CN112280554A - 一种蓄能型环保发光材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发光材料技术领域，尤其涉及一种蓄能型环保发光材料及其制备方法。本发明公开了一种蓄能型环保发光材料，如式(Ⅰ)所示；Sr₂CaMgBaSiO₇:Eu²⁺ _m:R³⁺ _n式(Ⅰ)；其中，R为Dy、Tb或Nd,0.01≤m≤0.05,0.01≤n≤0.03。该蓄能环保发光材料无放射性物质，对人们身体没有伤害，对周围环境无污染，属于环保节能发光材料；该发光材料发光亮度高、发光时间长，耐水、耐酸碱性能优异。

Description

一种蓄能型环保发光材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及发光材料技术领域，尤其涉及一种蓄能型环保发光材料及其制备方法。

背景技术

长余辉蓄能型环保发光材料是一种自主发光功能性发光材料，在阳光、紫外光、杂散光、灯光等照射停止后仍可发光的材料。长余辉蓄能型环保发光材料的制品主要有发光塑料、发光涂料、发光玻璃、发光油漆、发光工艺品、发光陶瓷、发光橡胶、发光皮革、发光装饰品等，由于其独特的性能，被广泛应用在工艺饰品、建筑装饰、交通运输、消防安全军事设施和航空等领域。

根据发光材料的成分，长余辉蓄能型环保发光材料可分为：硫化物系列、碱土金属铝酸盐系列和硅酸盐系列3种。

硫化物系列发光材料为发光体的发光材料发光亮度低，持续时间短，只有十几分钟，不能满足许多领域的应用。为此，人们在发光涂料中加入少量放射性物质Co，Pm，虽可延长其发光时间，提高其亮度，但对人体和环境造成危害，使其应用受到限制。

20世纪90年代以来，人们发现了稀土金属铕、镝共激活的碱土金属铝酸盐型发光材料，此类发光材料具有其他发光材料无法比拟的优点，其余辉可达12h以上，无放射性，而且耐热、抗氧化性能好。但色彩单一，发光颜色主要是蓝绿色，且耐水性较差，耐酸碱性不强，在应用于发光涂料时需经表面包覆处理，极大的增加了制备成本，同时减弱了发光材料的发光亮度。

稀土掺杂硅酸盐系发光材料耐水性强、发光颜色范围宽，具有良好的化学稳定性和热稳定性，且高纯度SiO₂原料廉价易得，长期以来都是人们研究和开发的热点。现有的稀土掺杂硅酸盐体系发光材料发光性能特别是发光亮度和余辉时间尚未达到铝酸盐体系水平，且大部分成果目前还处于实验室研究阶段，要使其走向实际应用，仍需要更多的努力和探索。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种蓄能型环保发光材料及其制备方法，该蓄能型环保发光材料发光亮度高、发光时间长，耐水、耐酸碱性能优异，且环保节能。

其具体技术方案如下：

本发明提供了一种蓄能型环保发光材料，如式(I)所示；

Sr₂CaMgBaSiO₇:Eu²⁺ _m:R³⁺ _n 式(I)；

其中，R为Dy、Tb或Nd,0.01≤m≤0.05,0.01≤n≤0.03。优选地，m为0.01，n为0.02。

本发明提供的蓄能型环保发光材料为五元硅酸盐体系，无放射性物质，对人们身体没有伤害，对周围环境无污染，该材料属于环保节能发光材料；该发光材料发光亮度高、发光时间长，耐水、耐酸碱性能优异，无需进行有机或无机包覆处理。该发光材料可以应用在发光塑料、发光涂料、发光玻璃、发光油漆、发光工艺品、发光陶瓷、发光橡胶、发光皮革、发光装饰品等，可以将其应用在工艺饰品、建筑装饰、交通运输、消防安全军事设施和航空等领域。

