CN109837087A - 一种自激发荧光粉及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种自激发荧光粉及其制备方法。该荧光粉的化学通式为AGaSixGe(1‑x)O4，其中，A为Li、Na、K、Rb、Cs中的一种，0≤x≤1。该荧光粉的激发光谱在275nm处的深紫外区域，通过基质的调控可以实现光谱的移动进而实现发光颜色的改变。本发明还提供了上述荧光粉的制备方法。本发明的样品在不同环境条件处理后发光明暗交替变化，重复性好，可以作为一种新型的荧光探针来检测高温下氢气的浓度，还可以应用于光存储、光开关领域。
Description
技术领域
本发明涉及发光材料技术领域，具体地说涉及一种自激发荧光粉及其制备方法。
背景技术
近些年来，自激发发光荧光粉引起人们的广泛关注，其不需要掺杂昂贵的稀土离子，而且毒性低，对环境的污染较小。自激发发光材料在各个领域都有广泛的应用，像显示领域的CdSe、GaN等发光芯片、生物相容性较好的碳点等。我们发现自激发发光材料在热致发光领域又有了新的进展，而且由于发光的可逆性使其在光开关和光存储方面具有了较大的应用前景。
目前来说，最被人们广泛认可的光致变色材料是有机分子材料。然而这种材料耐热性能差，难以广泛应用于各个领域。因此，开发稳定的可重复性的发光材料显得格外重要。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种自激发荧光粉及其制备方法，以解决现有发光材料成本高和难以重复热致发光的问题。
本发明为实现以上目的所采用的技术方案如下：一种自激发荧光粉，该荧光粉的化学通式为AGaSixGe(1-x)O4，其中，A为Li、Na、 K、 Rb、Cs中的一种，0≤x≤1。
上述自激发荧光粉的制备方法，包括如下步骤：
a、按照化学通式AGaSixGe(1-x)O4中各元素的化学计量比分别称取A、Ga、Si、Ge的对应化合物为原料，其中，A为Li、Na、 K、 Rb、Cs中的一种，0≤x≤1；将称取的原料混合研磨后得到混合物；
b、将步骤a所得的混合物升温至1000-1300℃，并保温1-10小时，然后自然冷却至室温；
c、将样品取出后研磨，即得所述自激发荧光粉。
步骤a中，称取A的碳酸盐、Ga的氧化物、Si的氧化物、Ge的氧化物为原料。
步骤a中，研磨的时间为10-30分钟。
步骤b中，烧结气氛为空气或还原气氛。
步骤b中，升温速度为200℃/小时。
步骤c中，研磨的时间为10-30分钟。
本发明有益效果：
本发明通过高温固相法制备了自激发荧光粉，该荧光粉不需要掺杂价格昂贵的稀土离子即可实现近红外发光，通过基质的调控可以实现可见光范围内的光谱调制。该荧光粉的激发光谱在275nm处的深紫外区域，通过基质的调控可以实现光谱的移动进而实现发光颜色的改变，其斯托克斯位移大，抗干扰能力强，灵敏度高。
本发明的发射光波具有良好的穿透性，便于观察，其在不同环境条件处理后发光明暗交替变化（发射波长不变），重复性好，随着重复的次数并未使发光强度降低，体现出较强的稳定性，使其有望作为一种新型的光开关材料。
本发明制备方法简单，烧结温度低，材料本身无毒无害，对环境污染较小。
附图说明
图1是本发明实施例1所得荧光粉的X射线衍射图。
图2是本发明实施例1所得荧光粉的激发和发射光谱图。
图3是本发明实施例1-10中检测697nm处荧光粉强度变化图。
图4是本发明实施例11-16中的荧光粉发射光谱变化图。
具体实施方式
下面以具体实施例详细描述本发明中自激发荧光粉的制备方法。
实施例1：LiGaSiO4荧光粉的制备。
按照LiGaSiO4中各元素的化学计量比，分别称取碳酸锂0.0924g、氧化镓0.2343g、二氧化硅0.1502g。将所称取的碳酸盐和氧化物研磨均匀后置于刚玉坩埚中，并将坩埚放入马弗炉中，在空气气氛下进行热处理，热处理以200℃/小时的速度从常温升温至1100℃并保温10小时，接着自然降温至室温，研磨后获得自激发LiGaSiO4荧光粉，对该荧光粉进行表征，如图1-图3所示。
实施例2：LiGaSiO4荧光粉的重复热处理1。
将实施例1制得的荧光粉置于刚玉坩埚中，并将坩埚放入马弗炉中，在N2+H2气氛（N2/H2的体积比为90/10）下热处理，热处理以200℃/小时的速度从常温升温至900℃并保温10小时，接着自然降温至室温，研磨后获得一次重复热处理的LiGaSiO4荧光粉。
