專利名稱：石榴石型鋁酸釓基熒光粉體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于發(fā)光粉體制備領(lǐng)域，特別涉及稀土激活石榴石型鋁酸釓基熒光粉體及制備方法。
背景技術(shù)：
石榴石型鋁酸釓(Gd3Al5O12，簡(jiǎn)稱GAG)具有優(yōu)異的光學(xué)性能、機(jī)械性能及穩(wěn)定的物理化學(xué)性質(zhì)，作為新型光學(xué)基體材料它的應(yīng)用正為人們所矚目。GAG屬于正方晶系，生長(zhǎng)速度快、生成的內(nèi)核比較小、對(duì)摻質(zhì)的分布系數(shù)理想、吸收系數(shù)大，其晶體是一種理想的固體激光基體材料。而在GAG中摻雜其它離子(主要是稀土元素離子和過(guò)渡金屬離子)的粉體在紫外及真空紫外光、X射線及高能粒子激發(fā)下發(fā)射可見(jiàn)光，有望應(yīng)用于陰極射線管(CRT)、場(chǎng)發(fā)射平板顯示器(FED)、等離子平板顯示器等領(lǐng)域，以提高器件分辯率。
作為一種新材料，目前尚無(wú)對(duì)GAG粉體制備技術(shù)的直接研究，只有對(duì)GdAlO3(簡(jiǎn)稱GAP)和Y3Al5O12(簡(jiǎn)稱YAG)粉體制備的研究。J.W.M.Verweij等人采用固體反應(yīng)方法合成GAP(GdAlO3)粉體(Chemical Physics Letters 239(1995)51-55)，將Gd2O3和Al2O3粉末均勻混合，并在1450℃以上的高溫下進(jìn)行熱處理。該方法工藝簡(jiǎn)單，易批量生產(chǎn)，缺點(diǎn)是熱處理溫度較高，球磨過(guò)程中易引入雜質(zhì)，(雜質(zhì)來(lái)源于煅燒產(chǎn)物中除主晶相GAP外，往往殘留少量中間相Gd4Al2O9(簡(jiǎn)稱GAM)和Gd3Al5O12(簡(jiǎn)稱GAG)。近年來(lái)，濕化學(xué)方法已成功應(yīng)用于Y3Al5O12粉體合成。如日本的IKEGAMI TAKAYASU等人發(fā)明的“制備YAG粉體的方法”(專利號(hào)JP2001270714)，用碳酸釔和片鋁石作原料，制成含碳酸根和硫離子的溶液，通過(guò)調(diào)節(jié)溶液的pH值形成沉淀，將沉淀物進(jìn)行熱處理，得到粒徑為40-400nm的單相YAG粉體。劉茜、羅嵐等人(申請(qǐng)?zhí)?10107829.3)用Gd和Al的硝酸鹽水溶液為原料，以檸檬酸為膠凝劑和可自燃的燃料，獲得的凝膠在800-1300℃之間煅燒，得到粒徑在40-100nm范圍的GAP粉體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明制備的熒光粉體化學(xué)表達(dá)式如下Gd3(1-x)Al5O12:REx或Gd3Al5(1-x)O12:REx式中RE為稀土元素(RE主要是Eu、Pr、Ce、Tb)等元素，RE可以是稀土元素的一種或多種)，X為摻雜克分子量，0.01＜x＜0.1，X＝0時(shí)為純Gd3Al5O12。
本發(fā)明采用溶膠--凝膠過(guò)程和燃燒合成過(guò)程相結(jié)合，并通過(guò)金屬硝酸鹽和檸檬酸之間的絡(luò)合和氧化還原反應(yīng)的方法制備熒光粉體。
