CN1524926A - 稀土绿色长余辉发光材料及其制备方法 - Google Patents

稀土绿色长余辉发光材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于一种稀土绿色长余辉发光材料,具有如下结构:Ca8Mg(SiO2)4Cl2∶Eux·Lny,其中0.005≤x≤0.10,0.006≤y≤0.10,按基质原料的摩尔系数比为CaCO3∶MgO∶SiO2∶CaCl2=7∶1∶4∶1.5,助溶剂为B2O3,按掺杂摩尔分数,分别称取Eu2O3和Ln离子的氧化物,充分研磨并混合均匀后,在还原气氛中,分两步烧结:首先,在较低温度400~700℃预烧结4~6小时,再于1000~1200℃烧结6~10小时,将样品取出研磨、洗涤过滤并烘干,最终得到产品。制备方法简单,制得的长余辉材料激发范围宽,可很好地吸收紫外和可见光,余辉明亮,余辉衰减缓慢,同时,这种长余辉材料耐水性好,无放射性,不会对环境造成危害。

Description

稀土绿色长余辉发光材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种稀土绿色长余辉发光材料及其制备方法。
背景技术
长余辉发光材料的历史可以追溯到19世纪,传统的长余辉材料主要有硫化锌(ZnS)和碱土硫化物(MS,M=Ca,Sr)两个体系,其特点是:1.余辉持续的时间一般在0.5-2小时,余辉亮度偏低;2.化学稳定性差,在空气中易分解,在阳光照射下易变灰至黑;因此,无法满足实用的要求。为了提高该材料的发光亮度,延长余辉时间,人们掺入了Co,Ra等放射性元素。但是,由于这种改进后的材料对环境和人身的不友好,其使用受到了极大的限制。进入九十年代,一种新型高效的长余辉材料稀土掺杂的碱土铝酸盐体系的发现,极大地促进了长余辉的研究和发展。这种材料其长余辉发光亮度、余辉持续时间均显著优于上述的硫化物体系,因此,该体系的产品广泛地应用到生产及人民生活的各个方面。主要有三大用途:低度应急照明、指示标记和装饰美化等。但是这类材料也存在耐水性差,对原料的纯度和形态要求高等缺点,因而,在一定程度上不能很好地满足对长余辉发光材料的要求。
1992年,X.Zhang曾发表过Ca8Mg(SiO2)4Cl2:Eu2+的激发和发射光谱的研究结果(J.Electrochem.Soc.V139 No.2,pp.622-625,1992);随后,H.Lin等发表了Ca8Mg(SiO2)4Cl2:Ce3+,Eu2+中Ce3+→Eu2+的能量传递(Optical Materials V18,pp.397-401,2002)。但是,至今仍未见到有关该体系长余辉性能的报道。因此,本发明主要致力于一种新型耐水性和稳定性优良,余辉性能高且时间长的稀土掺杂的卤硅酸盐绿色长余辉发光材料的制备。
发明内容
本发明的目的是提供一种稀土绿色长余辉发光材料;
本发明的另一目的是提供一种稀土绿色长余辉发光材料的制备方法。
本发明所选的基质材料为Ca8Mg(SiO2)4Cl2。主要发光离子是Eu2+,辅助激活离子为一种三价或四价的金属离子。当Eu2+吸收一定的能量以后,一部分会转移并被辅助激活剂捕获,随后,在热激励下,缓慢释放并将能量传递给主激活剂Eu2+离子。最后,由Eu2+发出余辉。
本发明长余辉发光材料具有如下结构:
Ca8Mg(SiO2)4Cl2:Eux·Lny
其中0.005≤x≤0.10,0.006≤y≤0.10
按以下步骤通过高温固相法合成:按基质原料的摩尔系数比为CaCO3∶MgO∶SiO2∶CaCl2=7∶1∶4∶1.5,助溶剂为B2O3,基质与助溶剂的摩尔比为Ca8Mg(SiO2)4Cl2∶B2O3=1∶0.05,按掺杂摩尔分数,分别称取Eu2O3和Ln离子的氧化物,Ln选自Al、Ga、Ti、Zr、La、Pr、Nd、Dy、Ho或Er中的一种元素;充分研磨并混合均匀后,在炭、一氧化碳气体(CO)、纯H2气或N2和H2的混合气的还原气氛中,分两步烧结:首先,在较低温度400~700℃预烧结4~6小时,冷至室温,取出再次充分研磨并混合均匀,1000~1200℃烧结6~10小时,将样品取出研磨,然后用沸水洗涤过滤并烘干,最终得到产品。
