CN1398817A - 离子掺杂的钇铝石榴石纳米粉体的制备方法 - Google Patents

离子掺杂的钇铝石榴石纳米粉体的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN1398817A
CN1398817A CN 02136705 CN02136705A CN1398817A CN 1398817 A CN1398817 A CN 1398817A CN 02136705 CN02136705 CN 02136705 CN 02136705 A CN02136705 A CN 02136705A CN 1398817 A CN1398817 A CN 1398817A
Authority
CN
China
Prior art keywords
powder
yag
citric acid
nitrate
gel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN 02136705
Other languages
English (en)
Other versions
CN1204083C (zh
Inventor
张俊计
宁金威
刘学建
潘裕柏
黄莉萍
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Institute of Ceramics of CAS
Original Assignee
Shanghai Institute of Ceramics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Institute of Ceramics of CAS filed Critical Shanghai Institute of Ceramics of CAS
Priority to CN 02136705 priority Critical patent/CN1204083C/zh
Publication of CN1398817A publication Critical patent/CN1398817A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1204083C publication Critical patent/CN1204083C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

本发明涉及一种用溶胶－凝胶和燃烧合成相结合的方法制备纳米钇铝石榴石基陶瓷粉体的方法。采用本发明所选择的原料及提供的工艺条件，可以在较低的温度下获得单相的纳米级纯YAG粉体或掺杂的YAG粉体。其通式为Y3－xMexAl5O12或Y3Al5－xMexO12，Me为稀土元素或过渡金属元素中的一种或两种，0.01≤x≤0.30.本发明的主要特征是采用金属硝酸盐和氧化物为原料，以柠檬酸为胶凝剂和燃料，通过溶胶－凝胶和燃烧过程获得前驱体。前驱体在800－1000℃的温度范围内煅烧，得到粒度在40－100nm之间的单相钇铝石榴石基陶瓷粉体。本发明的突出特点是工艺简单、快速，所制备的粉体活性较高，并可方便实现各种激活剂离子在离子水平上的均匀掺杂。

