一种低温烧结前躯体制备BCNO荧光粉的方法技术

本发明专利技术为一种低温烧结前躯体制备BCNO荧光粉的方法。该方法包括以下步骤：步骤1：将37%的甲醛溶液加热至60~67℃，然后加入三聚氰胺搅拌至溶液澄清；步骤2：向上步所得溶液中加入硼酸三甲酯，溶液至澄清后加入三乙醇胺来使溶液的pH值至8~10，反应4~6小时后将冷却至溶液固化后，得到BCNO的前躯体；步骤3：将BCNO的前躯体在550~750℃下进行烧结，烧结时间为20~30小时，之后空冷至室温下研磨即得BCNO荧光粉。本发明专利技术的低温烧结前躯体制备BCNO荧光粉的方法，避免了尿素的使用，并可通过调整煅烧温度、甲醛用量和硼酸三甲酯用量的方法在可见光范围调控荧光粉的发射光谱，所用设备简单、便宜，方法简单易行，易于批量生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于功能材料
，更加具体地说，涉及低温烧结前躯体制备BCNO(硼碳氮氧)荧光粉的制备方法。
技术介绍
目前的荧光粉材料大都以稀土元素(Eu2+、Ce3+等)作为激活剂而发光，不仅价格昂贵，而且污染环境。BCNO是一种非稀土掺杂发光的荧光粉，由于其不需要稀土元素作为激活剂而引起了人们的广泛关注。BCNO荧光粉具有制备温度较低(700^900 V )、不需要保护气氛烧结(即在空气中实现烧结)、节能环保、激发光谱范围宽(从紫外到蓝光)、发射光谱可调(可见光范围)等众多优点，在照明和显示、白光LED、荧光素、生物荧光成像、DNA标记和医学等领域具有广阔的应用前景。目前，人们普遍采用尿素燃烧法(烧结温度为70(T90(TC， 烧结时间为3(Γ120分钟)制备BCNO荧光粉，该方法虽然制备简单，但是该方法的可控性差，烧结时间对发射光谱有很大影响，烧结时间相差几分钟即可造成发射光谱几十纳米的偏差，同时尿素加热时会产生氨气，从而会造成环境污染。因此，尿素燃烧法不利于BCNO荧光粉的批量生产和工业应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种BCNO荧光粉的制备方法，该方法首先通过液相法合成BCNO的前躯体，然后通过在无保护气氛的马弗炉中低温烧结前躯体来制备BCNO荧光粉，避免了尿素的使用，具有良好的可控性，适合批量生产和工业应用。本专利技术的目的通过下述技术方案予以实现一种低温烧结前躯体制备BCNO荧光粉的方法，包括以下步骤步骤I :将甲醛溶液加热至6(T67°C并反应过程始终保持该温度范围，然后加入三聚氰胺搅拌至溶液澄清；其配比为每15. 159g三聚氰胺溶于20mL飞OmL甲醛溶液；步骤2 :向上步所得溶液中加入硼酸三甲酯，搅拌溶液至澄清后加入三乙醇胺来使溶液的PH值至8 10，并始终保持溶液温度为6(T67°C，持续搅拌4飞小时；然后将溶液移出，室温下进行冷却至溶液固化后，得到BCNO的前躯体；物料配比为摩尔比硼酸三甲酯三聚氰胺=0. 8 6 :1 ;步骤3 :将上步制备的BCNO的前躯体在55(T750°C下进行烧结，烧结时间为2(Γ30小时，之后空冷至室温下研磨即得BCNO荧光粉。步骤I中所述的甲醛溶液浓度为质量百分比37%。本专利技术所述的溶液的搅拌均为电磁搅拌或者机械搅拌，低速搅拌，50-100转/min0利用本专利技术的技术方案制备的BCNO荧光粉，进行X射线衍射(X射线衍射仪(RigakuUltima IV)，扫描范围为10 - 80度，扫描速率为2度/分，扫描步长为0.02度)、扫描电镜(扫描电镜(Hitachi，S-4800) )、X射线光电子能谱(X射线光电子能谱仪(PHI1600EXCA))、红外光谱(傅里叶变换红外光谱(Bruker，WQF-410)，测试范围为400到2000波数)和发射光谱(荧光光谱仪(Hitachi，F-7000)，激发光为370nm的单色光，发射光谱测试范围为390-720nm)的性能测试，可知BCNO荧光粉的结构为错层BN六角结构，并且样品中含有少量的三氧化二硼。样品的形貌不规则，颗粒尺寸在数微米至几十微米，且存在B、C、N、O四种元素，含有B-N、B-N-B, B-O, B-C等化学键。制备的BCNO荧光粉的发射光谱在可见光范围可调，发射峰位置随着烧结温度的升高先红移再蓝移，随着硼酸三甲酯用量的增加而发生红移，发射峰位置随着甲醛用量的增加先红移再蓝移。本专利技术提供一种新的低温烧结前躯体制备BCNO荧光粉的方法，首先通过液相法合成BCNO的前躯体，然后通过在无保护气氛的马弗炉中低温烧结前躯体来制备BCNO荧光粉，避免了尿素的使用，并可通过调整煅烧温度、甲醛用量和硼酸三甲酯用量的方法在可见光范围调控荧光粉的发射光谱，所用设备为一般的马弗炉，所用设备简单、便宜，方法简单易行，对烧结时间不敏感，重复性好，易于批量生产。