CN108822836B - 一种Eu2+和Eu3+铕离子混合激活的荧光粉、制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Eu2+和Eu3+铕离子混合激活的荧光粉、制备方法及应用,属于发光材料技术领域。本发明提供的荧光粉其化学式为Na2‑ 2xEu2xAl2B4O10,其中x为铕离子掺杂摩尔数,0.001≤x≤0.07;它的基质为Na2Al2B4O10,激活剂是铕离子,是Eu2+和Eu3+共存的混合。本发明提供的荧光粉的制备采用化学溶胶‑凝胶法合成,烧结在空气气氛中进行。荧光粉在紫外和近紫外光的激发下,可以得到从蓝光到白光的不同发光颜色。本发明制备工艺简单,尤其是对于制备设备的密封性要求不高,生产安全性好,成本低廉、无污染排放,得到的荧光粉为多色发光,且颜色连续可调。
Description
技术领域
本发明涉及一种Eu2+和Eu3+铕离子混合激活的荧光材料、制备方法及应用,属于无机发光材料技术领域。
背景技术
发光是稀土化合物光、电、磁三大功能中最突出的功能,受到人们极大的关注。稀土发光材料主要由基质和稀土离子激活剂组成,稀土发光材料具有优良的性能,例如,激发态的电子寿命比普通原子激发态寿命长得多、光谱线宽窄、可调谐荧光发射波长等。
在稀土离子之中,铕离子Eu是最重要的激活剂之一,同时具有+3和+2价两种价态,分别对应于f-f和d-f的电子跃迁。Eu3+离子以f-f跃迁为主,其发光的最大的特点是呈线状光谱,发光寿命在毫秒的范围,通常Eu3+离子激活的荧光粉是在空气气氛下烧结制备的。Eu2 +离子主要是d-f跃迁,其特点是发光呈宽带光谱,发光强度高,发光寿命极短(纳秒范围),其发光光谱随着基质组成和结构的变化,会发生极大的变化。通常Eu2+离子激活的荧光粉必须在还原的气氛下烧结制备。+3和+2价Eu铕离子单独激活的荧光粉受到了很大的关注,在发光和显示方面起着重要的作用。但目前,以Eu2+和Eu3+铕离子混合激活的以Na2Al2B4O10为基质材料的多色发光的荧光粉未见报道。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足,提供一种Eu2+和Eu3+铕离子混合激活的多色发光的荧光粉、制备方法及应用,所制备的荧光粉具有多色、高效,且制备工艺简单、无污染的特点。
为达到上述发明目的,本发明采用的技术方案是提供一种Eu2+和Eu3+铕离子混合激活的荧光粉,它以Na2Al2B4O10为基质,铕离子为激活剂,所述的铕离子为Eu2+和Eu3+混合共存;其化学式为Na2-2xEu2xAl2B4O10,其中,x为铕离子掺杂摩尔数,0.001≤x≤0.07。
本发明提供的Eu2+和Eu3+铕离子混合激活的荧光粉,在紫外光激发下,具有蓝光的宽带发射和红色的线状光谱。
本发明技术方案还包括如上所述的一种Eu2+和Eu3+铕离子混合激活的荧光粉的制备方法,步骤如下:
1.按化学式Na2-2xEu2xAl2B4O10中Na、Al、B和Eu的化学计量比,其中0.001≤x≤0.07,分别称取含有Na+、Al3+、B3+和Eu3+的化合物,将它们分别溶解于去离子水或稀硝酸溶液中,得到相应反应物的透明溶液;
2.将适量的柠檬酸络合剂分别添加到步骤1制备的各反应物的溶液中,在温度为70~90℃的搅拌条件下进行反应;
3.将步骤2制备的各溶液混合均匀,置于烘箱中烘干,得到蓬松的前驱体;
4.将步骤3制备的前驱体置于马弗炉中,在温度为700~850℃的条件下煅烧3~10小时,自然冷却到室温,得到一种Eu2+和Eu3+铕离子混合激活的荧光粉。
本发明技术方案中所述的含有钠离子Na+的化合物为硝酸钠NaNO3、碳酸钠Na2CO3中的一种;所述的含有铕离子Eu3+的化合物为氧化铕Eu2O3、硝酸铕Eu(NO3)3•6H2O中的一种;所述的含有铝离子Al3+的化合物为硝酸铝Al(NO3)3•9H2O、氢氧化铝Al(OH)3中的一种;所述的含有硼离子B3+的化合物为三氧化二硼B2O3、硼酸H3BO3中的一种。
本发明所述的一种Eu2+和Eu3+铕离子混合激活的荧光粉的应用,将其用作制备白光LED器件或等离子显示器的荧光材料。