Description

离子掺杂的钇铝石榴石纳米粉体的制备方法
技术领域
本发明涉及一种钇铝石榴石纳米粉体的制备方法，更确切地说涉及一种用溶胶-凝胶和燃烧合成相结合的方法制备纳米钇铝石榴石基陶瓷粉体，属于精细化工领域。
背景技术
钇铝石榴石(Y3Al5O12，YAG)陶瓷具有蠕变小，高温抗氧化，热导率低等优点，可用于绝缘和耐火材料等领域。YAG属等轴晶系，不存在双折射效应，可制成具有优异光学性能的透明陶瓷，作为固体激光材料以取代YAG单晶具有重要的潜在应用前景。掺杂其它离子(主要是稀土元素离子和过渡金属离子)的YAG粉体可以作为超短余辉材料，用于阴极射线管屏幕、高分辨投影电视和显示器等领域。
传统上，YAG粉体的合成采用固相反应的方法，将均匀混合的Al2O3和Y2O3粉末在1600℃以上的高温下进行热处理，该方法工艺简单，易批量生产。缺点是球磨过程中易引入杂质，煅烧产物中除主晶相YAG外，往往残留少量中间相YAM(Y4Al2O9)和YAP(YAlO3)。近年来，湿化学方法成功用于YAG粉体的合成。如日本IKEGAMI TAKAYASU等人发明的“制备YAG粉体的方法”(专利号JP2001270714)，用碳酸钇和片钠铝石作原料，制成含有碳酸根和硫离子的溶液，通过调节溶液的pH值形成沉淀，将沉淀物在800-1300□进行热处理，得到粒径为40-400nm的单相YAG粉体。王宏志、高濂提出的“一种无团聚钇铝石榴石纳米粉体的制备方法”，发明专利(CN1076010c)，是用Y和Al的无机盐水溶液为原料，通过调节pH值和添加表面活性剂获得胶状沉淀，在700-1300℃之间煅烧，获得晶粒20-100纳米的YAG粉体。上述两个专利均属于沉淀法，存在时间长、过程复杂、粉体易团聚等缺点。如果要引入除Y和Al以外的第三种离子，则由于沉淀条件(主要是pH值)难以控制，容易使不同离子先后沉淀而造成粉体成分布不均匀。
Michael Veith等人(Michael Veith，et al，Low temperature synthesisof nanocrystalline Y3Al5O12(YAG)and Ce-doped Y3Al5O12 via differentsol-gel methods.J.Mater.Chem.，1999(12)3069-3079)利用溶胶-凝胶法制备纳米级钇铝石榴石(YAG)和掺Ce的钇铝石榴石(Ce∶YAG)，该方法采用金属醇盐为原料。金属醇盐制备过程复杂，故成本高，价格昂贵，不适于规模化生产。Lauren E.Shea等人(Lauren E.Shea，et al，Synthesis ofred-emitting，small particle size luminescent oxides using an optimizedcombustion process，J.Am.Ceram.Soc.，79[12]3257-65)报道了用燃烧合成法制备掺Cr的钇铝石榴石(YAG∶Cr)的方法，由于该方法中反应的剧烈性和爆发性，所制备的粉体的形状和大小均不易控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种快速制备YAG粉体的方法。该方法具有快速、安全、过程容易控制等优点。本发明的另一个突出优点是可以根据需要方便地掺杂其它离子，实现在离子水平上的均匀混合，使掺杂离子以固溶的方式进入晶格。
本发明提出的快速制备YAG粉体的方法是一种将溶胶-凝胶和燃烧合成相结合制备纳米级YAG粉体的方法，是利用金属硝酸盐和柠檬酸之间的胶凝和氧化还原反应来实现的。本发明提供的钇铝石榴石纳米粉体或离子掺杂的钇铝石榴石纳米粉体，其掺杂离子可以部分取代Y3Al5O12中的Y离子或Al离子。掺杂后的通式可表示为：Y3-xMexAl5O12或Y3Al5-xMexO12，式中Me为掺杂离子，至少是稀土离子或过渡金属离子如Nd，Eu，Tb，Ce，Cr中的一种或两种，x表示掺杂离子的克分子量，通常0.01≤x≤0.30。金属硝酸盐提供最终产物中所需的金属离子；柠檬酸作为胶凝剂同时起燃料的作用。通过加热使金属硝酸盐和柠檬酸之间发生作用，经过溶胶、凝胶、燃烧等反应阶段形成蓬松的前驱体，前驱体再经过热处理得到最终的氧化物粉末。具体包括以下步骤：
1.原料的选择：金属离子Y和Al以硝酸盐的形式引入，其它掺杂离子可选择相应的硝酸盐或氧化物。柠檬酸为市购分析纯级。
2.溶液的配制：以去离子水或异丙醇为溶剂。各种硝酸盐和(或)氧化物的用量按所要求的最终产物中各种离子的含量来计算。柠檬酸的用量为硝酸盐重量的25％-120％。
3.溶胶的形成：将配置的溶液置于磁力搅拌器上，在60℃-70℃加热并不停的搅拌数小时直至形成溶胶。
4.凝胶的形成：加热温度升高到80℃-90℃并继续搅拌，形成透明的凝胶。
