一种红色长余辉发光材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种红色长余辉发光材料及其制备方法。该材料的化学组成为ＭｇＺｎ↓［２］（ＰＯ↓［４］）↓［２］∶ｘＭｎ↑［２＋］，ｙＭ，其中ｘ＝０．０１～０．１摩尔，ｙ＝０．０１～０．０５摩尔，Ｍ为Ｔｂ↑［３＋］、Ｐｂ↑［３＋］、Ｃｅ↑［３＋］、Ｄｙ↑［３＋］、Ｐｒ↑［３＋］、Ｇｄ↑［３＋］中的一种。其制备方法是高温固相法，将相应的原料按化学计量比称量，在２００－６００℃预烧３～５小时，在８５０～１２００℃的热炭还原气氛中保温４～１２小时，冷却，研碎，过筛，即可制得。材料在紫外灯或太阳光下照射一段时间后，置于黑暗环境中，可持续发红光１～３小时，２米外能用肉眼清晰地观察到余辉。材料合成温度低，基质化学稳定性好，原料选择余地大，该制备方法工艺步骤简便。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及发光材料领域，尤其是涉及一种新型红色长余辉发光材料及其制备方法。
技术介绍
长余辉发光材料，可吸收外界光照能量并将能量储存起来，在关闭激发源以后，于室温以可见光的形式缓慢释放出来，因此它具有无污染、节能、安全、经济等优点，可用于黑暗环境中的各种标志与指示、美化装饰等。绿色和蓝色长余辉荧光粉的制备工艺已逐渐趋向成熟(《蓄光型发光材料及其制品》，肖志国，化学工业出版社，2002)，为了与已商品化的绿色和蓝色长余辉荧光粉配成发白光的长余辉发光材料，现在人们把目光集中于红色长余辉磷光粉的研究与开发。由于人眼对红光特别敏感，因此红色长余辉发光材料比蓝色、绿色长余辉发光材料可在更多领域取得应用。红色长余辉发光材料是上世纪90年代才发现的，迄今为止，最好的红色长余辉发光材料是二价铕掺杂的碱土硫化物及三价铕掺杂的硫氧化钇(相关文献如J.Electrochem.Soc.2000，147(1)，386-389；Jpn.Rare Earth，1999，35，41-45)。但是，这些以硫化物为基质的红色长余辉发光材料存在耐光辐射性和基质不稳定的缺点。上述两种红色长余辉发光材料及目前已商业化的蓝色与绿色长余辉发光材料都是以二价铕或三价铕作为激活离子，二价铕发光是由产生5d-4f跃迁，由于5d态能级劈裂严重受晶场影响，使得二价铕可以发红、黄、蓝、绿、紫光，三价铕由于容易发光，目前仍是灯用荧光粉及CRT荧光粉红光成分的激活离子，大量的需求使原料三氧化铕价格昂贵，从而生产成本高，制约了以铕作为激活剂的红色长余辉发光材料广泛的应用。因此，现在仍需要寻找基质稳定性好、长余辉性能佳、生产成本低的红色长余辉材料。Mn2+离子发射光谱与二价铕的比较相似，都是宽带，而且其发射波长也与基质密切相关，掺杂Mn2+离子的发光材料可以发射从紫外到红外波长的各种光。以Mn2+激发的长余辉材料可大大降低生产成本，提高市场竞争力，扩大长余辉材料的应用领域。目前，以Mn2+离子作为激活剂的长余辉材料仍处于实验室研究阶段。其中，中国专利技术专利申请03109879.7公开了几种多色的以磷酸锌作为基质及以Mn2+离子作为激活剂的长余辉发光粉，但是该材料仍存在着缺陷，余辉亮度较弱，余辉时间较短，发红光的β-Zn3(PO4)2Mn2+烧结温度为950℃以上。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种对设备要求低，步骤简单；基质结晶温度低且稳定性好；产品硬度适中，易粉碎；原料成本低，产品产生红色长余辉，且余辉亮度较强，时间较长，不含放射性元素新型红色长余辉发光材料。本专利技术的另一目的在于提供上述红色长余辉发光材料的制备方法。本专利技术的红色长余辉发光材料以Mn2+离子为激活离子，以单斜结构的MgZn2(PO4)2为基质，其化学通式为MgZn2(PO4)2xMn2+，yM，式中Mn2+的摩尔数x为0.01～0.1，共激活离子M为Tb3+、Pb3+、Ce3+、Dy3+、Pr3+、Gd3+中的一种，M的摩尔数y为0.01～0.05；材料在紫外灯照射下呈红色荧光。该材料的发射波长为宽谱带，位于550～700nm之间，最大发射峰位于620nm左右；CIE色图度计算其发射光的色坐标为(x＝0.622，y＝0.366)。基质MgZn2(PO4)2比较容易制得，Mn2+单掺的产品在紫外灯照射下，余辉时间很短。当掺杂了本专利技术中所选的共激活剂后，在热释光谱图中，观察到位于100℃左右，有一强热释光峰，说明该材料有深度合适的陷阱，当材料受光照后，材料的陷阱把能量存储起来，在撤去激发源后，再慢慢释放能量并传递给激活离子Mn2+，使Mn2+离子持续发光。