实施例3：LiGaSiO4荧光粉的重复热处理2。
将实施例2处理后的荧光粉置于刚玉坩埚中，并将坩埚放入马弗炉中，在空气气氛下热处理，热处理以200℃/小时的速度从常温升温至900℃并保温10小时，接着自然降温至室温，研磨后获得二次重复热处理的LiGaSiO4荧光粉。
实施例4：LiGaSiO4荧光粉的重复热处理3。
将实施例3处理后的荧光粉置于刚玉坩埚中，并将坩埚放入马弗炉中，在N2+H2气氛（N2/H2的体积比为90/10）下热处理，热处理以200℃/小时的速度从常温升温至900℃并保温10小时，接着自然降温至室温，研磨后获得三次重复热处理的LiGaSiO4荧光粉。
实施例5：LiGaSiO4荧光粉的重复热处理4。
将实施例4中处理后的荧光粉置于刚玉坩埚中，并将坩埚放入马弗炉中，在空气气氛下热处理，热处理以200℃/小时的速度从常温升温至900℃并保温10小时，接着自然降温至室温，研磨后获得四次重复热处理的LiGaSiO4荧光粉。
实施例6：LiGaSiO4荧光粉的重复热处理5。
将实施例5中处理后的荧光粉置于刚玉坩埚中，并将坩埚放入马弗炉中，在N2+H2气氛（N2/H2的体积比为90/10）下热处理，热处理以200℃/小时的速度从常温升温至900℃并保温10小时，接着自然降温至室温，研磨后获得五次重复热处理的LiGaSiO4荧光粉。
实施例7：LiGaSiO4荧光粉的重复热处理6。
将实施例6处理后的荧光粉置于刚玉坩埚中，并将坩埚放入马弗炉中，在空气气氛下热处理，热处理以200℃/小时的速度从常温升温至900℃并保温10小时，接着自然降温至室温，研磨后获得六次重复热处理的LiGaSiO4荧光粉。
实施例8：LiGaSiO4荧光粉的重复热处理7。
将实施例7处理后的荧光粉置于刚玉坩埚中，并将坩埚放入马弗炉中，在N2+H2气氛（N2/H2的体积比为90/10）下热处理，热处理以200℃/小时的速度从常温升温至900℃并保温10小时，接着自然降温至室温，研磨后获得七次重复热处理的LiGaSiO4荧光粉。
实施例9：LiGaSiO4荧光粉的重复热处理8。
将实施例8处理后的荧光粉置于刚玉坩埚中，并将坩埚放入马弗炉中，在空气气氛下热处理，热处理以200℃/小时的速度从常温升温至900℃并保温10小时，接着自然降温至室温，研磨后获得八次重复热处理的LiGaSiO4荧光粉。
实施例10：LiGaSiO4荧光粉的重复热处理9。
将实施例9处理后的荧光粉置于刚玉坩埚中，并将坩埚放入马弗炉中，在N2+H2气氛（N2/H2的体积比为90/10）下热处理，热处理以200℃/小时的速度从常温升温至900℃并保温10小时，接着自然降温至室温，研磨后获得九次重复热处理的LiGaSiO4荧光粉。
对实施例1-实施例10所制备的荧光粉进行相对亮度的测试，具体测试结果见表1。
实施例11：NaGaSiO4荧光粉的制备。
按照NaGaSiO4中各元素的化学计量比分别称取碳酸钠0.1325g、氧化镓0.2343g、二氧化硅0.1502g。将所称取的碳酸盐和氧化物研磨均匀后置于刚玉坩埚中，并将坩埚放入马弗炉中，在空气气氛下热处理，热处理为以200℃/小时的速度从常温升温至1100℃并保温10小时，接着自然降温至室温，冷却获得块状产物，将块状产物研磨后获得红色荧光粉NaGaSiO4。
实施例12：KGaSiO4荧光粉的制备。
按照KGaSiO4中各元素的化学计量比分别称取碳酸钾0.1728g、氧化镓0.2343g、二氧化硅0.1502g。将所称取的碳酸盐和氧化物研磨均匀后置于刚玉坩埚中，并将坩埚放入马弗炉中，在空气气氛下热处理，热处理为以200℃/小时的速度从常温升温至1100℃并保温10小时，接着自然降温至室温，冷却获得块状产物，将块状产物研磨后获得绿色荧光粉KGaSiO4。
实施例13：RbGaSiO4荧光粉的制备。
按照RbGaSiO4中各元素的化学计量比分别称取碳酸铷0.2887g、氧化镓0.2343g、二氧化硅0.1502g。将所称取的碳酸盐和氧化物研磨均匀后置于刚玉坩埚中，并将坩埚放入马弗炉中，在空气气氛下热处理，热处理为以200℃/小时的速度从常温升温至1100℃并保温10小时，接着自然降温至室温，冷却获得块状产物，将块状产物研磨后获得绿色荧光粉RbGaSiO4。
实施例14：CsGaSiO4荧光粉的制备。
