却至室温，得到氧化钇铕红色荧光粉。本发明得到的氧化钇铕荧光粉为球状，形貌规整，分散性好，晶化程度高，因而其单位体积的堆密度大而且光散射损失小，激发光谱无杂峰，发光强度大，发光纯度高，荧光寿命长。

Description

一种微波辅助制备亚微米球状氧化钇铕红色荧光粉的方法
技术领域
本发明属于材料制备技术领域，涉及一种特殊物理性能稀土氧化物粉体及发光材料制备技术领域。具体涉及一种以氯化钇、氯化铕溶液为原料，采用微波外场辅助均相共沉淀法制备亚微米球状氧化钇铕红色荧光粉的方法。
背景技术
荧光材料是在一定波长(通常为200～400nm)的光照下向外发出某种颜色可见光(通常是波长为400～800nm的可见光)的材料。现代荧光材料在制作发光油墨、发光涂料、发光塑料、发光印花浆、有机颜料、光学增白剂、光氧化剂、涂料、化学及生化分析、太阳能捕集器、防伪标记、药物示踪及激光等领域均具有广泛应用。
氧化钇铕(Y2O3:Eu3+)红色荧光粉，因其高光效，优异的色纯度、稳定的物化性质、光衰特性及合适的发射波长，被广泛用于三基色节能灯、等离子体显示器PDP、阴极射线管CRT、场发射显示器FED等照明及显示器件以及白色LED原料。
对于氧化钇铕荧光粉制备工艺，目前有火法与湿法两种制备工艺。采用火法制备得到的氧化钇铕荧光粉存在工艺流程长、合成温度高、分散性能差、粉体粒径大且需球磨与分级等缺点；而目前工业上采用的草酸液相共沉淀制备荧光粉的方法，虽避免了球磨与分级等工序，但其仍存在工序复杂，需要采用纯氧化钇、氧化铕重新用硝酸溶解并二次结晶的工序；且其得到的氧化钇铕颗粒粒径较大，形貌不规整且分散性能较差、晶化程度不高等问题。
发明内容
发明目的：本发明为克服现有湿法制备的氧化钇铕红色荧光粉粒径大、粒度分布不均一、形貌不够规整且分散性能较差、晶化程度不高，制备工艺流程长等缺点，提供一种可以直接利用稀土萃取分离的氯化钇、氯化铕为原料，达到简化工艺流程、降低制备成本的方法；且使之获得的氧化钇铕荧光粉涂覆性能好而发光性能高。
发明原理：微波是波长介于1～1000mm，频率介于300MHz～300GHz之间特殊的宽频短波的电磁波，具有的穿透、反射以及吸收的能力来源于其独特的波长及频率。微波加热的原理是通过微波辐射，是溶液或固体内部的分子、原子或者离子等极性分子因吸收微波获得能量，从而加剧了物体内部微粒的运动，加大了微粒间碰撞的几率，进而导致溶液或固体的温度升高，从而造成的温度梯度极小。因其加热方式较传统的热传递不同，是通过内部分子相互碰撞产生热能，避免了“冷中心”的出现，微波的作用并不仅仅局限于对物体加热，微波辐射，还能使反应物的活化熵增加，在特定水平下有效提升了反应物活性，以数量级倍数形式加快了反应速度，从而解决了传统的均相沉淀反应速度慢的问题。
微波的引入，有利于溶液在瞬间加热，“内加热”方式有助于减小溶液中存在的温度梯度，消除浓度偏析现象，进而促进晶核的形成与长大，但由于微波直接作用于溶液中存在的离子上，使得晶核的形成速率远大于其长大速率，使制备获得的沉淀颗粒粒径更细小而粒径均匀；同时微波辐射的能量作用于荧光粉前驱体微粒上，使其晶化程度提高从而发光强度与荧光寿命都得到提升。
技术方案：本发明所述的一种制备亚微米球状氧化钇铕红色荧光粉的方法，以氯化钇、氯化铕溶液为料液，Ln3+(Ln＝Y+Eu)浓度为0.05～0.25mol·L-1；以尿素为沉淀剂，浓度为0.5～5mol·L-1；将上述料液与沉淀剂混合均匀，进行微波辅助共沉淀，得到沉淀物；再将所得沉淀物依次进行热过滤、洗涤、干燥；然后进行热分解，最后冷却至室温，得到氧化钇铕红色荧光粉。
具体的，所述的氯化钇溶液、氯化铕溶液，其中Y3+、Eu3+的质量比为1:0.05～0.1，优选0.93:0.07。
