一种掺杂氧化钇纳米荧光粉的制备方法

摘要

本发明公开了一种掺杂氧化钇纳米荧光粉的制备方法，其包括以下步骤：步骤一、配置Y(NO3)3和Eu(NO3)3的第一混合溶液，然后向第一混合溶液中加入NaOH溶液并搅拌以形成第二混合溶液，使第二混合溶液的pH值为6~8；步骤二、再取与步骤一中的NaOH相等质量的NaOH放入到第二混合溶液中，然后搅拌使NaOH溶解得到第三混合溶液；步骤三、将第三混合溶液装入反应器皿中，在温度为140~220℃条件下反应4~6小时后冷却得到反应产物；步骤四、将步骤三中的反应产物用去离子水清洗，沉淀，多次清洗后直至滤液呈中性，然后烘干该反应产物，得到掺杂氧化钇纳米荧光粉。本发明的制备方法生产工艺简单，节约能源，所需设备简易，便于工业化生产；所得产物纯度高、分散性好、粒度容易控制。

权利要求

1.一种掺杂氧化钇纳米荧光粉的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：步骤一、配置Y(NO3)3和Eu(NO3)3的第一混合溶液，然后向所述第一混合溶液中加入NaOH溶液并搅拌均匀以形成第二混合溶液，使所述第二混合溶液的pH值为6～8；

步骤二、再取与步骤一中的NaOH相等质量的NaOH放入到第二混合溶液中，然后搅拌使NaOH完全溶解得到第三混合溶液；

步骤三、将所述第三混合溶液装入反应器皿中，在温度为140℃～220℃条件下反应

4～6小时后冷却得到反应产物；

步骤四、将步骤三中的反应产物用去离子水清洗，沉淀，多次清洗后直至滤液呈中性，然后烘干该反应产物，得到掺杂氧化钇纳米荧光粉；

在步骤四中，将反应产物放入烘箱中在80℃下干燥，干燥时间为4～6小时。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌采用磁力搅拌机进行搅拌。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤一中，所述第二混合溶液的pH值为7。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤三中，所述反应器皿为反应釜。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，装入反应釜中的第三混合溶液的体积为反应釜容积的55～65％。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤四中，所述沉淀用离心机离心沉淀。

说明书

一种掺杂氧化钇纳米荧光粉的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种荧光粉的制备方法，尤其是指一种掺杂氧化钇纳米荧光粉的制备方法。

背景技术

[0002] Y2O3:Eu3+是一种重要的红色荧光粉，由于它的发光效率高且有较高的色纯度和光衰特性，已被广泛用于节能三基色荧光灯中，同时也是制备复印灯和紫外真空激发的气体放电彩色显示板的材料。长期以来，国内外普遍采用高温固相反应法合成该荧光粉，灼烧温度在1300℃以上。能源消耗巨大而且灼烧后产物粒径较大，需要球磨粉碎以减小粒径来满足涂粉的工艺需要，但球磨会使荧光粉的结晶形态破坏，致使发光度大幅度下降，严重影响荧光粉的使用性能。为了进一步探索和提高这种高效发光材料的发光性能和应用价值，近年来，已有许多人采用了多种方法进行制备和性能研究。

发明内容

[0003] 本发明所要解决的技术问题是提供一种掺杂氧化钇纳米荧光粉的制备方法，该制3+
备方法采用了水热合成法制备Y2O3:Eu 荧光粉，避免了球磨粉碎产物制得荧光粉从而会破坏荧光粉的结晶形态，致使发光度大幅降低。

[0004] 解决本发明的技术问题所采用的技术方案是：提供一种掺杂氧化钇纳米荧光粉的制备方法，其包括以下步骤：

[0005] 步骤一、配置Y(NO3)3和Eu(NO3)3的第一混合溶液，然后向所述第一混合溶液中加入NaOH溶液并搅拌均匀以形成第二混合溶液，使所述第二混合溶液的pH值为6~8；