本發(fā)明的制備過(guò)程如下按化學(xué)計(jì)量比將硝酸鋁(Al(NO3)39H2O)及Gd2O3、Eu2O3、Pr6O11、CeO2等稀土氧化物中的一種或多種用濃硝酸溶解于容器中，按檸檬酸與金屬離子摩爾比為1～2倍的量，向混合溶液中加入適量檸檬酸，調(diào)節(jié)溶液pH值至3～7。將盛有混合溶液的容器置于磁力攪拌器上，在70～80℃攪拌加熱，得到透明狀凝膠。將凝膠放入箱式爐400～500℃預(yù)燒，得到灰黑色的前驅(qū)粉末。前驅(qū)粉末經(jīng)過(guò)900～1300℃溫度鍛燒1.5小時(shí)以上得到淡粉紅色的最終產(chǎn)品。
本發(fā)明制備的熒光粉體色純度高、發(fā)光強(qiáng)度大、粒徑分布均勻(范圍為40～100nm)、工藝過(guò)程簡(jiǎn)單易行，原料便宜且易得。


圖1按實(shí)施例1制備的GAG:Eu納米粉體在紫外光激發(fā)下的熒光光譜，橫坐標(biāo)為波長(zhǎng)(nm)，縱坐標(biāo)為發(fā)光強(qiáng)度。
圖2按實(shí)施例2制備GAG:Pr納米粉體在紫外激發(fā)下的熒光光譜，橫坐標(biāo)為波長(zhǎng)(nm)，縱坐標(biāo)為發(fā)光強(qiáng)度。
圖3按實(shí)施例3制備的GAG:Eu，Ce納米粉體在紫外光激發(fā)下的熒光光譜，橫坐標(biāo)為波長(zhǎng)(nm)，縱坐標(biāo)為發(fā)光強(qiáng)度。
圖4按實(shí)施例4制備的GAG:Tb納米粉體在紫外光激發(fā)下的熒光光譜，橫坐標(biāo)為波長(zhǎng)(nm)，縱坐標(biāo)為發(fā)光強(qiáng)度。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明將結(jié)合以下實(shí)施例作進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明。
實(shí)施例1取18.75g硝酸鋁(Al(NO3)39H2O)，5.439g氧化釓(Gd2O3)，0.1056g氧化銪(Eu2O3)，33.4g檸檬酸，及足量的濃硝酸，溶于去離子水中，攪拌形成均勻溶液并調(diào)節(jié)溶液pH值為7。將盛有該溶液的燒杯置于磁力攪拌器上，加熱至70℃并不停攪拌，數(shù)小時(shí)后形成溶膠。繼續(xù)攪拌并加熱直至形成透明狀凝膠。將凝膠放入箱式爐中加熱至400℃形成灰黑色的前驅(qū)粉末。前驅(qū)粉末再經(jīng)1.5小時(shí)的900℃煅燒，得到Gd3Al5O12:Eu(5％molGd)淡粉紅色的最終產(chǎn)品。圖1為Gd3Al5O12:Eu3+納米粉在紫外光激發(fā)下的熒光光譜，表明發(fā)光離子Eu3+以固溶形式進(jìn)入GAG晶格，紫外光(254nm)激發(fā)下發(fā)射紅色熒光。
實(shí)施例2取18.75g硝酸鋁(Al(NO3)39H2O)，5.439g氧化釓(Gd2O3)，0.1016g氧化鐠(Pr6O11)，33.4g檸檬酸，及足量的濃硝酸，溶于去離子水中，攪拌形成均勻溶液并調(diào)節(jié)溶液pH值為3。將盛有該溶液的燒杯置于磁力攪拌器上，加熱至75℃并不停攪拌，數(shù)小時(shí)后形成溶膠。繼續(xù)攪拌形成透明狀凝膠。將凝膠放入箱式爐中加熱至450℃形成灰黑色的前驅(qū)粉末，經(jīng)1300℃溫度鍛燒2小時(shí)最終得到Gd3Al5O12:Pr(5％molGd)淡粉紅色的最終產(chǎn)品。圖2為Gd3Al5O12:Pr3+納米粉在紫外光激發(fā)下的熒光光譜，表明發(fā)光離子Pr以固溶形式進(jìn)入GAG晶格，在紫外光(254nm)激發(fā)下發(fā)射紅色熒光。
