[发明专利]一种掺铈钇铝石榴石球形荧光粉体的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能纳米材料制备技术领域，具体涉及一种掺铈钇铝石榴石球形荧光粉体的制备方法。

背景技术

钇铝石榴石(Y₃Al₅O₁₂，YAG)是一种光学、力学、热学综合性能优良的光子材料,其基质稳定，熔点、硬度高，耐电子束、紫外光子轰击；YAG晶体结构属于等轴晶系，光学均匀而无双折射效应。掺杂不同稀土激活离子Ln³⁺，如Nd³⁺、Yb³⁺、Er³⁺、Tm³⁺、Ce³⁺等)到YAG中，可获得性能各异的发光材料(激光晶体、透明陶瓷、荧光粉)，将其应用拓展到光学材料方面，如白光LED照明、探测高能辐射的闪烁器、激光增益介质、量子信息存储及计算、生物操纵用纳米光源、荧光标记及传感。

铈(Ce³⁺)激活的YAG是一种性能优良的闪烁体，除了高能射线探测成像应用外，在高能物理与核物理实验、安检、医疗和军事等领域有重要应用；它又是一种发光效率高，发射光谱范围宽，材料物理化学性能稳定的荧光粉，被广泛应用于白光LED照明。由于在YAG:Ce³⁺荧光粉中Ce³⁺离子的吸收和激发谱与InGaN芯片的蓝色光谱匹配，最大限度满足光子能量转换要求，是制备白光LED最为成熟、最为稳定的荧光粉之一，在目前LED荧光粉市场上YAG:Ce³⁺荧光粉的地位难以被取代；高效发光的YAG:Ce³⁺纳米材料在生物医学中有潜在应用；同时YAG:Ce³⁺还能制备成性能优良的透明陶瓷材料，应用于医疗诊断及高密度激发下的激光照明和投影显示等高端应用。

获得性能优异的YAG:Ce³⁺闪烁体、陶瓷材料及生物荧光标记材料的关键需要获得稀土离子Ce³⁺分布均匀、尺寸小的球形粉体YAG:Ce³⁺。研究表明，小尺寸分布的YAG:Ce³⁺球形粉体颗粒，可增强流动性，易于密堆积，减少光散射，这有利于使用荧光粉的LED封装及涂屏操作，改善LED发光效率及屏幕和显示器的分辨率；有利于闪烁体和透明陶瓷坯体的成型和活性烧结，获得高密度、高热导率产品；可直接用于生物医学的荧光标记或传感材料。因此如何制备球形、无团聚的YAG:Ce³⁺纳米/微米级粉体引起人们的关注。

传统的高温固相法，即高温长时间煅烧。这种方法获得的材料效率高，但存在激活剂浓度分布不均匀，形貌不规则，颗粒尺寸大(5～20μm)的缺点。用大颗粒YAG:Ce³⁺封装的白光LED，随着时间老化会出现色彩漂移问题；大颗粒粘性粉体不利于闪烁体或透明陶瓷坯体的致密成型且降低烧结活性。大颗粒粉体在水溶液中易沉降，无法获得稳定的胶态溶液，限制其在生物领域应用。溶胶-凝胶法，燃烧法等所制备粉体，形状不规则，粒度分布宽，易团聚，且需要后续高温热焙烧才能转化为高度结晶的材料，粉体尺寸会进一步聚集长大。

如：中国专利(CN 102584202 B)，公开了一种类喷雾热解法制备纳米/微米级球形YAG粉体的方法，其利用相应的金属硝酸盐，配成不同浓度的混合溶液，加入到等离子体弧中，通过高频感应热等离子体瞬间高温气化，然后在冷却过程中通过形貌控制得到球形YAG粉体。该方法需要高频等离子反应装置等特殊设备和系统，结构复杂，反应温度高，由于反应以不具有还原气氛的氩气为载体，所得粉体发光性能未知。中国专利(CN 101113011 B)，公开了一种微乳液法，采用油包水(W/O)结构的微乳液体系，将包括油相物质、表面活性剂、助表面活性剂的油相透明溶液和包括反应物溶液和沉淀剂溶液混合，反应生成单颗粒的球形铝和钇均匀混合体的沉淀物；提取出沉淀物进行洗涤、抽滤、干燥，经煅烧得到分散性良好、纯相、烧结活性高的球形YAG粉体。但其获得的前驱体需要经过后续高温焙烧转化为晶态的YAG粉体，高温处理使原本小尺寸的YAG粉体迅速聚集与团聚，颗粒尺寸增大，分散性变差。同时该专利只是获得YAG材料，未进行稀土Ce³⁺离子掺杂，其发光性能未知，应用范围未知。Zhang等报道了利用共沉淀获得的前驱体，在乙醇-水混合溶剂热中制备出高度分散的，球形晶态YAG微纳米颗粒，但其获得的材料尺寸不均匀，同时亦无进行离子掺杂(J.Cryst.Growth,2005,275,e1913–e1917.反应温度290℃)。

发明内容