与现有技术相比,本发明技术方案的有益效果是:
1.本发明提供的荧光粉以硼铝酸盐为基质,其结构刚性程度好,且具有良好的物理化学特性和热稳定性。
2.本发明提供的由Eu2+和Eu3+铕离子混合激活的荧光粉,在紫外光的激发下,二价的铕离子是蓝光的宽带发射,三价的铕离子则是红色的线状光谱,因此可以得多色的发光。
3.本发明技术方案中,二价铕离子的还原属于自还原,烧结气氛是空气,制备简单、尤其是对于制备设备的密封性要求很低,生产安全性好,成本低廉、无污染排放。
附图说明
图1为按本发明实施例1技术方案制备的Na1.94Eu0.06Al2B4O10样品的X射线粉末衍射图谱;
图2为按本发明实施例1技术方案制备的Na1.94Eu0.06Al2B4O10样品的SEM图;
图3为按本发明实施例1技术方案制备的Na1.94Eu0.06Al2B4O10样品在监控三价铕离子发光613纳米(图a)和二价铕离子485纳米(图b)下得到的激发光谱图;
图4为按本发明实施例1技术方案制备的Na1.94Eu0.06Al2B4O10样品在280纳米激发下的荧光光谱图;
图5~8分别为按本发明实施例2、3、4和5技术方案制备的各样品在280纳米激发下的荧光光谱图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步描述。
实施例1:
按化学式Na1.94Eu0.06Al2B4O10中各阳离子元素的化学计量比,分别称取反应物原料:硝酸钠NaNO3:1.65克,硝酸铕Eu(NO3)3•6H2O:0.268克,硝酸铝Al(NO3)3•9H2O:7.5克,硼酸H3BO3:2.48克,将它们分别溶于稀硝酸中,并加入适量的去离子水中,称取适量的络合剂柠檬酸,在各溶液中分别加入1.19克柠檬酸,在70℃水浴下磁力搅拌得到澄清溶液,再将各反应溶液混合均匀,放置于烘箱中,烘干得到前驱体;再将前躯体置于马弗炉中煅烧,烧结温度为700℃,煅烧时间为10小时,冷却至室温,取出并充分研磨即得到样品,其结构式为Na1.94Eu0.06Al2B4O10。
参见附图1,是按本实施例技术方案制备荧光粉Na1.94Eu0.06Al2B4O10的X射线粉末衍射图谱。测试结果显示,所制样品为结晶度完好的纯相。
参见附图2,是按本实施例技术方案制备样品Na1.94Eu0.06Al2B4O10的SEM图,显示颗粒细小均匀。
参见附图3,是按本实施例技术方案制备样品Na1.94Eu0.06Al2B4O10,在监控三价铕离子发光613纳米(图a)和二价铕离子485纳米(图b)下得到的激发光谱图。
参见附图4,是按本实施例技术方案制备样品Na1.94Eu0.06Al2B4O10,在280纳米激发下的荧光光谱图。在紫外光280纳米激发下,所制得材料能将二价和三价铕离子有效地激发而实现发光。
实施例2:
根据化学式Na1.98Eu0.02Al2B4O10中各阳离子元素的学计量比,分别称取碳酸钠Na2CO3:1.05克,硝酸铕Eu(NO3)3•6H2O:0.01克,硝酸铝Al(NO3)3•9H2O:7.5克,硼酸H3BO3:2.48克,称取适量的络合剂柠檬酸,将上述试剂分别溶于稀硝酸中,并加入适量的去离子水中,再加入1.656克柠檬酸,在90℃水浴下磁力搅拌得到澄清溶液;将得到的反应液混合后放置于烘箱中,烘干得到前驱体,将该前躯体置于马弗炉中煅烧,烧结温度为850℃,煅烧时间为3小时,冷却至室温,取出并充分研磨即得到样品。其结构性能、激发光谱和实施例1相似。
参见附图5,是按本实施例技术方案制备样品在280纳米激发下的荧光光谱图。所制得材料能将二价和三价铕离子有效地激发而实现发光。
实施例3:
根据化学式Na1.998Eu0.002Al2B4O10中各阳离子元素的学计量比,分别称取硝酸钠NaNO3:1.69克,氧化铕Eu2O3:0.004克,氢氧化铝Al(OH)3:1.56克,三氧化二硼B2O3:1.4克,将上述试剂分别溶于稀硝酸中,加入适量的去离子水中,并加入柠檬酸1.6克,在80℃水浴下磁力搅拌得到澄清溶液;将各反应液混合后放置于烘箱中,烘干得到前驱体,将该前躯体置于马弗炉中煅烧,烧结温度为800℃,煅烧时间为5小时,冷却至室温,取出并充分研磨即得到样品。
