[发明专利]双螯合剂溶胶凝胶法制镨和金属共掺杂的钛酸钙荧光材料

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种Pr3+与金属离子共掺杂的钛酸钙红色荧光材料的制备方法，特别涉及一种以柠檬酸为主要螯合剂的双组份复合螯合剂来制备荧光材料，且在此基础上进行的金属离子掺杂改性。

背景技术

目前，很多领域会用到红色荧光粉，包括荧光灯、LED白光荧光粉，场发射显示器用荧光粉等。现在开发出来的荧光性能最好的红色荧光粉即Eu³⁺激活的氧化钇Y₂O₃:Eu³⁺。Y₂O₃:Eu³⁺中的基质为Y₂O₃，而 Y也是一种稀土元素，这就导致红色荧光粉的原料成本一直居高不下。同时，红色荧光粉的要求也比较苛刻，因为眼睛敏感度在较长波长处急剧下降，而在较短波长处会出现较差的红色再现指数，所以它要求发射光谱必须在非常窄的波长范围内，鉴于以上考虑，610nm处波长是最理想的红光发射。除了Y₂O₃：Eu³⁺红色荧光粉，Y₂O₂S:Eu³⁺和YVO₄:Eu³⁺也是常用的红色荧光材料。其中Y₂O₂S:Eu³⁺的亮度较高，物理化学性质稳定，广泛应用于彩色电视显像管和显示器中，但其价格相对昂贵，且Y₂O₂S:Eu³⁺制备过程中需要用到S元素，存在环境隐患。所以开发新的、稳定的、价格低廉的红色荧光材料一直是研究者的目标之一。

1994年A.Vecht等首次报道了CaTiO₃:Pr³⁺是一种有潜力的场致发射显示用的红色荧光材料。1997年Diallo等又对CaTiO₃:Pr³⁺作为一种新型红色长余辉荧光材料进行报道。自此，CaTiO₃:Pr³⁺红色荧光材料就因其色度坐标x=0.680,y=0.311接近美国理想红色的色度坐标、物理化学性能稳定、耐候性好、对环境无害、原料易得等优点迅速成为研究的热点。但是商业应用中，荧光体还必须具有高的量子效率，就目前的研究结果来看，CaTiO₃:Pr³⁺材料还存在荧光强度不高的问题，严重制约了其工业化发展。目前比较有效的方法是通过改善制备方法或引入共掺杂离子来改善CaTiO₃:Pr³⁺的荧光性能。

对于CaTiO₃:Pr³⁺的制备，液相法比固相法更容易获得粒度分布均匀、荧光样品结晶度高、荧光性能优良的CaTiO₃:Pr³⁺荧光材料，且前者要求的制备条件相对较低。由于CaTiO₃:Pr³⁺对杂质离子特别敏感，本发明采用液相法更容易控制离子的引入，使激活剂离子均匀分散在晶体结构中，可避免分布不均匀以及出现局部的浓度猝灭现象。本发明在溶胶凝胶法中，采用以柠檬酸为主要螯合剂，并添加另一种螯合剂作为双组分复合螯合剂来制备CaTiO₃:Pr³⁺红色荧光材料，该方法较常规的单组份螯合剂，更容易形成凝胶网络结构，使得金属离子均匀紧密的分散在网络结构中，更加有利于形成纯相CaTiO₃:Pr³⁺荧光材料，提高产品结晶度，从而增强材料的荧光强度。在此基础上，本发明又进行了金属离子的共掺杂，进一步改善了CaTiO₃:Pr³⁺的荧光性能。

发明内容

本发明在于采用双组份复合螯合剂溶胶凝胶法制备性能优良的Pr³⁺与金属离子共掺杂的钛酸钙红色荧光材料。为了达到预期目的，本发明采用如下制备工艺：