本发明制备方法简单,制得的长余辉材料激发范围宽,可很好地吸收紫外和可见光(如附图1),发射位于500nm附近(如附图2),余辉明亮,余辉衰减缓慢(如附图3),其余辉可以持续8小时左右,仍然可以用肉眼分辨;同时,这种长余辉材料耐水性好,无放射性,不会对环境造成危害。
具体实施方式
实施例1:
称取碳酸钙(CaCO3)14.01g,氧化镁(MgO)0.81g,二氧化硅(SiO2)4.81g,无水氯化钙(CaCl2)3.33g,三氧化二铕(Eu2O3)0.14g,三氧化二铝(Al2O3)0.05g,三氧化二硼(B2O3)0.07g,于玛瑙研钵中充分研磨并混合均匀后,在炭棒的还原气氛中,分两步烧结:首先,在较低温度400℃预烧结6小时,冷至室温,取出再次充分研磨并混合均匀,1000℃烧结10小时。将样品取出研磨,然后用沸水洗涤过滤并烘干,最终得到样品,经粉末X射线衍射仪分析主要物相为Ca8Mg(SiO2)4Cl2,经紫外线照射,样品发射出较强绿色长余辉。
实施例2:
称取碳酸钙(CaCO3)14.01g,氧化镁(MgO)0.81g,二氧化硅(SiO2)4.81g,无水氯化钙(CaCl2)3.33g,三氧化二铕(Eu2O3)0.28g,三氧化二镓(Ga2O3)0.15g,三氧化二硼(B2O3)0.07g,于玛瑙研钵中充分研磨并混合均匀后,在一氧化碳(CO)的还原气氛中,分两步烧结:首先,在较低温度500℃预烧结5小时,冷至室温,取出再次充分研磨并混合均匀,1100℃烧结8小时。将样品取出研磨,然后用沸水洗涤过滤并烘干,最终得到样品,经粉末X射线衍射仪分析主要物相为Ca8Mg(SiO2)4Cl2,经紫外线照射,样品发射出较强绿色长余辉。
实施例3:
称取碳酸钙(CaCO3)14.01g,氧化镁(MgO)0.81g,二氧化硅(SiO2)4.81g,无水氯化钙(CaCl2)3.33g,三氧化二铕(Eu2O3)0.56g,三氧化二镧(La2O3)0.52g,三氧化二硼(B2O3)0.07g,于玛瑙研钵中充分研磨并混合均匀后,在氢气(H2)的还原气氛中,分两步烧结:首先,在较低温度700℃预烧结4小时,冷至室温,取出再次充分研磨并混合均匀,1200℃烧结6小时。将样品取出研磨,然后用沸水洗涤过滤并烘干,最终得到样品,经粉末X射线衍射仪分析主要物相为Ca8Mg(SiO2)4Cl2,经紫外线照射,样品发射出较强绿色长余辉。
实施例4:
称取碳酸钙(CaCO3)14.01g,氧化镁(MgO)0.81g,二氧化硅(SiO2)4.81g,无水氯化钙(CaCl2)3.33g,三氧化二铕(Eu2O3)1.41g,二氧化钛(TiO2)0.64g,三氧化二硼(B2O3)0.07g,于玛瑙研钵中充分研磨并混合均匀后,在N2和H2的混合气的还原气氛中,分两步烧结:首先,在较低温度500℃预烧结6小时,冷至室温,取出再次充分研磨并混合均匀,1100℃烧结10小时。将样品取出研磨,然后用沸水洗涤过滤并烘干,最终得到样品,经粉末X射线衍射仪分析主要物相为Ca8Mg(SiO2)4Cl2,经紫外线照射,样品发射出较强绿色长余辉。
实施例5:
称取碳酸钙(CaCO3)14.01g,氧化镁(MgO)0.81g,二氧化硅(SiO2)4.81g,无水氯化钙(CaCl2)3.33g,三氧化二铕(Eu2O3)2.82g,二氧化锆(ZrO2)1.97g,三氧化二硼(B2O3)0.07g,于玛瑙研钵中充分研磨并混合均匀后,在N2和H2的混合气的还原气氛中,分两步烧结:首先,在较低温度500℃预烧结5小时,冷至室温,取出再次充分研磨并混合均匀,1200℃烧结7小时。将样品取出研磨,然后用沸水洗涤过滤并烘干,最终得到样品,经粉末X射线衍射仪分析主要物相为Ca8Mg(SiO2)4Cl2,经紫外线照射,样品发射出较强绿色长余辉。
实施例6:
称取碳酸钙(CaCO3)14.01g,氧化镁(MgO)0.81g,二氧化硅(SiO2)4.81g,无水氯化钙(CaCl2)3.33g,三氧化二铕(Eu2O3)0.56g,氧化镨(Pr6O11)0.54g,三氧化二硼(B2O3)0.07g,于玛瑙研钵中充分研磨并混合均匀后,在一氧化碳(CO)的还原气氛中,分两步烧结:首先,在较低温度500℃预烧结6小时,冷至室温,取出再次充分研磨并混合均匀,1100℃烧结10小时。将样品取出研磨,然后用沸水洗涤过滤并烘干,最终得到样品,经粉末X射线衍射仪分析主要物相为Ca8Mg(SiO2)4Cl2,经紫外线照射,样品发射出较强绿色长余辉。