5.前驱体的形成：将凝胶加热至120-180℃，发生燃烧反应并伴随产生黄褐色烟雾，形成蓬松的前驱体粉末。
6.热处理：热处理的目的是为了保证获得单相的YAG粉体，并消除粉体中残留的少量C和N。温度过高会使得晶粒长大并形成硬团聚。因为在本发明的工艺条件下，从800℃即开始形成YAG相，所以适宜的热处理的温度为800-1000℃。
用本发明提供的方法所制备的粉体，因为热处理的温度较低，粉体粒度小，烧结活性高，适用于作为制备透明YAG陶瓷的粉料；可以方便的加入激活剂离子，实现激活剂离子在原子水平的均匀混合，改变热处理温度，可以获得不同粒度分布的荧光粉，用于阴极射线管屏幕、高分辨投影电视和显示器等领域。
附图说明
图1按实例1制备的纳米YAG粉体的XRD图谱，表明产物为单一的YAG相。
图2按实例1制备的纳米YAG粉体的电子衍射照片，显示出产物属立方晶系，且结晶完好。
图3按实例1制备的纳米YAG粉体的透射电子显微镜照片，表明粉体为纳米级，粒度均匀。
图4按实例5制备的Eu∶YAG纳米粉体在紫外光激发下的荧光光谱，横坐标为波长(nm)，纵坐标为发光强度。
图5按实例6制备的Y2.936Ce0.004Tb0.06Al5O12纳米粉体在紫外光激发下的荧光光谱，其横坐标和纵坐标的物理含义同图4。
具体实施方式
下面的实例是为了进一步阐明本发明的工艺过程特征而非限制本发明。
实例1
取20g硝酸铝，12.252g硝酸钇，17.9528g柠檬酸，溶于30ml去离子水中，搅拌形成均匀的溶液。将盛有该溶液的烧杯置于磁力搅拌器上，加热至60℃并不停搅拌，数小时后形成溶胶。升温至80℃并继续搅拌，形成黄色的透明状凝胶。将凝胶放入预热至150℃的箱式炉中，经燃烧最终形成浅黄绿色的疏松前驱体粉末。前驱体粉末经过900℃热处理两小时即得到白色的最终产品。其主要技术指标见表1。
表1
实例 产物 颜色 比表面积(米2/克) 粒径(纳米)
 1  Y3Al5O12 白色 31  40
 2  Y2.94Nd0.06Al5O12 白色 22  60
 3  Y3Al4.75Cr0.25O12 绿色 31  40
 4  Y2.85Tb0.15Al5O12 淡黄色 28  45
 5  Y2.85Eu0.15Al5O12 白色 15  90
6  Y2.936Ce0.004Tb0.06Al5O12 淡黄色 31  40
附图1为产品的XRD图谱，表明产物为单一的YAG相。
附图2为所制备粉体的电子衍射照片，显示出产物属立方晶系，且结晶完好。
附图3为所制备粉体的透射电子显微镜照片，表明粉体为纳米级，粒度均匀。
实例2
取0.0538g氧化钕溶于过量的硝酸中，然后与10g硝酸铝，6.004g硝酸钇和8.9629g柠檬酸一同溶于20ml异丙醇中，搅拌形成淡紫色的均匀溶液。置于磁力搅拌器上加热并搅拌，过程同实例1。最后得到Nd含量为2.0mol％(相对于Y)的Nd∶YAG纳米粉体。其XRD图谱和透射电镜图像特征同实例1。主要技术指标见表1。
实例3
取20g硝酸铝，12.8979g硝酸钇，17.9528g柠檬酸和1.1229g硝酸铬，溶于30ml去离子水中，搅拌形成蓝色的均匀溶液。置于磁力搅拌器上加热并搅拌，过程同实例1。前驱体的粉末为蓝色。在900℃的条件下热处理两小时，得到Cr含量为5.0mol％(相对于Al)的Cr∶YAG纳米粉体。其XRD图谱和透射电镜图像特征同实例1。主要技术指标见表1。
实例4
取0.299g氧化铽溶于过量的硝酸中，然后与20g硝酸铝，11.6404g硝酸钇和8.9629g柠檬酸一同溶于30ml去离子水中，搅拌形成无色的均匀溶液。置于磁力搅拌器上加热并搅拌，过程同实例1。最后得到Tb含量为5.0mol％(相对于Y)的Tb∶YAG纳米粉体。其XRD图谱和透射电镜图像特征同实例1。主要技术指标见表1。
实例5
取0.2815g氧化铕溶于过量的硝酸中，然后与20g硝酸铝，11.6404g硝酸钇和35.9056g柠檬酸一同溶于30ml去离子水中，搅拌形成无色的均匀溶液。置于磁力搅拌器上加热并搅拌，过程同实例1。最后得到Eu含量为5.0mol％(相对于Y)的Eu∶YAG纳米粉体。附图4为Eu∶YAG纳米粉体在紫外光激发下的荧光光谱，光谱特征表明Eu3+以固溶的形式进入了YAG晶格。主要技术指标见表1。
实例6
取0.011g氧化铈和0.1794g氧化铽溶于过量的硝酸中，然后与30g硝酸铝，17.9875g硝酸钇和29.9292g柠檬酸一同溶于30ml去离子水中，搅拌形成无色的均匀溶液。置于磁力搅拌器上加热并搅拌，过程同实例1。最后得到化学式为Y2.936Ce0.004Tb0.06Al5O12的纳米粉体。附图5为该粉体在紫外光激发下的荧光光谱。主要技术指标见表1。

