[发明专利]二氧化硅-稀土磷酸盐核-壳结构荧光材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种稀土化合物荧光材料，特别是涉及二氧化硅-稀土磷酸盐核-壳结构荧光材料及其制备方法。

背景技术

由于吸收能力强，转换率高，在可见光区域具有很强的发射，且物理化学性质稳定，稀土荧光材料现已成为光电元器件、照明、显示灯领域的支撑材料。在稀土荧光材料中，稀土磷酸盐荧光材料备受瞩目，此类材料最重要的应用就是用作节能灯的发光材料。我国目前是节能灯用荧光粉的第一生产大国，日渐增加的稀土元素消耗量和有限的稀土矿物储量之间的矛盾日渐突出，如何采用适当的方法来有效地降低稀土磷酸盐荧光材料的合成成本、提高其产品性能、减少稀土元素用量，提高稀土资源的利用率，就成为了发光照明材料领域所面对的一个迫切而重要的课题。

制备核-壳结构材料是近年来合成新型荧光材料所采用的一个重要手段。由于具有易于被制成球形单分散颗粒，粒径容易控制，合成成本低廉等优势，二氧化硅常常在核-壳结构荧光颗粒的制备中得以应用，如刘桂霞和洪广言等采用二氧化硅为内部核层材料，合成得到了SiO₂-Y₂O₃:Eu核-壳结构并在此基础上制备了Y₂O₃:Eu红色荧光粉空球，Liu，G..；Hong，G.，Synthesis ofSiO₂/Y₂O₃:Eu core-shell materials and hollow spheres，JOURNAL OF SOLIDSTATE CHEMISTRY，2005，178(5)：1647-1651.Liu，G.；Hong，G.；Dong，X.；Wang，J.，Synthesis of Y₂O₃:Eu³⁺ hollow Spheres using silica as templates，JOURNAL OF RARE EARTHS，2007，25(4)：407-411.，Yu等采用溶胶-凝胶法制备了SiO₂-YVO₄:Eu³⁺，Yu，M.；Lin，J.，Fang，J.，Silica spheres coated withYVO₄:Eu³⁺ layers via sol-gel process：a simple method to obtain sphericalcore-shell phosphors，CHEMISTRY OF MATERIALS，2005，17(7)：1783-1791，Lin等合成了SiO₂-Y_0.9Eu_0.1BO₃颗粒，Lin，C.；Kong，D.；Liu X.，Wang，H.；Yu，M.；Lin，J.，Monodisperse and core-shell-structured SiO₂@YBO₃:Eu³⁺ sphericalparticles：synthesis and characterization，INORGANIC CHEMISTRY，2007，46(7)：2674-2681，Chang等制备了(Y₂O₃:Eu³⁺)-SiO₂-YVO₄:Eu³⁺多层结构。Chang，M.；Tie S.，Fabrication of novel luminor Y₂O₃:Eu³⁺@SiO₂@YVO₄:Eu³⁺ withcore/shell heteronanostructure，NANOTECHNOLOGY，2008，19(7)：075711.1-075711.7，虽然目前已有很多以二氧化硅为内核的核-壳结构发光材料见于文献报道，但与重要的稀土磷酸盐绿色荧光粉[LnPO₄(Ln＝La:Ce，Tb)]相关的工作却非常少，目前只有Yu等关于用Pechini溶胶-凝胶法制备SiO₂-LnPO₄(Ln＝La:Ce，Tb)的报道。Yu，M.；Wang，H.；Lin，C.；Li，G.；Lin，J.，Sol-gel synthesis and photoluminescence properties of spherical SiO₂/LaPO₄:Ce³⁺/Tb³⁺ particles with a core-shell structure，NANOTECHNOLOGY，2006，17(13)：3245-3252，但采用这种方法制备出的材料其LnPO₄壳层较薄，每次只能形成60nm的稀土磷酸盐沉积，如果要获得发光较好，壳层较厚的材料，则必须进行多次沉积，操作较为繁琐，同时也在一定程度上增加了合成成本。如能采用较廉价的球形二氧化硅为内部核层，同时采用易于操作的均相沉淀法在其表面一次性包覆较厚的LnPO₄核层，则可以得到形貌规整的核-壳结构球形颗粒荧光材料，因为内层不含有价格昂贵的稀土元素，故合成成本可以被有效地降低。此方法制备简单，成本低廉，易于操作，产品外观为规则的球形，更适宜被用于高质量显示器件中，Bang，J.；Abboudi，M.；Abrams，B.；Holloway，P.H.，Combustion synthesis of Eu-，Tb-and Tm-doped Ln₂O₂S(Ln＝Y，La，Gd)phosphors，JOURNAL OF LUMINESCENCE，2004，106(3-4)：177-185，在进行后期的分散处理和涂屏时效果也会更好。此方法适合工业化规模生产，对于发光照明产业极具应用价值。