CN1285704C - 一种纳米荧光粉的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种纳米荧光粉的制备方法,纳米荧光粉为化合物,其化学式组成为:Zn2-x-ySiO4:xMn,yEr,其中,0.01≤x≤0.15,0.0001≤y≤0.001。本发明方法采用Mn2+、Er3+作为共激活剂,可以极大地提高荧光粉产品的量子发光效率,热稳定性好,寿命长,满足彩色PDP对荧光粉发光性能的要求;同时对缩短荧光粉的余辉时间也起到了一定的作用。本发明纳米荧光粉颗粒细小(粒径30-100nm)、分散性良好、发光性能优越。对传统的绿色荧光粉余辉时间长这一缺陷,本发明采用增加Mn2+的用量以及采用Mn2+与Er3+共激活手段来加以克服,以满足彩色PDP对余辉时间性能的要求。

Description

一种纳米荧光粉的制备方法
技术领域
本发明涉及发光材料技术领域,特别是在彩色等离子显示屏(PDP)、紧凑型节能灯、无汞霓虹灯、液晶显示等新型背光源中使用的荧光粉的制备方法。
技术背景
随着科学技术的突飞猛进和人们需求的不断提高,一种新型平板显示器—彩色等离子平板显示器(PDP)发展迅速,成为最有希望的大屏幕高清晰度的平板显示技术。PDP具有大尺寸、重量轻及平板化等优点。PDP工作原理是惰性气体放电产生的紫外线来激发三基色荧光粉发光,因此在PDP产业中,除了驱动电路外,最重要的就是发光材料,即荧光粉。在PDP中惰性气体发射的波长位于真空紫外(VUV),为147nm,因此要求在此条件下性能良好的荧光粉来满足PDP产业的需求,但目前绝大多数PDP厂家仍沿用传统的灯用荧光粉,造成了彩色PDP的性能不完善,例如:当前PDP厂家采用的市场销售绿色荧光粉,存在颗粒不均匀、颗粒偏大等不能很好满足工业生产制屏工艺发展的需要;特别是发光余辉时间偏长、不利于显示屏图像的动态显示等系列问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:提供一种纳米荧光粉的制备方法,该纳米荧光粉颗粒细小均匀、发光效率高、余辉时间短、热稳定性好和寿命长。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是:
一种纳米荧光粉的制备方法,纳米荧光粉为化合物,其化学式组成为:
Zn2-x-ySiO4:xMn,yEr
其中:0.01≤x≤0.15,0.0001≤y≤0.001;
它的颗粒粒径30-100nm。
其步骤包括:
(1)按可溶性锌盐或氧化锌/正硅酸乙酯=1.85~1.99∶1、可溶性锰盐/氧化铒=20~3000∶1、可溶性锌盐或氧化锌/可溶性锰盐=5~40∶1的摩尔数比,精确称量可溶性锌盐或氧化锌、正硅酸乙酯、可溶性锰盐、氧化铒;
(2)将可溶性锌盐或氧化锌、可溶性锰盐、氧化铒混合放入容器中;
(3)向上述容器中加入1∶1的硝酸,加热搅拌至沸腾,并使容器内的物质充分溶解;每1克可溶性锌盐或氧化锌、可溶性锰盐、氧化铒固体总质量,加入4~10毫升1∶1的硝酸;
(4)加入蒸馏水,并加入助溶剂——硼酸,对容器内的混合液进行稀释;
(5)向混合液中滴加正硅酸乙酯,搅拌均匀后放入60-90℃的水浴装置中,使之胶溶至透明、球形溶胶生成;
(6)将所得的上述溶胶置于90~150℃的远红外干燥箱中,使之转变成干凝胶;
(7)将所得的干凝胶在400~800℃的马弗炉中进行热处理1~4小时;
(8)将热处理所得的前驱体冷却后,置于800~1200℃的氢氮气氛炉中,在保证还原气氛充足的条件下烧结1~4小时,得到前期荧光粉产品;氢氮气氛炉中含H210~25%、N275~90%;
(9)向上述前期荧光粉产品加入分散剂——水,置于超声波中进行超声分散处理;
(10)将超声分散后的荧光粉产品过滤后,放入30~90℃的干燥箱中干燥,得到所需产物。