附图说明 图I是不同温度下烧结的BCNO荧光粉的X射线衍射图。图2是625°C烧结的BCNO荧光粉的扫描电镜图。图3是不同温度下烧结的BCNO荧光粉的X射线光电子能谱图。图4是不同温度下烧结的BCNO荧光粉的红外吸收光谱图。图5是不同温度下烧结的BCNO荧光粉的发射光谱图。图6是不同甲醛体积制备的BCNO荧光粉的发射光谱图。图7是不同硼酸三甲酯摩尔数制备的BCNO荧光粉的发射光谱图。具体实施例方式下面结合具体实施例进一步说明本专利技术的技术方案。实施例I :在不同温度下低温烧结前躯体制备BCNO荧光粉。步骤I :在烧瓶中加入30mL质量百分比为37%的甲醛溶液，并加热至65°C ;然后加入15. 159g (O. 12mol)的三聚氰胺，边加热边搅拌(电磁低速搅拌，转速为50-100转/分钟，本专利技术后续步骤及其它实施例的搅拌同)至溶液澄清，溶液温度保持在65°C ；步骤2 :在溶液中缓慢加入62. 352g (O. 6mol)的硼酸三甲酯，不停搅拌溶液至澄清，然后在溶液中加入ImL的三乙醇胺调节溶液的PH值至8。溶液温度保持在65°C，搅拌4小时，将溶液倒入烧杯，I小时后溶液固化，得到BCNO的前躯体；步骤3 :取出BCNO的前躯体，放入马弗炉中进行低温烧结，烧结温度为550°C，烧结时间为24小时；烧结结束后关闭马弗炉自然冷却，待马弗炉温度降至室温后取出样品，在玛瑙研钵中充分研磨样品I小时即得到BCNO荧光粉(得到的荧光粉颗粒尺寸在几微米至几十微米);实施例2，其他步骤同实施例1，不同之处在于步骤3中的烧结温度由550度改为600度。实施例3，其他步骤同实施例1，不同之处在于步骤3中的烧结温度由550度改为625度。实施例4，其他步骤同实施例1，不同之处在于步骤3中的烧结温度由550度改为650度。实施例5，其他步骤同实施例1，不同之处在于步骤3中的烧结温度由550度改为700度。实施例6，其他步骤同实施例1，不同之处在于步骤3中的烧结温度由550度改为750度。测试结果采用低温烧结前躯体法在不同温度下制备了 BCNO荧光粉，对荧光粉进行了 X射线衍射、扫描电镜、X射线光电子能谱、红外光谱和发射光谱测量，测试结果分 别如图I、图2、图3、图4和图5所示。图I是不同烧结温度制备的BCNO荧光粉的X射线衍射图，所有样品在25度和42度附近存在两个较宽的衍射峰，通过与标准PDF卡片比较(PDF#45-0895)，表明BCNO荧光粉的结构为错层BN六角结构；并且样品在15度和28度附近存在两个尖锐的衍射峰，通过与标准PDF卡片比较(PDF#06-0297)，表明制备的样品中含有少量的三氧化二硼。图2是625度烧结的BCNO荧光粉的扫描电镜图，结果表明样品的形貌不规则，颗粒尺寸在数微米至几十微米。图3是不同温度烧结的BCNO荧光粉的X射线光电子能谱图，结果表明样品存在B、C、N、0四种元素。图4给出的是不同温度烧结制备的BCNO荧光粉的红外吸收光谱图，由图4可以看出，BCNO荧光粉中含有B_N、B_N_B、B_0、B-C等化学键。通过分析以上4个图，可以得出制备的荧光粉由B、C、N、O组成，样品为错层BN六角结构，并且各元素之间存在化学键。图5是不同烧结温度制备的BCNO荧光粉在370nm激发下的发射光谱图，当烧结温度为550度时，荧光粉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低温烧结前躯体制备BCNO荧光粉的方法，其特征为包括以下步骤：步骤1：将甲醛溶液加热至60？~？67？℃并反应过程始终保持该温度范围，然后加入三聚氰胺搅拌至溶液澄清；其配比为每15.159？g三聚氰胺溶于20？mL~50？mL甲醛溶液；步骤2：向上步所得溶液中加入硼酸三甲酯，搅拌溶液至澄清后加入三乙醇胺来使溶液的pH值至8？~？10，并始终保持溶液温度为60？~？67？℃，持续搅拌4~6小时；然后将溶液移出，室温下进行冷却至溶液固化后，得到BCNO的前躯体；物料配比为：摩尔比硼酸三甲酯：三聚氰胺=0.8~？6：1；步骤3：将上步制备的BCNO的前躯体在550？~？750？℃下进行烧结，烧结时间为20~30小时，之后空冷至室温下研磨即得BCNO荧光粉。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张兴华，唐成春，卢遵铭，孟凡斌，林靖，徐学文，胡龙，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：