本实施例制备的样品,其结构性能、激发光谱和实施例1相似。
参见附图6,是按本实施例技术方案制备样品,在280纳米激发下的荧光光谱图。在紫外光激发下,所得材料能有效地将二价和三价铕离子激发而实现发光。
实施例4:
根据化学式Na1.9Eu0.1Al2B4O10中各阳离子元素的学计量比,分别称取硝酸钠Na2NO3:1.62克,硝酸铕Eu(NO3)3•6H2O:0.45克,硝酸铝Al(NO3)3•9H2O:7.5克,硼酸H3BO3:2.48克;将上述试剂溶于稀硝酸中,并加入适量的去离子水中,再加入1.8克柠檬酸,将上述各溶液在85℃水浴下磁力搅拌得到澄清溶液,混合后放置于烘箱中,烘干得到前驱体,将该前躯体置于马弗炉中煅烧,烧结温度为780℃,煅烧时间为6小时,冷却至室温,取出并充分研磨即得到样品。其结构性能、激发光谱和实施例1相似。
参见附图7,是按本实施例技术方案制备样品在280纳米激发下的荧光光谱图。所制得材料能将二价和三价铕离子有效地激发而实现发光。
实施例5
根据化学式Na1.86Eu0.14Al2B4O10中各阳离子元素的学计量比,分别称取硝酸钠Na2NO3:1.58克,硝酸铕Eu(NO3)3•6H2O:0.63克,硝酸铝Al(NO3)3•9H2O:7.5克,硼酸H3BO3:2.48克,将上述试剂溶于稀硝酸中,加入适量的去离子水中,再加入柠檬酸1.83克。将上述各溶液混合后,在80℃水浴下磁力搅拌得到澄清溶液,放置于烘箱中,烘干得到前驱体,将该前躯体置于马弗炉中煅烧,烧结温度为800℃,煅烧时间为6小时,冷却至室温,取出并充分研磨即得到样品。其结构性能、激发光谱和实施例1相似。
参见附图8,是按本实施例技术方案制备样品在280纳米激发下的荧光光谱图。所制得材料能有效地将二价和三价铕离子激发而实现发光。
Claims (7)
1.一种Eu2+和Eu3+铕离子混合激活的荧光粉,其特征在于:它以Na2Al2B4O10为基质,铕离子为激活剂,所述的铕离子为Eu2+和Eu3+混合共存;其化学式为Na2-2xEu2xAl2B4O10,其中,x为铕离子掺杂摩尔数,0.001≤x≤0.07。
2.如权利要求1所述的一种Eu2+和Eu3+铕离子混合激活的荧光粉的制备方法,其特征在于包括如下步骤:
(1) 按化学式Na2-2xEu2xAl2B4O10中Na、Al、B和Eu的化学计量比,其中0.001≤x≤0.07,分别称取含有Na+、Al3+、B3+和Eu3+的化合物,将它们分别溶解于去离子水或稀硝酸溶液中,得到相应反应物的透明溶液;
(2) 将适量的柠檬酸络合剂分别添加到步骤(1)制备的各反应物的溶液中,在温度为70~90℃的搅拌条件下进行反应;
(3) 将步骤(2)制备的各溶液混合均匀,置于烘箱中烘干,得到蓬松的前驱体;
(4) 将步骤(3)制备的前驱体置于马弗炉中,在温度为700~850℃的条件下煅烧3~10小时,自然冷却到室温,得到一种Eu2+和Eu3+铕离子混合激活的荧光粉。
3.根据权利要求2所述的一种Eu2+和Eu3+铕离子混合激活的荧光粉的制备方法,其特征在于:所述的含有钠离子Na+的化合物为硝酸钠NaNO3、碳酸钠Na2CO3中的一种。
4.根据权利要求2所述的一种Eu2+和Eu3+铕离子混合激活的荧光粉的制备方法,其特征在于:所述的含有铕离子Eu3+的化合物为氧化铕Eu2O3、硝酸铕Eu(NO3)3•6H2O中的一种。
5.根据权利要求2所述的一种Eu2+和Eu3+铕离子混合激活的荧光粉的制备方法,其特征在于:所述的含有铝离子Al3+的化合物为硝酸铝Al(NO3)3•9H2O、氢氧化铝Al(OH)3中的一种。
6.根据权利要求2所述的一种Eu2+和Eu3+铕离子混合激活的荧光粉的制备方法,其特征在于:所述的含有硼离子B3+的化合物为三氧化二硼B2O3、硼酸H3BO3中的一种。
7.如权利要求1所述的一种Eu2+和Eu3+铕离子混合激活的荧光粉的应用,其特征在于:用作制备白光LED器件或等离子显示器的荧光材料。
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