本发明采用Mn2+、Er3+作为共激活剂,可以极大地提高荧光粉产品的量子发光效率,热稳定性好,寿命长,满足彩色PDP对荧光粉发光性能的要求;同时对缩短荧光粉的余辉时间也起到了一定的作用。本发明纳米荧光粉颗粒细小(粒径30-100nm)、分散性良好、发光性能优越。对传统的绿色荧光粉余辉时间长这一缺陷,本发明采用增加Mn2+的用量以及采用Mn2+与Er3+共激活手段来加以克服,以满足彩色PDP对余辉时间性能的要求。
本发明制备过程中采用少量硼酸(H3BO3)作助熔剂,以提高制备荧光粉的均匀性,硼酸(H3BO3)的加入并不会影响荧光粉产品的发光性能及其他性能。样品的烧结过程在氢氮(含H210~25%、N275~90%)气氛炉中完成。烧结后的样品需要经过超声分散处理(采用蒸馏水作分散剂)。
附图说明
图1为本发明纳米荧光粉的TEM检测图
图2为在PDP荧光粉光学特性测试系统中对本发明纳米荧光粉的测定曲线
图3为本发明纳米荧光粉的粉晶衍射图谱
图4为本发明纳米荧光粉的余辉时间衰减曲线
具体实施方案
本发明制备方法实施方案1,其步骤为:
(1)精确称量7.94克氧化锌(ZnO)(分析纯),0.29克碳酸锰(MnCO3)(分析纯),0.0045克氧化铒(Er2O3)(99.99%),11.5毫克正硅酸乙酯((C2H5)4SiO4)(分析纯);
(2)将氧化锌(ZnO),碳酸锰(MnCO3),氧化铒(Er2O3)混合放入烧杯中;
(3)向上述烧杯中加入50毫克1∶1的硝酸(HNO3)(分析纯),加热搅拌至沸腾,并使烧杯内的物质充分溶解;
(4)加入50毫升蒸馏水,并加入2克助溶剂——硼酸(H3BO3)(分析纯),对烧杯内的混合液进行稀释;冷却;
(5)向混合液中中缓慢地滴加11.5毫升正硅酸乙酯((C2H5)4SiO4),搅拌均匀后放入60-90℃的水浴装置中,使之胶溶至透明、球形溶胶生成;
(6)将所得的上述溶胶置于90~150℃的远红外干燥箱中,使之转变成黑灰色的干凝胶;
(7)将所得的干凝胶在400~800℃的马弗炉中进行热处理2小时;
(8)将热处理所得的前驱体冷却后,置于800~1200℃的氢氮(含H210~25%、N275~90%)气氛炉中,在保证还原气氛充足的条件下烧结2小时,得到前期荧光粉产品;冷却;
(9)向上述前期荧光粉产品加入分散剂——水,置于超声波中进行超声分散处理,并不断地搅拌;
(10)将超声分散后的荧光粉产品过滤后,放入30~90℃的干燥箱中干燥,得到所需的绿色纳米稀土荧光粉Zn2-x-ySiO4:xMn,yEr(0.01≤x≤0.15,0.0001≤y≤0.001)。得到的纳米稀土荧光粉的性能表如下:
  荧光粉参数   荧光粉性能
  化学式(Chemical formular)   Zn1.85-1.99SiO4:Mn0.01-0.15Er0.0001-0.001
  颗粒大小(grain size)   50nm
  激发波长(excitation)   147nm
  主波长(λd)   527nm
  色品坐标(CIE coordinate)   X=0.2246 Y=0.6984
  峰值波长(λp)   525.7
  余辉时间(て)   0.983ms
本发明制备方法实施方案1的注意事项:
1、步骤(3)中加入硝酸(HNO3)后,加热时要使其沸腾一段时间,以使溶液溶解充分,防止冷却后出现再结晶现象。
2、步骤(5)中要等混合溶液完全冷却置常温后,再向混合溶液中滴加正硅酸乙酯((C2H5)4SiO4),以防止在滴加的过程中发生喷溅,达到安全的目的。
3、步骤(7)和步骤(8)中,对样品进行热处理和烧结之前,不要对样品进行研磨,以防止烧结后的样品结成硬块。
本发明制备方法实施方案2,其步骤为:
(1)精确称量7.94克氧化锌(ZnO)(分析纯),0.58克碳酸锰(MnCO3)(分析纯),0.009克氧化铒(Er2O3)(99.99%),50毫克1∶1的硝酸(HNO3)(分析纯),11.5毫克正硅酸乙酯((C2H5)4SiO4)(分析纯);
(2)将氧化锌(ZnO),碳酸锰(MnCO3),氧化铒(Er2O3)混合放入烧杯中;
(3)向上述烧杯中加入硝酸(HNO3),加热搅拌至沸腾,并使烧杯内的物质充分溶解;
(4)先将2克硼酸加入50毫升蒸馏水中稀释,然后将硼酸与蒸馏水溶液加入容器内,对烧杯内的混合液进行稀释;冷却;
其它步骤同本发明制备方法实施方案1。
如图1、2、3、4,本发明制备方法实施方案2中所获得的彩色PDP高效绿色纳米荧光粉Zn2-x-ySiO4:xMn,yEr(0.01≤x≤0.15,0.0001≤y≤0.001)在真空紫外下的发光性能优越、余辉时间短、颗粒细小(颗粒粒径30-100nm,平均粒径50nm)、分散性能良好,无明显的团聚现象。
本发明制备方法实施方案3,其步骤为:
(1)精确称量7.94克氧化锌(ZnO)(分析纯),1.15克碳酸锰(MnCO3)(分析纯),0.0023克氧化铒(Er2O3)(99.99%),50毫克1∶1的硝酸(HNO3)(分析纯),11.5毫克正硅酸乙酯((C2H5)4SiO4)(分析纯);
(2)将氧化锌(ZnO),碳酸锰(MnCO3),氧化铒(Er2O3)混合放入烧杯中;
(3)向上述烧杯中加入硝酸(HNO3),加热搅拌至沸腾,并使烧杯内的物质充分溶解;
(4)加入50毫升蒸馏水,并加入4克助溶剂——硼酸(H3BO3)(分析纯),对烧杯内的混合液进行稀释;冷却;
其它步骤同本发明制备方法实施方案1。
本发明制备方法实施方案4:其步骤为:
(1)精确称量7.94克氧化锌(ZnO)(分析纯),0.87克碳酸锰(MnCO3)(分析纯),0.0045克氧化铒(Er2O3)(99.99%),50毫克1∶1的硝酸(HNO3)(分析纯),11.5毫克正硅酸乙酯((C2H5)4SiO4)(分析纯);
其它步骤同本发明制备方法实施方案3。
本发明制备方法实施方案5:其步骤为:
(1)精确称量8.73克氧化锌(ZnO)(分析纯),1.27克碳酸锰(MnCO3)(分析纯),0.009克氧化铒(Er2O3)(99.99%),5克硼酸(H3BO3)(分析纯),用50毫升蒸馏水溶解;
其它步骤同本发明制备方法实施方案1。
本发明制备方法实施方案6:其步骤为:
(1)精确称量8.25克氢氧化锌(Zn(OH)2)(分析纯),0.58克碳酸锰(MnCO3)(分析纯),0.009克氧化铒(Er2O3)(99.99%),50毫克1∶1的硝酸(HNO3)(分析纯),11.5毫克正硅酸乙酯((C2H5)4SiO4)(分析纯);
(2)将氢氧化锌(Zn(OH)2),碳酸锰(MnCO3),氧化铒(Er2O3)混合放入烧杯中;
(3)向上述烧杯中加入硝酸(HNO3),加热搅拌至沸腾,并使烧杯内的物质充分溶解;
(4)先将4克硼酸加入50毫升蒸馏水中稀释,然后将硼酸与蒸馏水溶液加入容器内,对烧杯内的混合液进行稀释;冷却;
其它步骤同本发明制备方法实施方案1。
本发明制备方法实施方案7:其步骤为:
(1)精确称量8.42克氢氧化锌(Zn(OH)2)(分析纯),2.06克硝酸锰(Mn(NO3)2)(分析纯),0.018克氧化铒(Er2O3)(99.99%),50毫克1∶1的硝酸(HNO3)(分析纯),11.5毫克正硅酸乙酯((C2H5)4SiO4)(分析纯);
(2)将氢氧化锌(Zn(OH)2),硝酸锰(Mn(NO3)2),氧化铒(Er2O3)混合放入烧杯中;
(3)向上述烧杯中加入硝酸(HNO3),加热搅拌至沸腾,并使烧杯内的物质充分溶解;
(4)先将2克硼酸加入50毫升蒸馏水中稀释,然后将硼酸与蒸馏水溶液加入容器内,对烧杯内的混合液进行稀释;冷却;
其它步骤同本发明制备方法实施方案1。
本发明制备方法实施方案8:其步骤为:
(1)精确称量7.94克氧化锌(ZnO)(分析纯),2.63克硝酸锰(Mn(NO3)2)(分析纯),0.0015克氧化铒(Er2O3)(99.99%),50毫克1∶1的硝酸(HNO3)(分析纯),11.5毫克正硅酸乙酯((C2H5)4SiO4)(分析纯);
(2)将氧化锌(ZnO),硝酸锰(Mn(NO3)2),氧化铒(Er2O3)混合放入烧杯中;
(3)向上述烧杯中加入硝酸(HNO3),加热搅拌至沸腾,并使烧杯内的物质充分溶解;
(4)加入50毫升蒸馏水,并加入3克助溶剂——硼酸(H3BO3)(分析纯),对烧杯内的混合液进行稀释;冷却;
其它步骤同本发明制备方法实施方案1。
用以上实施方案所得到的荧光粉产品,在VUV和短波UV光和电子束激发下,发射强绿光,发射峰为530nm。样品的余辉时间短、颗粒细小(平均粒径50nm)、分散性良好,其性能完全符合彩色PDP对荧光粉性能的要求。

Claims (7)

1、一种纳米荧光粉的制备方法,其特征在于:纳米荧光粉为化合物,其化学式组成为:
Zn2-x-ySiO4:xMn,yEr
其中:0.01≤x≤0.15,0.0001≤y≤0.001;
它的颗粒粒径30-100nm,
其步骤包括:
(1)按可溶性锌盐或氧化锌/正硅酸乙酯=1.85~1.99∶1、可溶性锰盐/氧化铒=20~3000∶1、可溶性锌盐或氧化锌/可溶性锰盐=5~40∶1的摩尔数比,精确称量可溶性锌盐或氧化锌、正硅酸乙酯、可溶性锰盐、氧化铒;
(2)将可溶性锌盐或氧化锌、可溶性锰盐、氧化铒混合放入容器中;
(3)向上述容器中加入1∶1的硝酸,加热搅拌至沸腾,并使容器内的物质充分溶解;每1克可溶性锌盐或氧化锌、可溶性锰盐、氧化铒固体总质量,加入4~10毫升1∶1的硝酸;
(4)加入蒸馏水,并加入助溶剂——硼酸,对容器内的混合液进行稀释;
(5)向混合液中滴加正硅酸乙酯,搅拌均匀后放入60-90℃的水浴装置中,使之胶溶至透明、球形溶胶生成;
(6)将所得的上述溶胶置于90~150℃的远红外干燥箱中,使之转变成干凝胶;
(7)将所得的干凝胶在400~800℃的马弗炉中进行热处理1~4小时;
(8)将热处理所得的前驱体冷却后,置于800~1200℃的氢氮气氛炉中,在保证还原气氛充足的条件下烧结1~4小时,得到前期荧光粉产品;氢氮气氛炉中含H210~25%、N275~90%;
(9)向上述前期荧光粉产品加入分散剂——水,置于超声波中进行超声分散处理;
(10)将超声分散后的荧光粉产品过滤后,放入30~90℃的干燥箱中干燥,得到所需产物。
2、如权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤(4)中,蒸馏水将混合液稀释成原体积的150~300%;加入硼酸的质量为可溶性锌盐或氧化锌、可溶性锰盐、氧化铒固体总质量的1%~15%。
3、如权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤(4)中对混合液进行稀释时,先将硼酸加入蒸馏水中稀释,然后将硼酸与蒸馏水溶液加入容器内;硼酸的质量为可溶性锌盐或氧化锌、可溶性锰盐、氧化铒固体总质量的1%~15%;硼酸与蒸馏水的质量比为1∶5~1∶15。
4、如权利要求1或2或3所述的制备方法,其特征在于:正硅酸乙酯的滴加速度控制在5~10毫升/分钟。
5、如权利要求1或2或3所述的制备方法,其特征在于:步骤(9)中,水的加入量为加入荧光粉质量的2~10倍,置于超声波中进行超声分散处理的时间为1-5小时。
6、如权利要求1或2或3所述的制备方法,其特征在于:可溶性锌盐为氢氧化锌。
7、如权利要求1或2或3所述的制备方法,其特征在于:可溶性锰盐为碳酸锰或硝酸锰。
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