本专利技术的红色长余辉发光材料的制备方法是采用高温固相法，按以下步骤制备以MgO、ZnO、NH4H2PO4为原料制备基质，在基质中，以MnCO3为原料掺入激活离子，以Tb3+、Pb3+、Ce3+、Dy3+、Pr3+、Gd3+中的一种离子所对应的氧化物为原料掺入共激活剂，研磨混匀，在热炭还原气氛中，在200～500℃条件下预烧3～5小时，冷却后取出，研磨并混合均匀，再在850～1200℃条件下保温4～12小时，冷却后研碎过筛即得成品；MgO、ZnO、NH4H2PO4和MnCO3加入量的摩尔比为1∶1∶2∶0.01～0.1，共激活剂的加入量为MgO加入量摩尔数的0.01～0.05(1～5％)。所述的热碳还原气氛是指，将研磨混匀的混合物放入小坩埚中，再将小坩埚放入一个装有活性炭颗粒的大坩埚中。为进一步实现本专利技术的目的，上述制备方法的基质中还包括助熔剂，所述助熔剂为硼酸或氯化铵，其用量为原料总质量的0.1～3.0％。上述方法制备的长余辉发光材料的XRD图如图1所示，图中所有的衍射峰位置及相对强度均与标准卡片(JCPDS No.31-1468)上的数据完全一致，说明得到的产物为纯相的MgZn2(PO4)2。图2是产品的激发光谱(a)与发射光谱(b)，从激发光谱看，该产品能有效被紫外光与波长413nm左右的可见光所激发，而从其发射光谱来看，产品发射的是具有宽波长范围的红光，最大发射波长位于620nm左右。图3是产品的热释光谱图，在100℃左右出现一个很强的峰，这说明该产品具有深度合适的陷阱，能储存能量，在室温条件下，并可将能量缓慢放出，传递给激活离子，实现持续发光。本专利技术的优点是制备工艺对设备要求低，步骤简单；基质结晶温度低且稳定性好；产品硬度适中，易粉碎；原料成本低，产品产生红色长余辉，2米外能用肉眼清晰地观察到余辉，不含放射性元素。附图说明图1是本专利技术红色长余辉发光材料的XRD图；图2是本专利技术红色长余辉发光材料的激发光谱图(a)与发射光谱图(b)(插图为激发光谱的部分放大图)；图3是本专利技术红色长余辉发光材料的热释光谱图。具体实施例方式下面结合实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。实例1准确称取氧化镁(MgO)0.2015g，氧化锌(ZnO)0.8139g，磷酸二氢铵(NH4H2PO4)1.1502g，碳酸锰(MnCO3)0.0574g，氧化铽(Tb4O7)0.0934g，于玛瑙研钵中研磨30分钟左右，使原料充分混合均匀。将混合均匀的原料转移到小坩埚中，再将小坩埚放入一个装有活性炭颗粒的大坩埚中，盖上大坩埚的盖子，放入箱式炉中，在500℃预烧3小时，冷却取出，再次研磨15分钟左右，再以每分钟5℃的速度升到850℃，并保温5小时，自然冷却后取出，轻轻研碎，即得产品。经XRD分析为纯相的MgZn2(PO4)2，产品在254nm或366nm紫外灯下照射5分钟，产生红色荧光。关闭紫外灯，在暗环境中，明显可见红色余辉，余辉持续1.5小时左右。实例2准确称取氧化镁(MgO)0.2015g，氧化锌(ZnO)0.8139g，磷酸二氢铵(NH4H2PO4)1.1502g，碳酸锰(MnCO3)0.0574g，氧化铽(Tb4O7)0.0934g，硼酸(H3BO3)0.0694g，于玛瑙研钵中研磨30分钟左右，使原料充分混合均匀。将混合均匀的原料转移到小坩埚中，再将小坩埚放入一个装有活性炭颗粒的大坩埚中，盖上大坩埚的盖子，放入箱式炉中，在500℃预烧3小时，冷却取出，再次研磨15分钟左右，再以每分钟5℃的速度升本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种红色长余辉发光材料，其特征在于，以Ｍｎ↑［２＋］离子为激活离子，以单斜结构的ＭｇＺｎ↓［２］（ＰＯ↓［４］）↓［２］为基质，其化学通式为ＭｇＺｎ↓［２］（ＰＯ↓［４］）↓［２］：ｘＭｎ↑［２＋］，ｙＭ，式中Ｍｎ↑［２＋］的摩尔数ｘ为０．０１～０．１，共激活离子Ｍ为Ｔｂ↑［３＋］、Ｐｂ↑［３＋］、Ｃｅ↑［３＋］、Ｄｙ↑［３＋］、Ｐｒ↑［３＋］、Ｇｄ↑［３＋］中的一种，Ｍ的摩尔数ｙ为０．０１～０．０５；材料在紫外灯照射下呈红色荧光。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张勤远，潘跃晓，杨成浩，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]