Claims (5)

1.一种离子掺杂的钇铝石榴石纳米粉体，其特征在于组成式为：
               Y3-xMexAl5O12或Y3Al5-xMexO12
式中Me为稀土元素或过渡金属元素中的一种或两种，x为掺杂克分子量，0.01≤x≤0.30，x＝0时为纯Y3Al5O12。
2.按权利要求1所述离子掺杂的钇铝石榴石粉体，其特征在于所述的粉体的粒径为40-100nm。
3.按权利要求1所述离子掺杂的钇铝石榴石纳米的制备方法，包括溶胶化、凝胶化、燃烧、热处理等工艺过程，其特征在于将溶胶-凝胶和燃烧合成相结合，利用金属硝酸盐和柠檬酸之间的胶凝和氧化还原反应来实现，柠檬酸作为胶凝剂和燃料。
4.按权利要求3所述的离子掺杂的钇铝石榴石纳米的制备方法，其特征在于：
(1)溶胶的形成温度为60℃-70℃，并不停搅拌；
(2)凝胶的形成温度控制在80℃-90℃的温度范围；
(3)燃烧反应形成前驱体的温度为120-180℃；
(4)前驱体热处理的温度在800-1000℃之间。
5.按权利要求3所述的离子掺杂的钇铝石榴石纳米的制备方法，其特征在于：
(1)Al和Y以硝酸盐的形式引入，稀土或过渡金属离子采用相应的金属硝酸盐或氧化物；柠檬酸作为胶凝剂和燃料；溶剂为去离子水或异丙醇；
(2)各种硝酸盐和氧化物的配比按化学式计算；柠檬酸的用量为硝酸盐重量的25％-120％。
CN 02136705 2002-08-28 2002-08-28 离子掺杂的钇铝石榴石纳米粉体的制备方法 Expired - Fee Related CN1204083C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 02136705 CN1204083C (zh) 2002-08-28 2002-08-28 离子掺杂的钇铝石榴石纳米粉体的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 02136705 CN1204083C (zh) 2002-08-28 2002-08-28 离子掺杂的钇铝石榴石纳米粉体的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1398817A true CN1398817A (zh) 2003-02-26
CN1204083C CN1204083C (zh) 2005-06-01

Family

ID=4748740

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 02136705 Expired - Fee Related CN1204083C (zh) 2002-08-28 2002-08-28 离子掺杂的钇铝石榴石纳米粉体的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN1204083C (zh)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100347267C (zh) * 2005-03-21 2007-11-07 南昌大学 石榴石型铝酸钆基荧光粉体及其制备方法
CN100358838C (zh) * 2004-12-31 2008-01-02 济南大学 钇铝石榴石粉体的制备方法
CN100565000C (zh) * 2008-08-11 2009-12-02 山东华光光电子有限公司 利用yag透明陶瓷制备白光led的方法
US20100048378A1 (en) * 2007-04-24 2010-02-25 Nanocerox, Inc. Sintered polycrystalline yttrium aluminum garnet and use thereof in optical devices
CN102976742A (zh) * 2012-11-09 2013-03-20 航天材料及工艺研究所 单相块体陶瓷Y4Al2O9的制备方法
CN103013185A (zh) * 2011-09-23 2013-04-03 北京大学 一种无机黄色颜料及其制备方法
CN103864132A (zh) * 2014-02-28 2014-06-18 四川大学 一种添加柠檬酸铵制备纳米级钇铝石榴石粉体的方法
CN108441218A (zh) * 2018-05-21 2018-08-24 沈阳化工大学 一种红色荧光粉及其制备方法
CN109503164A (zh) * 2018-12-13 2019-03-22 云南大学 燃烧法制备陶瓷粉体的方法
CN111364102A (zh) * 2020-06-01 2020-07-03 眉山博雅新材料有限公司 一种用于制备复合yag晶体的方法
CN112321295A (zh) * 2020-11-04 2021-02-05 吉林建筑大学 铥钬双掺钇铝石榴石激光透明陶瓷制备方法
TWI786501B (zh) * 2020-12-28 2022-12-11 國立虎尾科技大學 螢光粉的製備方法

