[发明专利]一种多组分氧化物长余辉发光材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多组分氧化物长余辉发光材料，所述发光材料的化学表达式为（2‑a‑b）ZnO·（1‑c）SiO₂·0.4cP₂O₅·aMgO·dB₂O₃，其中a=0.005~0.1，b=0.002~0.09，c=0.01~0.15，d=0.05~0.2。本发明以多组分氧化物作为基质材料，其中以硅、锌氧化物作为主体材料，适当引入镁及硼氧化物，先采用空气气氛下高温煅烧后真空下继续高温煅烧制备工艺制备产物。所制备的长余辉发光材料经灯光照射15分钟后，可在黑暗中持续发绿光14小时以上，材料以内部缺陷作为发光中心，发光性能优异，化学稳定好且成本低。

长余辉发光材料即蓄光材料是一类功能性陶瓷材料，是一类吸收太阳能或人工能源, 并在激发停止后仍可继续发出可见光的物质。长余辉发光材料广泛应用在安全照明指示设备、显示装置、发光陶瓷、发光漆及光电信息等领域。此外，长余辉发光材料在太阳能电池上也得到应用，也可应用于医用生物标记以实现癌细胞扩散的视觉化。长余辉材料主要由基质材料、激活剂(发光中心)以及辅助激活剂组成。基质材料是发光材料的主要组成部分，对材料的发光和余辉性能有重要的影响。稀土离子和过渡金属离子是常用的激活剂。辅助激活剂一般认为它在基质中本身不发光或发光很弱，但是它可以有效的吸收激发能量并把它传递给发光中心，从而使材料的余辉性能增强。如SrA1₂O₄：Eu²⁺，Dy³⁺中，SrA1₂O₄为基质材料， Eu²⁺为发光中心，Dy³⁺为辅助激活剂；Zn₃(PO₄)₂：Mn²⁺, Pr³⁺中，Zn₃(PO₄)₂为基质材料，Mn²⁺为发光中心，敏化剂Pr³⁺为辅助激活中心。发明专利“一种橙黄色长余辉材料（申请号：201410791393.2）”公开了Li₂Sr_1-x-ySiO₄：xEu²⁺，yR³⁺橙黄色长余辉材料的制备，其中Li₂Sr_1-x-ySiO₄为基质材料、Eu²⁺为发光中心、R³⁺作为辅助激活剂；发明专利“长余辉磷光材料（申请号：98124888.8）”公开了一种以铕(Eu²⁺),镝(Dy³⁺)和铈(Ce³⁺)作为附加激活剂的碱土磷铝酸长余辉磷光材料的制备；发明专利“一种快速合成长余辉发光材料的方法（申请号：201010243006.3）”公开了一种快速合成长余辉发光材料Ca_(0.8-2x) Zn_0.2TiO₃:xPr³⁺，xNa⁺的制备方法，其中Pr³⁺为发光中心，Na⁺引入有利于提高材料缺陷浓度从而改善材料的发光性能；发明专利“一种红色长余辉发光材料及其制备方法（申请号：200910112064.X）”公开了一种Mn²⁺离子激活红色长余辉发光材料(Zn_1-α-βMn_αLn_β)₃（P_1-0.8γSi_γO₄）₂的制备方法，其中Mn²⁺离子为发光中心、Ln为辅助激活剂；发明专利一种红色长余辉发光材料及其制备方法（申请号：201310089863.6）公开了一种以Cr³⁺为发光中心的红色长余辉发光材料ZnGa₂O₄：aCr³⁺,bDy³⁺的制备。这些发光材料均以稀土离子或一些过渡金属离子为发光中心。本发明以多组分氧化物作为基质材料，其中以硅、锌氧化物作为主体材料，适当引入镁及硼氧化物可以有效提高材料的结构性能和结晶性能从而有利于材料发光性能的改善，磷元素的掺入也能有效改善材料的发光性能。本材料首先在含有氧气的空气中煅烧1-5小时使材料形成良好的结构及结晶性能，然后在真空中继续煅烧2-6小时以制造材料内部氧缺陷。在材料里制造内部缺陷并利用缺陷捕获光子以蓄光，而带电子和带空穴的缺陷在材料中会发生迁移并在迁移过程中相遇而发生覆灭而发光，即发光中心完全为缺陷而不需要稀土离子或过渡金属离子，所制备的材料具有发光性能优异、原材料成本低等优点。