CN112608751A - 一种新型机械发光荧光粉及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种新型机械发光荧光粉及其制备方法，属于发光材料制备应用技术领域。本发明提供了一种荧光粉，其化学式为Na3Sc2(PO4)3:xEu2+，其中0.1≤x≤0.35，通过固相反应法制备了纯的荧光粉，在施加应力是可以诱导相变过程形成单斜β相中的浅层缺陷，实现机械发光。本发明制备的荧光粉在365nm辐射后具有机械发光发射。本发明提供的制备方法工艺简单，产品性能稳定，适合工业化生产。
Description
技术领域
本发明提供一种新型机械发光荧光粉及其制备方法，属发光材料制备应用技术领域。
背景技术
在过去报道的所有发光材料中，研究最广泛的是光致发光材料。在这类材料中，通过用紫外/可见光照射来实现发射。光致发光材料多以掺入稀土活化剂的晶体化合物为基础实现。这类光致发光材料的一个突出类别是长效荧光粉或持久发光材料。在持久性发光材料中，电荷载流子通常存储在陷阱或缺陷中；它们最终会通过提供某种形式的能量来解除陷阱。具有这种缺陷/陷阱的材料会对荧光粉的效率产生负面影响，因为将电荷载流子储存在非功能缺陷/陷阱中需要大量的能量。在持久性发光材料中，一些浅层陷阱往往需要利用环境温度下可用的热能，这个过程是缓慢的。而当发生机械变形时，往往会产生发射。这类材料被称为机械发光材料。
一般来说，机械发光（mechanoluminescence，ML）大致可分为三种类型：弹性发光、塑性发光和断裂发光。顾名思义，弹性发光是由材料的弹性变形引起的发光。塑性发光是指材料的塑性变形所引起的发光,而断裂发光是指材料在应力作用下发生断裂所表现出来的发光。在这三种类型的ML中，断裂发光是最常见的一种，因为它的起源在于化学键的断裂所带来的能量变化。因此，它的应用仅限于感知这种断裂、损伤或断裂，而断裂发光材料直接参与其中。塑性发光材料由于能够应用于传感器中，应用范围更广，但仅限于一次性观察和使用。但是，弹性发光材料由于能够监测周期性和周期性的活动、重复性的事件等，因此具有很强的实用性。这种弹性发光一般在晶体材料中得到，这些材料作为负责发射的电荷载体的存储单元。因此，具有丰富的缺陷/陷阱的材料才有可能成为优质的ML材料。但缺点是在室温下不需要使用的时候也会有一个缓慢损失。因此需要研发一种不表现出持久性发光，但可以机械发光的材料。
发明内容
1. 为了解决上述问题，本发明提供了一种新型机械发光荧光粉及其制备方法。本发明提供了一种荧光粉，其化学式为Na3Sc2(PO4)3:xEu2+，其中0.1≤x≤0.35，通过固相反应法制备了纯的荧光粉，在施加应力是可以诱导相变过程形成单斜β相中的浅层缺陷，实现机械发光。本发明制备的荧光粉在365nm辐射后具有机械发光发射。本发明提供的制备方法工艺简单，产品性能稳定，适合工业化生产。
2. 本发明的技术方案如下：
按照化学计量比称量纯度大于99.9%的Sc2O3、Eu2O3、Na3PO4和NH4H2PO4作为原料。在丙酮中研磨混合。然后将混合后的原料在马弗炉中以300~500℃的温度煅烧2~5小时，自然冷却至室温后再次研磨；然后在N2/H2体积比为3~5的还原气氛下，以1200~1350℃的温度煅烧2~5小时；最后将煅烧后的粉体进行研磨，得到所述荧光粉。
有益效果
1.本发明提供的荧光粉制备的荧光粉在365nm辐射后具有机械发光发射。。
2.本发明提供的方法在制备荧光粉的过程中，选用高纯的原料粉体，并严格控制杂质的引入，非常适合用于高纯荧光粉的制备。
3.本发明提供的荧光粉的制备方法，产量和产率高，制备过程简单，对制备时间安排要求不苛刻，可有效提高产量和降低生产成本，非常适合工业化生产。
附图说明
图1(a)实施例1制备荧光粉的三维结构示意图和(b)XRD图谱；
图2实施例1制备粉体的SEM和TEM图像；(a)为荧光粉的SEM图像；(b)(c)分别为TEM图像及其放大图像；(d)为TEM的局部衍射图像；
图3实施例1制备荧光粉在365nm辐射后的机械发光强度曲线。
具体实施方式
下面结合具体实例对本发明做进一步的说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1：Na3Sc2(PO4)3:0.1Eu2+
按照化学计量比称量纯度大于99.9%的Sc2O3、Eu2O3、Na3PO4和NH4H2PO4作为原料。在丙酮中研磨混合。然后将混合后的原料在马弗炉中以300℃的温度煅烧5小时，自然冷却至室温后再次研磨；然后在N2/H2体积比为3的还原气氛下，以1350℃的温度煅烧2小时；最后将煅烧后的粉体进行研磨，得到所述荧光粉。
