專利名稱：一種單一基質(zhì)的多色長(zhǎng)余輝發(fā)光材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種長(zhǎng)余輝發(fā)光材料，具體涉及ー種三價(jià)稀土離子激活的單一基質(zhì)多色長(zhǎng)余輝發(fā)光材料，屬于發(fā)光材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
長(zhǎng)余輝發(fā)光材料是ー種新型環(huán)保節(jié)能材料，它能在吸收太陽(yáng)光或紫外光的能量 后，將部分能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，然后緩慢地把儲(chǔ)存的能量以可見光的形式釋放出來(lái)，在光源撤出后仍然可以長(zhǎng)時(shí)間發(fā)出可見光。長(zhǎng)余輝發(fā)光材料由于在顯示器的背光燈、標(biāo)志照明、夜光涂料等方面均用廣泛的商業(yè)用途，因而從20世紀(jì)初以來(lái)在材料組成的研究、制備エ藝的研究等方面都得到了迅速的發(fā)展。從實(shí)際應(yīng)用方面考慮，人們希望得到不同發(fā)光顏色甚至全部色彩范圍的長(zhǎng)余輝發(fā)光材料。那么根據(jù)三原色原理，只要將余輝性能相近的紅色、緑色、藍(lán)色三種顏色的長(zhǎng)余輝材料按ー定比例混合，就可以得到各種顏色的長(zhǎng)余輝發(fā)光材料。但是這一方案必須要求三基色的發(fā)光強(qiáng)度和衰減時(shí)間都基本一致，目前藍(lán)、緑色長(zhǎng)余輝發(fā)光材料的研究已比較成熟，但是紅色長(zhǎng)余輝材料的發(fā)光強(qiáng)度和余輝時(shí)間都還達(dá)不到要求。并且，由于三基色長(zhǎng)余輝發(fā)光材料基質(zhì)不同的物理與化學(xué)特性，以及其發(fā)光中心離子激發(fā)波長(zhǎng)范圍的區(qū)別，通過(guò)不同三基色長(zhǎng)余輝發(fā)光材料的混合實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)余輝發(fā)光顏色變化的方案仍有待改善。

發(fā)明內(nèi)容
為實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)余輝發(fā)光顏色變化，避免多種基質(zhì)物理化學(xué)性能不同影響其發(fā)光性能及其三基色發(fā)光中心離子激發(fā)波長(zhǎng)范圍的不同等問題，本發(fā)明的目的是提供一種單一基質(zhì)、不同離子激活系列多色長(zhǎng)余輝發(fā)光材料，以及上述長(zhǎng)余輝發(fā)光材料的制備方法，通過(guò)下列技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的目的之ー是提供ー種單一基質(zhì)的多色長(zhǎng)余輝發(fā)光材料，其化學(xué)組成為CahOSnO2SiO2 xRe3+，其中CaSnSiO5為基質(zhì)、Re3+為稀土離子作為激活劑離子，O ^ X ^ O. 02, Re 為 Pr、Sm、Tb、Dy 中的任意一種。本發(fā)明的另一目的在于提供上述發(fā)光材料的制備方法，通過(guò)高溫固相反應(yīng)エ藝來(lái)制備，經(jīng)過(guò)下列各步驟以碳酸鈣CaCO3、硅酸H2SiO3、氧化錫SnO2、稀土氧化物為原料，按目標(biāo)產(chǎn)物的化學(xué)劑量比(Ca尚子Sn尚子Si尚子Re尚子=l-χ :1:1: x)稱取各組分并混合均勻后，在1000 1380°C下進(jìn)行煅燒3 6h后自然冷卻至室溫，即制得多色長(zhǎng)余輝發(fā)光材料，其化學(xué)組成為=CahOSnO2SiO2 xRe3+。