具体的，所述的微波处理，其微波反应条件为：微波功率强度为300～1000W·L-1，反应温度80～95℃，反应时间0.5～1h。优选微波功率强度为1000W·L-1，反应温度80℃，反应时间0.75h
具体的，所述的CO(NH2)2溶液添加量为：CO(NH2)2(mol)/Ln3+(mol)＝10～20。优选16。
具体的，所述的热过滤为后立即过滤，无需陈化。
具体的，所述的洗涤为采用去离子水洗涤3次。
具体的，所述的干燥为在80～120℃下干燥2～4h。优选80℃下干燥3h。
具体的，所述的热分解为温度900～1200℃下进行热分解1～3h。优选1000℃下进行热分解2h。
具体的，本发明所述的氧化钇铕荧光粉为0.2～0.5μm球状。
有益效果：本发明采用微波外场辐射加热，充分利用微波内加热及分子搅拌特性，促进反应物间化学键的断裂以及晶格重排，获得的氧化钇铕前驱体为单分散的亚微米级球状，晶化程度高而表面光滑，可避免氯离子等杂质的机械夹杂而化学纯度高，因而可以直接利用稀土萃取分离的氯化钇、氯化铕为原料制备荧光级高纯氧化钇铕，从而达到简化工艺流程、降低制备成本的目的；
本发明得到的氧化钇铕荧光粉为球状，形貌规整，分散性好，晶化程度高，因而其单位体积的堆密度大而且光散射损失小，激发光谱无杂峰，发光强度大，发光纯度高，荧光寿命长；
与普通外加热的均相共沉淀法相比，本发明得到的氧化钇铕荧光粉球化率及分散度显著提高；与现有工业草酸共沉淀得到的3～5μm片状氧化钇铕荧光粉相比，本发明得到的产物为0.2～0.5μm球状，粒径缩小90％，且粒径分布窄，形貌规整，因而其涂覆性能显著提高。
附图说明
图1为本发明的技术流程图。
图2为不同热分解温度下产物的X-射线衍射(XRD)图
图3为氧化钇铕前驱体粉体的TG—DTG曲线
图4为不同热分解温度下的发射光谱图
图5为614nm监控下的Y2O3：Eu3+的激发光谱图。
图6为实施例1的产物扫描电子显微镜(SEM)图。
图7为与实施例1对比的普通外加热均相共沉淀法获得的产物扫描电子显微镜(SEM)图。
图8为与实施例1对比的现有工业采用的草酸共沉淀法获得的产物扫描电子显微镜(SEM)图。
图9为实施例2的产物扫描电子显微镜(SEM)图。
图10为实施例3的产物扫描电子显微镜(SEM)图。
具体实施方式：
下面结合附图和实施对本发明做进一步的说明
实施例1
取0.25mol·L-1的氯化钇铕溶液与4mol·L-1等体积的尿素溶液，将其充分混合；后将其放入微波反应器的反应室内，控制微波功率强度1000W·L-1，反应时间0.75h，反应温度80℃，得到氧化钇铕前驱体；待反应结束将其过滤并用去离子水洗涤3次得到滤饼；将前驱体在80℃下干燥3h后于温度1000℃进行热分解，保温时间2h，冷却至室温，得到氧化钇铕红色荧光粉。制备得到的氧化钇的SEM图如图6所示，结合得到的SEM图，通过Image Tool软件，得到氧化钇纳米球本体的平均粒径(本发明所涉及到的平均粒径均为通过该方法计算得到)，平均粒径约为0.21μm，发射波长为615nm，呈红光。
如图2所示，得到产物为体心立方结构氧化钇，EDS分析表明，Eu3+所占比重为7％，图谱中并没有出现Eu2O3的衍射峰，说明含量较少的Eu3+已经完全进入了Y2O3的晶格中。
如图3所示，前驱体完全热分解温度为740℃。
如图4所示，表明不同热分解温度下的荧光发射的波长。
图7为与实施例1对比的普通外加热均相共沉淀法获得的产物扫描电子显微镜(SEM)图。显然，本发明得到的氧化钇铕荧光粉球化率及分散度显著提高。