本发明中，所述蓄能型环保发光材料的粒径为10～50μm，在该粒径范围内的发光材料具有吸光效果好，荧光强度大，粒径优选为20～30μm。

本发明还提供了一种蓄能型环保发光材料的制备方法，包括以下步骤：

将含Sr化合物、含Ca化合物、含Mg化合物、含Ba化合物、含Eu化合物、含硅化合物和含R化合物进行混合，在还原气体的氛围下进行培烧，得到蓄能型环保发光材料；

所述蓄能型环保发光材料如式(I)所示；

Sr₂CaMgBaSiO₇:Eu²⁺ _m:R³⁺ _n 式(I)；

其中，R为Dy、Tb或Nd,0.01≤m≤0.05,0.01≤n≤0.03。

本发明提供的蓄能型环保发光材料的制备方法简单，原料廉价易得，制备成本低，适合工厂大规模生产。

本发明中，所述含Sr化合物包括碳酸锶、氢氧化锶和氧化锶的一种或两种以上，优选为碳酸锶；

所述含Ca化合物包括碳酸钙、氢氧化钙和氧化钙中的一种或两种以上，优选为碳酸钙；

所述含Mg化合物包括碳酸镁、氢氧化镁和氧化镁中的一种或两种以上，优选为碳酸镁；

所述含Ba化合物包括碳酸钡、氢氧化钡和氧化钡中的一种或两种以上，优选为碳酸钡；

所述含Eu化合物包括氧化铕和/或碳酸铕，优选为氧化铕；

含硅化合物包括二氧化硅和/或碳酸硅；

所述含R化合物包括R的氧化物和/或R碳酸化物，优选为R的氧化物。

本发明中，优选将含Sr化合物、含Ca化合物、含Mg化合物、含Ba化合物、含Eu化合物、含硅化合物和含R化合物倒入行星球磨罐碾磨成粉末。

本发明中，所述碾磨的时间为2～4h；所述粉末的粒径为400～1000μm；所述含Sr化合物、含Ca化合物、含Mg化合物、含Ba化合物、含Eu化合物和含R化合物的摩尔比为2：1：1：1：1：(0.01～0.05)：(0.01～0.03)。

接着，将粉末在还原气体的氛围下进行培烧，得到蓄能型环保发光材料。

所述还原气体为氮气或惰性气体与氢气混合气体，所述混合气体中氢气的体积百分含量为2～10％，优选为5％；所述所述培烧具体为：在800～900℃下焙烧为2～3h，继续加热对1000～1100℃焙烧1～2h，优选在800℃下焙烧为2h，继续加热对1000℃焙烧1h。

本发明中，所述在还原气体的氛围下进行培烧前，还包括：加入助剂；所述助剂为五氧化二磷或硼酸，优选为五氧化二磷；所述含Ca化合物与所述助剂的摩尔比为(1：0.05)～(1：0.3)，优选为1：0.1。本发明助剂的加入有助于各原料的互熔，极大的提高了发光材料的初始亮度以及余辉时间，同时还改善了发光材料的发光性能。

本发明中，所述在还原气体的氛围下进行培烧前，还包括：加入光催化剂；所述光催化剂为二氧化钛。所述述含Ca化合物与所述光催化剂的摩尔比为(1：0.01)～(1：0.05)，优选为1：0.03。本发明加入少量二氧化钛，不仅优化了发光颜料的发光性能，还最大程度上提高了其对光的吸收和激发效率。

本发明中，助剂和光催化剂加入后，优选将混合物烘干，再置于还原气体的氛围下进行培烧。所述烘干优选在烘箱中进行，所述烘箱的温度为90～110℃。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明提供了一种蓄能型环保发光材料，如式(I)所示；Sr₂CaMgBaSiO₇:Eu²⁺ _m:R³⁺ _n式(I)；其中，R为Dy、Tb或Nd,0.01≤m≤0.05,0.01≤n≤0.03。该蓄能发光材料无放射性物质，对人们身体没有伤害，对周围环境无污染，属于环保节能发光材料；该发光材料发光亮度高、发光时间长，耐水、耐酸碱性能优异。由实验数据可知，该发光材料初始发光亮度可达到2867mcd/m²，余辉时间不少于12h。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施列中各原料和试剂均为市购。

下面结合实施例，进一步阐述本发明：

实施例1

本实施例为结构式为Sr₂CaMgBaSiO₇:Eu²⁺,Dy³⁺的蓄能型环保发光材料的制备，其具体制备步骤如下：

1)按照分子式2SrO·CaO·MgO·BaO·SiO₂·:Eu³⁺ _0.01:Dy³⁺ _0.02，将2当量的SrCO₃、1当量的CaCO₃、1当量的MgCO₃、1当量的BaCO₃、1当量的SiO₂、0.005当量的氧化铕Eu₂O₃和0.01当量的氧化镝Dy₂O₃，倒入行星球磨罐碾磨2.5h,，得到粒径为400～1000μm的粉末。

2)向步骤1)碾磨得到的粉末中添加0.1当量的五氧化二磷P₂O₅和0.03当量二氧化钛，放入烘箱内，在100℃下烘干。

3)通入含有5％氢气的氮气混合气体，在氢气还原作用下加热800℃左右焙烧2h，继续加热至1000℃焙烧1h，待冷却后磨成粒径为20～30μm的结构式为Sr₂CaMgBaSiO₇:Eu²⁺,Dy³⁺蓄能型环保发光材料。