所述稀土氧化物為氧化鐠Pr6O11、氧化釤Sm2O3、氧化鋱Tb4O7或氧化鏑Dy2O3。本發(fā)明通過(guò)采用激發(fā)ー種單一基質(zhì)，通過(guò)摻雜不同類型的發(fā)光中心離子來(lái)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)余輝發(fā)光顔色的變化，即可保證基質(zhì)的物理化學(xué)性能不會(huì)影響其多色長(zhǎng)余輝的發(fā)光，同時(shí)就可解決三基色發(fā)光中心激發(fā)光波長(zhǎng)范圍不同的問題。本發(fā)明以錫硅酸鈣作為基質(zhì)，以鐠離子、釤離子、鋱離子或鏑離子作為激活劑，制備的發(fā)光材料能吸收200 400nm范圍的紫外光能量，并通過(guò)不同稀土離子的摻雜，在該 單一基質(zhì)中可分別實(shí)現(xiàn)藍(lán)光、紅光、綠光及白光的長(zhǎng)余輝發(fā)射，在人眼能夠分辨的發(fā)光亮度 (0. 32mcd/m2)以上持續(xù)發(fā)光。本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單、易于操作。


圖I為樣品CaSnSiO5:0. OlRe3+CRe=Sm, Tb, Pr, Dy)的X射線衍射圖；圖中縱坐標(biāo)為 衍射峰強(qiáng)度，橫坐標(biāo)為衍射角度2 0。由X射線衍射圖譜可知，樣品與CaSnSiO5的標(biāo)準(zhǔn)XRD 衍射卡片圖譜一致，結(jié)合表達(dá)式中的摩爾配比，推斷其化合物為CaSnSiO5，屬于四方晶系結(jié) 構(gòu)，空間群為P421m。圖2 為 CaSnSiO5 及 CaSnSiO5 = O. OlRe3+CRe=Sm, Tb, Pr, Dy)的發(fā)射光譜圖；圖中縱坐 標(biāo)為發(fā)光強(qiáng)度，橫坐標(biāo)為波長(zhǎng)。在365nm紫外光激發(fā)下,CaSnSiO5樣品呈現(xiàn)420nm 580nm 的寬帶發(fā)射光譜。圖3為CaSnSiO5:0. OlRe3+ (Re=Sm, Tb，Pr，Dy)的雙對(duì)數(shù)余輝衰減曲線；圖中縱坐 標(biāo)為相對(duì)亮度，橫坐標(biāo)為余輝時(shí)間。其測(cè)試條件為室溫下，用IOOO^r±5%光源激發(fā)樣品 IOmin,等待時(shí)間為Is。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)ー步說(shuō)明。實(shí)施例I
以碳酸鈣CaCO3O. 5000克、硅酸H2SiO3O. 3905克、氧化錫SnO2O. 7536克為原料，按目標(biāo) 產(chǎn)物的化學(xué)劑量比(Ca離子Sn離子Si離子=I I I)稱取各組分并混合均勻后， 在1380°C下進(jìn)行煅燒4h后自然冷卻至室溫，即制得多色長(zhǎng)余輝發(fā)光材料，其化學(xué)組成為 CaOSnO2SiO2。該材料外觀呈淺白色，經(jīng)XRD鑒定其為CaSnSiO5物相。經(jīng)太陽(yáng)光或紫外線照射后， 在暗處呈現(xiàn)出藍(lán)色余輝發(fā)光，該材料在人眼能夠分辨的發(fā)光亮度(0. 32mcd/m2)以上還能夠 發(fā)光3分鐘以上。對(duì)實(shí)例材料進(jìn)行光譜測(cè)試，其發(fā)射波長(zhǎng)位于420nm處。實(shí)施例2