实施例2：Na3Sc2(PO4)3:0.2Eu2+
按照化学计量比称量纯度大于99.9%的Sc2O3、Eu2O3、Na3PO4和NH4H2PO4作为原料。在丙酮中研磨混合。然后将混合后的原料在马弗炉中以500℃的温度煅烧2小时，自然冷却至室温后再次研磨；然后在N2/H2体积比为5的还原气氛下，以1200℃的温度煅烧5小时；最后将煅烧后的粉体进行研磨，得到所述荧光粉。
实施例3：Na3Sc2(PO4)3:0.35Eu2+
按照化学计量比称量纯度大于99.9%的Sc2O3、Eu2O3、Na3PO4和NH4H2PO4作为原料。在丙酮中研磨混合。然后将混合后的原料在马弗炉中以300~500℃的温度煅烧3小时，自然冷却至室温后再次研磨；然后在N2/H2体积比为4的还原气氛下，以1300℃的温度煅烧4小时；最后将煅烧后的粉体进行研磨，得到所述荧光粉。
以实施例1为例，由图1中的XRD图谱可以看出，通过本发明提供的方法成功合成了纯的Na3Sc2(PO4)3:0.2Eu2+荧光粉，具体如图1（b）所示。在荧光粉的结构示意图1(a)中，Na+离子占据了所有三个可用的间隙位置，随着温度的升高会发生阳离子无序化，从而导致结构转变，伴随着缺陷的形成。由于Na+和Eu2+活化剂离子的离子尺寸相当， Eu2+活化剂离子将占据所有可能的Na+位点。此外，根据图2（a）和图2（b）荧光粉的SEM、TEM图像显示，样品由表面光滑的颗粒组成，尺寸在2～5μm之间，有团聚现象且每一个团聚的颗粒都由许多较小的结晶组成，尺寸在200～300nm之间。图2(c)和(d)分别显示了TEM图像和相应的选择区域的衍射图像，TEM图像再次证明，荧光粉颗粒是由许多结晶组成的，衍射图案显示出单斜相的（200）和（202）平面。这些结果与粉末样品的XRD图案一致，证明了样品的高结晶度。图3显示了在365nm辐射后的荧光粉当受到不同的冲击速度时，荧光粉的机械发射强度随时间的变化。在受到冲击后，样品的ML强度急剧增加，证明了其机械发光的特性，因此非常适合作为传感器等机械发光应用中的材料。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。
Claims (2)
1. 一种新型机械发光荧光粉的制备方法，其特征在于，所制备的荧光粉满足下式所示组分：
Na3Sc2(PO4)3:xEu2+
其中0.1≤x≤0.35；采用固态反应法制备，具体步骤如下：
按照化学计量比称量纯度大于99.9%的Sc2O3、Eu2O3、Na3PO4和NH4H2PO4作为原料；在丙酮中研磨混合，然后将混合后的原料在马弗炉中以300~500℃的温度煅烧2~5小时，自然冷却至室温后再次研磨；然后在N2/H2体积比为3~5的还原气氛下，以1200~1350℃的温度煅烧2~5小时；最后将煅烧后的粉体进行研磨，得到所述荧光粉。
2.一种新型机械发光荧光粉，其特征在于，按权利要求1所述的制备方法制备而成，制备的荧光粉在365nm辐射后具有机械发光发射。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN113583676A (zh) * | 2021-08-10 | 2021-11-02 | 山东大学 | 一种宽带近红外发光材料及其制备方法和应用 |
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Non-Patent Citations (2)
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| HA JUN KIM等: "A new mechanoluminescence phosphor Na3Sc2(PO4)3:Eu2+: Phase transition-assisted defect formation in a polymorphic composition", vol. 46, pages 12138, XP086114135, DOI: 10.1016/j.ceramint.2020.01.259 * |
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| CN113583676A (zh) * | 2021-08-10 | 2021-11-02 | 山东大学 | 一种宽带近红外发光材料及其制备方法和应用 |
| CN113583676B (zh) * | 2021-08-10 | 2022-05-31 | 山东大学 | 一种宽带近红外发光材料及其制备方法和应用 |
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