[发明专利]一种低温烧结前躯体制备BCNO荧光粉的方法

说明书

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，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。

背景技术

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℃）、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700~900℃，烧结时间为30~120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。

发明内容

本发明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。

本发明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15.159g三聚氰胺溶于20mL~50mL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。

步骤1中所述的甲醛溶液浓度为质量百分比37%。

本发明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/min。

利用本发明的技术方案制备的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。

本发明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1是不同温度下烧结的BCNO荧光粉的X射线衍射图。

图2是625℃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。