[0006] 步骤二、再取与步骤一中的NaOH相等质量的NaOH放入到第二混合溶液中，然后搅拌使NaOH完全溶解得到第三混合溶液；

[0007] 步骤三、将第三混合溶液装入反应器皿中，在温度为140~220℃条件下反应4~6小时后冷却得到反应产物；

[0008] 步骤四、将步骤三中的反应产物用去离子水清洗，沉淀，多次清洗后直至滤液呈中性，然后烘干该反应产物，得到掺杂氧化钇纳米荧光粉。

[0009] 优选地，所述搅拌采用磁力搅拌机进行搅拌。

[0010] 优选地，在步骤一中，所述第二混合溶液的pH值为7。

[0011] 优选地，在步骤三中，所述反应器皿为反应釜。

[0012] 优选地，装入反应釜中的第三混合溶液的体积为反应釜容积的55~65%。

[0013] 优选地，在步骤四中，所述沉淀用离心机离心沉淀；将反应产物放入烘箱中在80℃下干燥，干燥时间为4～6小时。

[0014] 与现有技术相比，本发明的制备方法具有以下几种优点：1、本发明的制备方法制备的产物纯度高、分散性好、粒度容易控制。2、本发明的制备方法的生产工艺简单，节约能源,所需设备简易。3、便于工业化生产。

附图说明

[0015] 图1为不同实施例制备的Y2O3:Eu3+粉体的XRD图，其中，曲线（a）为实施例1的XRD图；曲线（b）为实施例2的XRD图；曲线（c）为实施例3的XRD图；曲线（d）为实施例4的XRD图。

[0016] 图2为不同实施例制备的Y2O3:Eu3+粉体的SEM图，其中，（a）为实施例1的SEM图；（a）为实施例2的SEM图；（a）为实施例3的SEM图；（a）为实施例4的SEM图。

[0017] 图3为实施例4和实施例8制备的Y2O3:Eu3+纳米粉体XRD图，其中，曲线（a）、（b）分别为实施例4和实施例8的XRD图。

[0018] 图4为不同掺杂浓度下制备的Y2O3:Eu3+的粉体的发射光谱图。

[0019] 图5为本发明实施例的制备方法的制备Y2O3:Eu3+的粉体的流程图。

具体实施方式

[0020] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0021] 请参考图5，本发明用去离子水为溶剂，采用Y(NO3)3、Eu(NO3)3等为原材料,在不3+
同反应温度和不同矿化剂浓度的条件下，通过化学水热合成及焙烧制备了Y2O3和Y2O3:Eu纳米晶体。本发明采用的是水热合成法的原因是：水热合成法在亚临界和超临界水热条件下，由于反应处于分子水平，反应性提高，因而水热反应可以替代某些高温固相反应。又由于水热反应的均相成核及非均相成核机制不同，因而可以创造出其它方法无法制备的新化合物和新材料。与其它方法相比，制备的产物纯度高、分散性好、粒度容易控制。

[0022] 为了制备高纯度的粉体，尽量减少杂质，所采用的药品尽可能采用分析纯，为了减少非有用元素的污染，所采用的药品尽量可能含有有用的元素，本发明采用化学药品如下：硝酸钇溶液（Y(NO3)3）0.2mol/L；硝酸铕溶液（Eu(NO3)3）0.1mol/L；氢氧化钠（NaOH）分析纯。

[0023] 根据Y/Eu的不同的摩尔量比配制Y(NO3)3和Eu(NO3)3混合溶液(即：如果Y/Eu的化学配比（摩尔比）为0.98:0.02,则加入9.8ml的浓度为0.2mol/L的Y(NO3)3溶液和0.4ml的0.1mol/L的Eu(NO3)3溶液)，加入高浓度NaOH溶液，需要用磁力搅拌机充分搅拌，使Y(NO3)3和Eu(NO3)3混合溶液的pH值为6~8，较佳地，pH值为7；当调节pH值为7后，加入与前述的NaOH相同质量的NaOH药品。将配制好的反应溶液以填充度为55~65%（例如62.5%的反应釜的容积）装入反应釜中，控制反应时间为4~6小时（h），反应温度140℃~220℃。反应完成后把从反应釜中取出的粉体用去离子水反复清洗数次，直到呈中性为止。将清洗干3+
净的粉体，放入烘箱中在80℃下干燥，干燥4～6小时后，即可得到Y2O3:Eu 纳米粉体。

[0024] 表1：水热法制备Y2O3：Eu3+粉体的八种实施例的参数

[0025]