图8为与实施例1对比的现有工业采用的草酸共沉淀法获得的产物扫描电子显微镜(SEM)图。与现有工业草酸共沉淀得到的3～5μm片状氧化钇铕荧光粉相比，本发明得到的产物为0.2～0.5μm球状，粒度缩小90％，粒径分布更窄，形貌更规整，因而涂覆性能显著提高。
实施例2
取0.05mol·L-1的氯化钇铕溶液与1mol·L-1等体积的尿素溶液，将其充分混合；后将其放入微波反应器的反应室内，控制微波功率强度600W·L-1，反应时间1h，反应温度90℃，得到氧化钇铕前驱体；待反应结束将其过滤并用去离子水洗涤3次得到滤饼；将前驱体在100℃下干燥2.5h后于温度900℃进行热分解，保温时间3h，冷却至室温，得到氧化钇铕红色荧光粉。制备得到的氧化钇的SEM图如图9所示，平均粒径约为0.28μm，发射波长为613nm，呈红光。
实施例3
取0.02mol·L-1的氯化钇铕溶液与2mol·L-1等体积的尿素溶液，将其充分混合；后将其放入微波反应器的反应室内，控制微波功率强度800W·L-1，反应时间0.5h，反应温度95℃，得到氧化钇铕前驱体；待反应结束将其过滤并用去离子水洗涤3次得到滤饼；将前驱体在120℃下干燥2h后于温度1100℃进行热分解，保温时间3h，冷却至室温，得到氧化钇铕红色荧光粉。制备得到的氧化钇的SEM图如图10所示，平均粒径约为0.25μm，发射波长为614nm，呈红光。
综上所述，本发明方法工艺流程简化，制备效率高，所得氧化钇铕红色荧光粉形貌可控为均分散的球状，粒径在0.2～0.5μm亚微米级范围内，荧光粉的波长在613～617之间，色度纯正，发光及涂覆性能均优于现有工业产品。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的构思的前提下，所作的任何修改、改进等、均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种制备亚微米球状氧化钇铕红色荧光粉的方法，其特征在于以氯化钇、氯化铕溶液为料液，Ln3+(Ln＝Y+Eu)浓度为0.05～0.25mol·L-1；以尿素为沉淀剂，浓度为0.5～5mol·L-1；将上述料液与沉淀剂混合均匀，进行微波辅助共沉淀，得到沉淀物；再将所得沉淀物依次进行热过滤、洗涤、干燥；然后进行热分解，最后冷却至室温，得到氧化钇铕红色荧光粉。
2.根据权利要求1所述的制备亚微米球状氧化钇铕红色荧光粉的方法，其特征在于所述的氯化钇溶液、氯化铕溶液，其中Y3+、Eu3+的质量比为1:0.05～0.1。
3.根据权利要求1所述的制备亚微米球状氧化钇铕红色荧光粉的方法，其特征在于所述的微波处理，其微波反应条件为：微波功率强度为300～1000W·L-1，反应温度80～95℃，反应时间0.5～1h。
4.根据权利要求1所述的制备亚微米球状氧化钇铕红色荧光粉的方法，其特征在于所述的CO(NH2)2溶液添加量为：CO(NH2)2(mol)/Ln3+(mol)＝10～20。
5.根据权利要求1所述的制备亚微米球状氧化钇铕红色荧光粉的方法，其特征在于所述的热过滤为后立即过滤，无需陈化。
6.根据权利要求1所述的制备亚微米球状氧化钇铕红色荧光粉的方法，其特征在于所述的洗涤为采用去离子水洗涤3次。
7.根据权利要求1所述的制备亚微米球状氧化钇铕红色荧光粉的方法，其特征在于所述的干燥为在80～120℃下干燥2～4h。
8.根据权利要求1所述的制备亚微米球状氧化钇铕红色荧光粉的方法，其特征在于所述的热分解为温度900～1200℃下进行热分解1～3h。
9.根据权利要求1所述的制备亚微米球状氧化钇铕红色荧光粉的方法，其特征在于所述的氧化钇铕荧光粉为0.2～0.5μm球状。
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