按照CsGaSiO4中各元素的化学计量比分别称取碳酸铯0.2887g、氧化镓0.2343g、二氧化硅0.1502g。将所称取的碳酸盐和氧化物研磨均匀后置于刚玉坩埚中，并将坩埚放入马弗炉中，在空气气氛下热处理，热处理为以200℃/小时的速度从常温升温至1100℃并保温10小时，接着自然降温至室温，冷却获得块状产物，将块状产物研磨后获得绿色荧光粉CsGaSiO4。
实施例15：LiGaSi0.5Ge0.5O4荧光粉的制备。
按照LiGaSi0.5Ge0.5O4中各元素的化学计量比分别称取碳酸锂0.2887g、氧化镓0.2343g、二氧化硅0.0751g、氧化锗0.1308g,。将所称取的碳酸盐和氧化物研磨均匀后置于刚玉坩埚中，并将坩埚放入马弗炉中，在空气气氛下热处理，热处理为以200℃/小时的速度从常温升温至1100℃并保温10小时，接着自然降温至室温，冷却获得块状产物，将块状产物研磨后获得红色荧光粉LiGaSi0.5Ge0.5O4。
实施例16：LiGaGeO4荧光粉的制备。
按照LiGaGeO4中各元素的化学计量比分别称取碳酸锂0.0924g、氧化镓0.2343g、氧化锗0.2616g。将所称取的碳酸盐和氧化物研磨均匀后置于刚玉坩埚中，并将坩埚放入马弗炉中，在空气气氛下热处理，热处理为以200℃/小时的速度从常温升温至1100℃并保温10小时，接着自然降温至室温，冷却获得块状产物，将块状产物研磨后获得红色荧光粉LiGaGeO4。
将实施例11-实施例16所制备的荧光粉进行发射光谱的测试以检测样品颜色，具体测试结果见表2。
本发明图2可以看出实施例1荧光粉激发峰主要位于275nm的深紫外区域，发射峰位于697nm处的近红外区域，较大的斯托克斯位移使其信噪比得到提高。
如图3所示，根据本实施例1-10制备的荧光粉LiGaSiO4光强变化图。本发明产品可以通过不同环境条件的处理产生光强的交替变化，发光强度并没有随着重复的次数而降低，说明该材料可以被多次利用实现“开”和“关”的效果。
如图4所示，根据本实施例11-16制备的荧光粉的发射光谱图。本发明产品可以通过改变基质成分改变发光的颜色。
由上述实施例可知，本发明荧光粉的制备可在空气或还原气氛下进行，制得的荧光粉经多次热处理后发光强度不受影响，重复性好，这种可逆性的明暗交替使得其新型的光开关材料领域具有较好的应用前景。
Claims (7)
1.一种自激发荧光粉，其特征是，该荧光粉的化学通式为AGaSixGe(1-x)O4，其中，A为Li、Na、 K、 Rb、Cs中的一种，0≤x≤1。
2.一种自激发荧光粉的制备方法，其特征是，包括如下步骤：
a、按照化学通式AGaSixGe(1-x)O4中各元素的化学计量比分别称取A、Ga、Si、Ge的对应化合物为原料，其中，A为Li、Na、 K、 Rb、Cs中的一种，0≤x≤1；将称取的原料混合研磨后得到混合物；
b、将步骤a所得的混合物升温至1000-1300℃，并保温1-10小时，然后自然冷却至室温；
c、将样品取出后研磨，即得所述自激发荧光粉。
3.根据权利要求2所述的自激发荧光粉的制备方法，其特征是，步骤a中，称取A的碳酸盐、Ga的氧化物、Si的氧化物、Ge的氧化物为原料。
4.根据权利要求2所述的自激发荧光粉的制备方法，其特征是，步骤a中，研磨的时间为10-30分钟。
5.根据权利要求2所述的自激发荧光粉的制备方法，其特征是，步骤b中，升温速度为200℃/小时。
6.根据权利要求2所述的自激发荧光粉的制备方法，其特征是，步骤b中，烧结气氛为空气或还原气氛。
7.根据权利要求2所述的自激发荧光粉的制备方法，其特征是，步骤c中，研磨的时间为10-30分钟。
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| CN111154483A (zh) * | 2020-01-22 | 2020-05-15 | 河北大学 | 一种硅酸盐荧光粉及其制备方法和应用 |
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2019
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| CN111154483B (zh) * | 2020-01-22 | 2022-11-04 | 河北大学 | 一种硅酸盐荧光粉及其制备方法和应用 |
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