实施例7:
称取碳酸钙(CaCO3)14.01g,氧化镁(MgO)0.81g,二氧化硅(SiO2)4.81g,无水氯化钙(CaCl2)3.33g,三氧化二铕(Eu2O3)0.84g,三氧化二钕(Nd2O3)0.81g,三氧化二硼(B2O3)0.07g,于玛瑙研钵中充分研磨并混合均匀后,在N2和H2的混合气的还原气氛中,分两步烧结:首先,在较低温度500℃预烧结6小时,冷至室温,取出再次充分研磨并混合均匀,1200℃烧结5小时。将样品取出研磨,然后用沸水洗涤过滤并烘干,最终得到样品,经粉末X射线衍射仪分析主要物相为Ca8Mg(SiO2)4Cl2,经紫外线照射,样品发射出较强绿色长余辉。
实施例8:
称取碳酸钙(CaCO3)14.01g,氧化镁(MgO)0.81g,二氧化硅(SiO2)4.81g,无水氯化钙(CaCl2)3.33g,三氧化二铕(Eu2O3)0.2g,三氧化二镝(Dy2O3)0.18g,三氧化二硼(B2O3)0.07g,于玛瑙研钵中充分研磨并混合均匀后,在一氧化碳(CO)的还原气氛中,分两步烧结:首先,在较低温度500℃预烧结6小时,冷至室温,取出再次充分研磨并混合均匀,1100℃烧结10小时。将样品取出研磨,然后用沸水洗涤过滤并烘干,最终得到样品,经粉末X射线衍射仪分析主要物相为Ca8Mg(SiO2)4Cl2,经紫外线照射,样品发射出较强绿色长余辉。
实施例9:
称取碳酸钙(CaCO3)14.01g,氧化镁(MgO)0.81g,二氧化硅(SiO2)4.81g,无水氯化钙(CaCl2)3.33g,三氧化二铕(Eu2O3)1.69g,三氧化二铒(Er2O3)1.53g,三氧化二硼(B2O3)0.07g,于玛瑙研钵中充分研磨并混合均匀后,在N2和H2的混合气的还原气氛中,分两步烧结:首先,在较低温度500℃预烧结6小时,冷至室温,取出再次充分研磨并混合均匀,1100℃烧结10小时。将样品取出研磨,然后用沸水洗涤过滤并烘干,最终得到样品,经粉末X射线衍射仪分析主要物相为Ca8Mg(SiO2)4Cl2,经紫外线照射,样品发射出较强绿色长余辉。
实施例10:
称取碳酸钙(CaCO3)14.01g,氧化镁(MgO)0.81g,二氧化硅(SiO2)4.81g,无水氯化钙(CaCl2)3.33g,三氧化二铕(Eu2O3)0.56g,三氧化二钬(Ho2O3)0.3g,三氧化二硼(B2O3)0.07g,于玛瑙研钵中充分研磨并混合均匀后,在碳棒的还原气氛中,分两步烧结:首先,在较低温度500℃预烧结6小时,冷至室温,取出再次充分研磨并混合均匀,1000℃烧结10小时。将样品取出研磨,然后用沸水洗涤过滤并烘干,最终得到样品,经粉末X射线衍射仪分析主要物相为Ca8Mg(SiO2)4Cl2,经紫外线照射,样品发射出较强绿色长余辉。

Claims (2)

1.一种稀土绿色长余辉发光材料具有如下结构:
Ca8Mg(SiO2)4Cl2:Eux·Lny
其中0.005≤x≤0.10,0.006≤y≤0.10
2.一种权利要求1所述的稀土绿色长余辉发光材料的制备方法,其特征在于按基质原料的摩尔系数比为CaCO3∶MgO∶SiO2∶CaCl2=7∶1∶4∶1.5,助溶剂为B2O3,基质原料与助溶剂的摩尔比为Ca8Mg(SiO2)4Cl2∶B2O3=1∶0.05,按掺杂摩尔分数,分别称取Eu2O3和Ln离子的氧化物,Ln选自Al、Ga、Ti、Zr、La、Pr、Nd、Dy、Ho或Er中的一种元素;充分研磨并混合均匀后,在炭、一氧化碳气体、纯H2气或N2和H2的混合气的还原气氛中,分两步烧结:首先,在较低温度400~700℃预烧结4~6小时,冷至室温,取出再次充分研磨并混合均匀,1000~1200℃烧结6~10小时,将样品取出研磨,然后用沸水洗涤过滤并烘干,最终得到产品。
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