實(shí)施例3取18.75g硝酸鋁(Al(NO3)39H2O)，5.493g氧化釓(Gd2O3)，0.1056g氧化銪(Eu2O3)，0.0103g氧化鈰(CeO2)，33.4g檸檬酸，及足量的濃硝酸，溶于去離子水中，攪拌形成均勻溶液并調(diào)節(jié)溶液pH值為5。將盛有該溶液的燒杯置于磁力攪拌器上，加熱至80℃并不停攪拌，數(shù)小時(shí)后形成溶膠。繼續(xù)攪拌形成透明狀凝膠。將凝膠放入箱式爐中加熱至450℃形成灰黑色的前驅(qū)粉末，經(jīng)1200℃溫度鍛燒1.5小時(shí)最終得到Gd3Al5O12:Eu，Ce淡粉紅色的最終產(chǎn)品。圖3為Gd3Al5O12:Eu，Ce納米粉在紫外光激發(fā)下的熒光光譜。
實(shí)施例4取18.75g硝酸鋁(Al(NO3)39H2O)，5.493g氧化釓(Gd2O3)，0.1121g氧化鋱(Tb4O7)，33.4g檸檬酸，及足量的濃硝酸，溶于去離子水中，攪拌形成均勻溶液并調(diào)節(jié)溶液pH值為4。將盛有該溶液的燒杯置于磁力攪拌器上，加熱至70℃并不停攪拌，數(shù)小時(shí)后形成溶膠。繼續(xù)攪拌形成透明狀凝膠。將凝膠放入箱式爐中加熱至500℃形成灰黑色的前驅(qū)粉末，經(jīng)1000℃溫度鍛燒2小時(shí)最終得到Gd3Al5O12:Tb淡粉紅色的最終產(chǎn)品。圖4為Gd3Al5O12:Tb納米粉在紫外光激發(fā)下的熒光光譜，表明發(fā)光離子Tb已固溶進(jìn)入GAG晶格，在紫外光(254nm)激發(fā)下發(fā)射綠色熒光。
表 各實(shí)施例的化學(xué)計(jì)量和主要參數(shù)對(duì)比

權(quán)利要求
1.一種石榴石型鋁酸釓基熒光粉體，其特征是化學(xué)組成式為Gd3(1-x)Al5O12:REx或Gd3Al5(1-x)O12:REx式中RE為稀土元素，X為摻雜克分子量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述熒光粉體，其特征在于稀土元素為Eu、Pr、Ce、Tb中的一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述熒光粉體，其特征是摻雜克分子量0.01＜x＜0.1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3所述熒光粉體，其特征是粉體的粒徑為40-100nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熒光粉體的制備方法，包括溶膠化、凝膠化、預(yù)燒、鍛燒等工藝過(guò)程，其特征是采用溶膠-凝膠和燃燒合成相結(jié)合的方法。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的熒光粉的制備方法，其特征是按化學(xué)計(jì)量比將硝酸鋁、稀土氧化物用濃硝酸溶解于容器中，按檸檬酸與金屬離子摩爾比為1～2倍的量，向混合溶液中加入檸檬酸，調(diào)節(jié)溶液pH值至3～7，在70～80℃攪拌加熱至透明狀凝膠，400～500℃預(yù)燒，再經(jīng)過(guò)900～1300℃溫度鍛燒1.5小時(shí)以上。
全文摘要
一種石榴石型鋁酸釓基熒光粉體及其制備方法，熒光粉體的化學(xué)表達(dá)式為Gd
文檔編號(hào)C09K11/77GK1664063SQ200510056140
公開(kāi)日2005年9月7日 申請(qǐng)日期2005年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月21日
發(fā)明者羅嵐, 譚敦強(qiáng), 周浪 申請(qǐng)人:南昌大學(xué)