[发明专利]一种采用微波均匀沉淀制备稀土正磷酸盐单分散球形上/下转换荧光粉的方法

说明书

本发明属于材料科学领域，特别涉及一种采用微波均匀沉淀制备稀土正磷酸盐单分散球形上/下转换荧光粉的方法。步骤如下：1)将磷酸、硫源以及尿素溶解于离子水中；各物质摩尔比为磷酸：磷酸根：尿素＝5～20：0.2～4：20～100；2)将上述混合液中加入稀土硝酸盐，控制稀土离子总量与上述加入的磷酸根比例为摩尔比1：5～20；3)向混合液中加入硝酸，进行反应；4)将反应后的溶液离心分离、清洗和烘干，得到稀土正磷酸盐单分散球形粉；5)将步骤4所得稀土正磷酸盐单分散球形粉在温度为600～1100℃条件下煅烧2～8h。本发明制备方法，反应迅速，简单高效，成本低廉，操作易于控制，可实现大量生产。

技术领域

本发明属于材料科学领域，特别涉及一种采用微波均匀沉淀制备稀土正磷酸盐单分散球形上/下转换荧光粉的方法。

背景技术

单分散球形粉已被证实在照明、药物传送以及生物标记等领域具有巨大的应用潜力。在诸多制备单分散球形粉的方法中，以乳液聚合法和脲基均匀沉淀法最为高效，且前者一般用于制备聚合物乳胶球以及二氧化硅球，后者多用于制备稀土碱式碳酸盐球。大量研究表明，直径大于等于100nm的球形粉是通过无数更小的颗粒团聚而成的，而非通过简单的“形核-长大”机制。

目前，脲基均匀沉淀法已被多次改良以制备其他成分的无机单分散球形粉。稀土正磷酸盐(REPO₄)具有优异的热稳定性、极低的水溶性以及良好的折光指数，这些特性使其在可视化以及生物应用领域被公认为是一类优异的基体材料。然而，由于稀土正磷酸盐在较高温度或者经长时间沉淀反应倾向于各向异性生长这一特征，其单分散球形粉还从未通过均匀沉淀法制备出来。

鉴于稀土正磷酸盐极低的溶解度(溶度积约为10^-25-10^-27)，以均匀沉淀法制备其单分散球形粉时，一方面初始反应系统的pH一定要维持在很低的水平以防止沉淀过早产生，另一方面沉淀反应需在较低温度以及较短时间内完成以抑制所得稀土正磷酸盐的各向异性生长。由于微波加热时，材料温度的升高依赖于吸收电磁能而非周围物质的热传递，且有机物对电磁能的吸收作用较无机物更强。因此采用微波加热均匀沉淀反应系统时，尿素会被优先加热，这使尿素在整个反应系统低于其本征水解温度时就开始迅速水解，从而确保了稀土正磷酸盐的大量形核并有效约束了其各向异性成长，这也为后期晶核团聚成球奠定了基础。微粒(晶核)在水溶液中的团聚可归结为范德华吸引力和静电排斥力共同作用的结果，因此适当调控静电排斥力的大小可有效控制颗粒的团聚。在许多体系中，SO₄^2-被证实可以通过吸附来有效调节晶核表面的电荷。在该体系中，由于酸性条件下产生的稀土正磷酸盐晶核表面会被严重质子化(依附大量H⁺)，采用SO₄^2-有望中和晶核表面阳离子从而促进其团聚。

发明内容

本发明提供一种采用微波均匀沉淀制备稀土正磷酸盐单分散球形上/下转换荧光粉的方法，目的是在于通过微波加热在较低温度下有效促进尿素水解，从而推动稀土正磷酸盐形核并抑制其各向异性生长，以及通过采用SO₄^2-有效调控晶核表面静电排斥力，促使其团聚为稀土正磷酸盐单分散球形粉，再经后续煅烧处理，得到稀土正磷酸盐单分散球形上/下转换荧光粉。

本发明的技术方案：

一种采用微波均匀沉淀制备稀土正磷酸盐单分散球形上/下转换荧光粉的方法，步骤如下：

步骤1：将磷酸、硫源以及尿素溶解于去离子水中；其中，磷酸根：硫酸根：尿素摩尔比为5～20：0.2～4：20～100；

步骤2：将上述混合液中加入稀土硝酸盐，控制稀土离子与上述加入的磷酸根比例为摩尔比1：5～20；所述的稀土硝酸盐不包含Pm硝酸盐和Sc硝酸盐。