[0026] Y2O3:Eu3+纳米粉体的测试

[0027] 在相同的反应时间、反应温度和NaOH浓度的条件下制备的Y2O3:Eu3+粉体进行X射线衍射分析（XRD）。当X射线射入晶体试样时，会产生向各个方向散射的次生X射线，其中只有符合布拉格方程2dsinθ=nλ的方向上才能产生衍射。每种晶体都有自己特有的晶格结构，所以发生衍射的角度和强度各不相同，用记录仪记录样品发生衍射的角度和强度，即可绘出X射线图谱，结合X射线的标准JCPDS卡片，即可进行物相和结构分析。此外，可以根据晶面间距和晶体结构计算晶格常数。采用日本理学D/max-2550VB+/PC型X射线衍射仪，CuKa1源，扫描范围（2θ）：20－60°，依照所得的XRD图谱可确定样品的物相。利用扫描电镜（SEM）观察粉体的颗粒尺寸和形貌。

[0028] Y2O3:Eu3+纳米粉体的表征

[0029] （1）不同化学配比对产物结构的影响

[0030] 对反应时间为4h，反应温度为180℃，NaOH浓度为1mol/L条件下制备的粉体进行3+
XRD分析，结果如图1所示，从图1中可以看出，实施例1-4（即曲线a~d）的产物都为Y2O3:Eu
3+
纳米粉体，XRD图谱中没有出现其它杂相的衍射峰，随着Eu 离子掺杂浓度的增加，Y2O3纳米晶相的衍射峰减弱，Y2O3纳米晶的结晶度下降。

[0031] 图2为在反应时间为4h，反应温度为180℃，NaOH浓度为1mol/L条件下制备的粉体SEM图，其中，SEM图中的(a)~(d)分别为实施例1~4所得的粉体的SEM图。用L表示纳米晶体的长度，W纳米晶体的宽度。从图2中可以估算得出：实施例1所制得的粉体的L=2.0μm，W=0.2μm；实施例2所制得的粉体的L=5.0μm，W=0.4μm；实施例3所制得的粉体的L=6.0μm，W=0.5μm；实施例4所制得的粉体的L=11.2μm，W=1.0μm；所以随着化学配比的增加，Y2O3纳米粒子的尺寸变大，形貌变得更加规则。

[0032] （2）矿化剂（NaOH）浓度对水热合成产物的影响

[0033] 对反应时间为4h，反应温度为180℃，化学配比均为Y∶Eu=0.92:0.08，NaOH浓度分别为实施例1的3mol/L和实施例2的1mol/L条件下制备的粉体进行XRD物相分析，结果如图3所示，曲线(a)、(b)分别为实施例1、2制得的粉体的XRD图；实施例1和2均制备出同一种纳米晶体，并且随着矿化剂浓度的增加，纳米晶体的衍射峰明显加强，说明随着矿3+
化剂浓度的增加，Y2O3:Eu 纳米晶体的结晶度明显提高。

[0034] 荧光光谱分析

[0035] 图4为掺杂不同浓度三价铕离子的Y2O3纳米粉体的发射光谱，从图4中可以看出，3+
在523nm激光的激发下，Y2O3:Eu 纳米粉体的发射光谱主峰在612nm处，而且随着掺杂浓度的提高，发射光强度逐渐增强。

[0036] 在本发明的制备方法和测试过程中所用到的设备包括以下设备：1、水热反应高压釜（实验所用的反应容器为40ml带聚四氟乙烯内衬的不锈钢容器，填充度为62.5％。）；2、XT220A电子天平（称量范围：0.01g-220g，分辨率d：0.0001g，标准偏差：0.001g）；3、
78HW-1型数显恒温磁力搅拌机（杭州华瑞仪器有限公司生产）；4、101型电热恒温干燥箱（北京科伟永鑫实验仪器设备厂生产，主要技术规格：最高工作温度：300℃，功率：2.5KW，电压：220V）；5、PSP-通风柜控制系统；6、烧杯、玻璃棒、搅拌子、胶头滴管等；7、X射线衍射仪(日本理学D/max2550VB+PC型；Cu Ka1源，扫描范围为：10-70)；8、扫描电镜（SEM）(荷兰Quanta200型)；9、透射电镜（JEM-3010型，日本电子(JEOL.Ltd)，300KV)；10、L-550低速自动平衡离心机（长沙湘仪离心机仪器有限公司生产）。

[0037] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。