以碳酸鈣CaCO3O. 495克、硅酸H2SiO3O. 3905克、氧化錫SnO2O. 7536克、氧化釤 Sm2O3O. 00872克為原料，按目標(biāo)產(chǎn)物的化學(xué)劑量比(Ca離子Sn離子Si離子Re離子 =0. 99 : I : I : 0.01)稱取各組分并混合均勻后，在1200°C下進(jìn)行煅燒6h后自然冷卻至 室溫，即制得多色長(zhǎng)余輝發(fā)光材料，其化學(xué)組成為=Caa99OSnO2SiO2 0. OISm3+。該材料外觀呈白色，XRD測(cè)試結(jié)果表明其為CaSnSiO5物相。經(jīng)太陽(yáng)光或紫外線照 射后，在暗處呈現(xiàn)出橙紅余輝發(fā)光，該材料在人眼能夠分辨的發(fā)光亮度(0. 32mcd/m2)以上 還能夠發(fā)光20分鐘以上(圖3)。對(duì)實(shí)例材料進(jìn)行光譜測(cè)試，其發(fā)射波長(zhǎng)位于600nm處(圖 2)。實(shí)施例3
以碳酸鈣CaCO3O. 495克、硅酸H2SiO3O. 3905克、氧化錫SnO2O. 7536克、氧化鋱 Tb4O7O. 00935克為原料，按目標(biāo)產(chǎn)物的化學(xué)劑量比(Ca離子Sn離子Si離子Re離子 =0. 99 : I : I : 0.01)稱取各組分并混合均勻后，在1000°C下進(jìn)行煅燒3h后自然冷卻至室溫，即制得多色長(zhǎng)余輝發(fā)光材料，其化學(xué)組成為=Caa99OSnO2SiO2 0.01Tb3+。該材料外觀呈淺白色，XRD測(cè)試結(jié)果表明其為CaSnSiO5物相。經(jīng)太陽(yáng)光或紫外線照射后，在暗處呈現(xiàn)出緑色余輝發(fā)光，該材料在人眼能夠分辨的發(fā)光亮度(O. 32mcd/m2)以上還能夠發(fā)光I小時(shí)以上。對(duì)實(shí)例材料進(jìn)行光譜測(cè)試，其發(fā)射波長(zhǎng)位于542nm處。實(shí)施例4
以碳酸鈣CaCO3O. 495克、硅酸H2SiO3O. 3905克、氧化錫SnO2O. 7536克、氧化鐠Pr6O11O. 00851克為原料，按目標(biāo)產(chǎn)物的化學(xué)劑量比(Ca離子Sn離子Si離子Re離子=0. 99 : I : I : O. 01)稱取各組分并混合均勻后，在1380°C下進(jìn)行煅燒6h后自然冷卻至 室溫，即制得多色長(zhǎng)余輝發(fā)光材料，其化學(xué)組成為=Caa99OSnO2SiO2 O. OlPr3+。所述稀土氧化物為、氧化釤Sm2O3、氧化鋱Tb4O7或氧化鏑Dy2O3。該材料外觀呈淺白色，用XRD測(cè)試，發(fā)現(xiàn)其具有與CaSnSiO5相同的衍射圖譜，表明其具有與CaSnSiO5有相同的晶體結(jié)構(gòu)。經(jīng)太陽(yáng)光或紫外線照射后，在暗處呈現(xiàn)出藍(lán)色余輝發(fā)光，該材料在人眼能夠分辨的發(fā)光亮度(O. 32mcd/m2)以上還能夠發(fā)光10分鐘以上。對(duì)實(shí)例材料進(jìn)行光譜測(cè)試，其發(fā)射波長(zhǎng)位于489nm處。實(shí)施例5
以碳酸鈣CaCO3O. 495克、硅酸H2SiO3O. 3905克、氧化錫SnO2O. 7536克、氧化鏑Dy2O3O. 00933克為原料,按目標(biāo)產(chǎn)物的化學(xué)劑量比(Ca尚子Sn尚子Si尚子Re尚子=0. 99 : I : I : O. 01)稱取各組分并混合均勻后，在1000°C下進(jìn)行煅燒6h后自然冷卻至室溫，即制得多色長(zhǎng)余輝發(fā)光材料，其化學(xué)組成為=Caa99OSnO2SiO2 O. OlDy3+。該材料外觀呈白色，用XRD測(cè)試，發(fā)現(xiàn)其具有與CaSnSiO5相同的衍射圖譜，表明其具有與CaSnSiO5有相同的晶體結(jié)構(gòu)。經(jīng)太陽(yáng)光或紫外線照射后，在暗處呈現(xiàn)出白色余輝發(fā)光，該材料使人眼在完全黑暗環(huán)境下能夠分辨的發(fā)光亮度(O. 32mcd/m2)以上還能夠發(fā)光30分鐘以上。對(duì)該材料進(jìn)行光譜測(cè)試，它的發(fā)射波長(zhǎng)位于573nm處用X_ray粉末衍射儀(XRD ；Model D/max-2400, Rigaku Co. Ltd. Japan)測(cè)定樣品物相；用 FLS920T 型熒光光譜儀測(cè)量樣品發(fā)射光譜；用PR-305長(zhǎng)余輝熒光粉特性測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試余輝衰減曲線。實(shí)施例6