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100358838C (zh) * 2004-12-31 2008-01-02 济南大学 钇铝石榴石粉体的制备方法
CN100347267C (zh) * 2005-03-21 2007-11-07 南昌大学 石榴石型铝酸钆基荧光粉体及其制备方法
US20100048378A1 (en) * 2007-04-24 2010-02-25 Nanocerox, Inc. Sintered polycrystalline yttrium aluminum garnet and use thereof in optical devices
CN100565000C (zh) * 2008-08-11 2009-12-02 山东华光光电子有限公司 利用yag透明陶瓷制备白光led的方法
CN103013185A (zh) * 2011-09-23 2013-04-03 北京大学 一种无机黄色颜料及其制备方法
CN102976742A (zh) * 2012-11-09 2013-03-20 航天材料及工艺研究所 单相块体陶瓷Y4Al2O9的制备方法
CN103864132A (zh) * 2014-02-28 2014-06-18 四川大学 一种添加柠檬酸铵制备纳米级钇铝石榴石粉体的方法
CN108441218A (zh) * 2018-05-21 2018-08-24 沈阳化工大学 一种红色荧光粉及其制备方法
CN108441218B (zh) * 2018-05-21 2021-04-23 沈阳化工大学 一种红色荧光粉及其制备方法
CN109503164A (zh) * 2018-12-13 2019-03-22 云南大学 燃烧法制备陶瓷粉体的方法
CN111364102A (zh) * 2020-06-01 2020-07-03 眉山博雅新材料有限公司 一种用于制备复合yag晶体的方法
CN112321295A (zh) * 2020-11-04 2021-02-05 吉林建筑大学 铥钬双掺钇铝石榴石激光透明陶瓷制备方法
TWI786501B (zh) * 2020-12-28 2022-12-11 國立虎尾科技大學 螢光粉的製備方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN1204083C (zh) 2005-06-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20060145124A1 (en) Method for preparing YAG fluorescent powder
CN1204083C (zh) 离子掺杂的钇铝石榴石纳米粉体的制备方法
CN1687306A (zh) 以氧化钇为基质的纳米级上转换发光材料及其制备方法
CN102690113A (zh) 镥铝石榴石透明闪烁陶瓷的低温真空烧结制备方法
CN100572497C (zh) 高亮度环保型碱土离子固溶体钛酸盐荧光粉的制备方法
CN1239674C (zh) 一种稀土掺杂的纳米级氧化钇基发光粉体的制备方法
CN100347267C (zh) 石榴石型铝酸钆基荧光粉体及其制备方法
Xu et al. Controlled synthesis and photoluminescence behaviors of Lu2O3: Eu and Lu2O2S: Eu phosphor particles
CN1285511C (zh) 柠檬酸燃烧法直接合成y2o3纳米材料的方法
CN100572496C (zh) 高亮度红色碱土钛酸盐荧光粉及其还原气氛处理制备方法
Lu et al. Fabrication and characterization of transparent (Y0. 98− xTb0. 02Eux) 2O3 ceramics with color‐tailorable emission
CN108559500B (zh) 一种溶剂热辅助制备复相钛酸盐红色长余辉荧光粉的方法
CN101619212B (zh) 碳酸氧化镧基纳米荧光粉体及其制备方法
CN102585828A (zh) 一种掺杂Yb3+的钒酸盐上转换荧光材料及其制备方法
CN108358635A (zh) 一种磁光氧化钬透明陶瓷的制备方法
Wang et al. Controlling the morphology and size of (Gd 0.98− x Tb 0.02 Eu x) 2 O 3 phosphors presenting tunable emission: formation process and luminescent properties
Zaidi et al. Phase stabilization and luminescence properties of Gd3Al5O12: Ce nanopowders prepared by Pechini method: effect of pH and annealing temperature
CN1249198C (zh) 钙钛矿型铝酸钆基荧光粉体及制备方法
áM Rodriguez et al. Luminescent characteristics and morphology of Eu 3+: YVO 4 phosphor powders prepared by HCR and flux techniques
CN1594208A (zh) 一种氧化钇基透明陶瓷材料的制备方法
CN104861973B (zh) 钛酸镧为基体适用于白光led的绿色荧光粉的制备方法及其应用
CN1664060A (zh) 一种上转换荧光材料及其制备方法
CN107312530A (zh) 双螯合剂溶胶凝胶法制镨和金属共掺杂的钛酸钙荧光材料
JP2000239019A (ja) 希土類化合物の製造方法
JP4723150B2 (ja) 希土類ホウ酸塩の製造方法、及びそのホウ酸塩の発光体への応用

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20050601

Termination date: 20150828

EXPY Termination of patent right or utility model