实施例2

本实施例与实施例1不同的仅在于将步骤1)中的氧化镝Dy₂O₃分别替换为氧化铽Tb₂O₃，制得结构式为Sr₂CaMgBaSiO₇:Eu²⁺,Tb³⁺蓄能型环保发光材料。

实施例3

本实施例与实施例1不同的仅在于将步骤1)中的氧化镝Dy₂O₃替换为氧化钕Nd₂O₃，制得结构式为Sr₂CaMgBaSiO₇:Eu²⁺,Nd³⁺蓄能型环保发光材料。

实施例4

本实施例与实施例1不同的仅在于将步骤2)中的助剂五氧化二磷P₂O₅替换为硼酸。

实施例5

本实施例与实施例1不同的仅在于步骤2)中不添加光催化剂二氧化钛。

对比例1

本对比例与实施例4不同的仅在于不添加CaCO₃和BaCO₃，制得结构式为Sr₂MgSi₂O₇:Eu²⁺,Dy³⁺的蓄能型环保发光材料。

对比例2

本对比例与实施例4不同的仅在于不添加CaCO₃，制得结构式为BaMg₂Si₂O₇:Eu²⁺,Dy³⁺的蓄能型环保发光材料。

对比例3

本对比例与实施例4不同的仅在于不添加BaCO₃，制得结构式为CaSrMgSi₂O₇:Eu²⁺,Dy³⁺的蓄能型环保发光材料。

试验例

将实施例1～5和对比例1～3制得的蓄能型环保发光材料的各项物理化学性能参考国家标准GB/T 24980-2010和GB/T 24981.2-2010进行测试，测试结果见表1。

从表1的结果可以看出，相比于对比例1～3，实施例1～5制得的蓄能型环保发光材料的耐水性和耐酸碱性能好，发光亮度高，余辉时间长，说明本发明实施例五元硅酸盐体系的发光材料具有优异的发光亮度高、发光时间长，耐水、耐酸碱性能。相比于实施例1～3，未加入助剂的实施例4制得的发光材料初始发光亮度和余辉时间有所降低，未加入光催化剂的实施例5制得的发光材料初始发光亮度和余辉时间有所降低，说明本发明助剂和二氧化钛的加入可以有效提高发光材料的初始亮度和余辉时间。

表1实施例1～5和对比例1～3制得的蓄能型环保发光材料的性能测试结果

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种蓄能型环保发光材料，其特征在于，如式(Ⅰ)所示；

Sr₂CaMgBaSiO₇:Eu²⁺ _m:R³⁺ _n 式(Ⅰ)；

其中，R为Dy、Tb或Nd,0.01≤m≤0.05,0.01≤n≤0.03。

2.根据权利要求1所述的蓄能型环保发光材料，其特征在于，m为0.01，n为0.02。

3.根据权利要求1所述的蓄能型环保发光材料，其特征在于，所述蓄能型环保发光材料的粒径为10～50μm。

4.一种蓄能型环保发光材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将含Sr化合物、含Ca化合物、含Mg化合物、含Ba化合物、含Eu化合物、含硅化合物和含R化合物进行混合，在还原气体的氛围下进行培烧，得到蓄能型环保发光材料；

所述蓄能型环保发光材料如式(Ⅰ)所示；

Sr₂CaMgBaSiO₇:Eu²⁺ _m:R³⁺ _n 式(Ⅰ)；

其中，R为Dy、Tb或Nd,0.01≤m≤0.05,0.01≤n≤0.03。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述含Sr化合物包括碳酸锶、氢氧化锶和氧化锶中的一种或两种以上；

所述含Ca化合物包括碳酸钙、氢氧化钙和氧化钙中的一种或两种以上；

所述含Mg化合物包括碳酸镁、氢氧化镁和氧化镁中的一种或两种以上；

所述含Ba化合物包括碳酸钡、氢氧化钡和氧化钡中的一种或两种以上；

所述含Eu化合物包括氧化铕和/或碳酸铕；

含硅化合物包括二氧化硅和/或碳酸硅；

所述含R化合物包括R的氧化物和/或R碳酸化物。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述含Sr化合物、含Ca化合物、含Mg化合物、含Ba化合物、含Eu化合物和含R化合物的摩尔比为2：1：1：1：1：(0.01～0.05)：(0.01～0.03)。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述还原气体为氮气或惰性气体与氢气混合气体；

所述混合气体中氢气的体积百分含量为2～10％。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述培烧具体为：在800～900℃下焙烧为2～3h，继续加热至1000～1100℃焙烧1～2h。

9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述在还原气体的氛围下进行培烧前，还包括：加入助剂；

所述助剂为五氧化二磷或硼酸。

10.根据权利要求4～9任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述在还原气体的氛围下进行培烧前，还包括：加入光催化剂；

所述光催化剂为二氧化钛。