以碳酸鈣CaCO3O. 490克、硅酸H2SiO3O. 3905克、氧化錫SnO2O. 7536克、氧化鋱Tb4O7O. 01869克為原料,按目標(biāo)產(chǎn)物的化學(xué)劑量比(Ca尚子Sn尚子Si尚子Re尚子=0. 98 : I : I : O. 02)稱取各組分并混合均勻后，在1000°C下進(jìn)行煅燒3h后自然冷卻至室溫，即制得多色長(zhǎng)余輝發(fā)光材料，其化學(xué)組成為=Caa98OSnO2SiO2 0.02Tb3+。該材料外觀呈淺白色，XRD測(cè)試結(jié)果表明其為CaSnSiO5物相。經(jīng)太陽(yáng)光或紫外線照射后，在暗處呈現(xiàn)出緑色余輝發(fā)光，該材料在人眼能夠分辨的發(fā)光亮度(O. 32mcd/m2)以上還能夠發(fā)光I小時(shí)以上。對(duì)實(shí)例材料進(jìn)行光譜測(cè)試，其發(fā)射波長(zhǎng)位于542nm處。
權(quán)利要求
1.一種單一基質(zhì)的多色長(zhǎng)余輝發(fā)光材料，其特征在于化學(xué)組成為CahOSnC^SiC^ xRe3+，其中CaSnSi05為基質(zhì)、Re3+為稀土離子作為激活劑離子，0≤x≤0. 02，Re為Pr、Sm、 Tb、Dy中的任意一種。
2.—種權(quán)利要求1所述單一基質(zhì)的多色長(zhǎng)余輝發(fā)光材料的制備方法，其特征在于經(jīng)過(guò) 下列各步驟以碳酸鈣、硅酸、氧化錫、稀土氧化物為原料，按目標(biāo)產(chǎn)物的化學(xué)劑量比稱取各 組分并混合均勻后，在1000 1380°C下進(jìn)行煅燒3 6h后自然冷卻至室溫，即制得多色長(zhǎng) 余輝發(fā)光材料，其化學(xué)組成為Ca^OSnC^SiC^ xRe3+。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于所述稀土氧化物為氧化鐠、氧化釤、 氧化鋱或氧化鏑。
全文摘要
本發(fā)明提供一種單一基質(zhì)的多色長(zhǎng)余輝發(fā)光材料及其制備方法，其化學(xué)組成為Ca1-xOSnO2SiO2︰xRe3+，其中CaSnSiO5為基質(zhì)、Re3+為稀土離子作為激活劑離子，0≤x≤0.02，Re為Pr、Sm、Tb、Dy中的任意一種。以碳酸鈣、硅酸、氧化錫、稀土氧化物為原料，按目標(biāo)產(chǎn)物的化學(xué)劑量比稱取各組分并混合均勻后，在1000～1380℃下進(jìn)行煅燒3～6h后自然冷卻至室溫，即制得多色長(zhǎng)余輝發(fā)光材料。在該單一基質(zhì)中可分別實(shí)現(xiàn)藍(lán)光、紅光、綠光及白光的長(zhǎng)余輝發(fā)射，在人眼能夠分辨的發(fā)光亮度(0.32mcd/m2)以上持續(xù)發(fā)光。且本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單、易于操作。
文檔編號(hào)C09K11/66GK102660271SQ20121012865
公開日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月28日
發(fā)明者余雪, 宋志國(guó), 徐旭輝, 楊勇, 楊正文, 趙宗彥, 邱建備 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)