一種稀土摻雜α’相Sr2SiO4納米粉體及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種稀土摻雜α’相Sr2SiO4納米粉體及其制備方法，所述納米粉體滿足下式所示的硅酸鍶組分：(Sr1-xREx)2SiO4，式中RE為稀土元素中的一種，0.001≤x≤0.05。本發(fā)明專利技術(shù)的方法制備的稀土摻雜Sr2SiO4粉體具有相純度高，物相檢測為純α’相，無需添加助熔劑，在一定濃度范圍內(nèi)，物相穩(wěn)定。本發(fā)明專利技術(shù)的方法合成溫度低，僅需600～650℃，比普通固相法至少低500℃以上，節(jié)能效果明顯，對設(shè)備等的要求也大大降低。本發(fā)明專利技術(shù)的方法制備的稀土摻雜Sr2SiO4粉體，其顆粒尺寸小，僅為50～100nm，因煅燒溫度低，粉體團聚較輕，適用于納米尺寸顆粒的制備。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及先進粉體合成
，尤其涉及更確切地說涉及一種以高比表面的介孔結(jié)構(gòu)SiO2粉體為Si源，在低的煅燒溫度下制備純α’相Sr2SiO4納米粉體的方法。
技術(shù)介紹
白光LED作為一種新型的綠色照明器件以其節(jié)能、環(huán)保、高效等優(yōu)點已在道路與景觀照明、平板顯示等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，其取代白熾燈成為下一代照明光源已逐步變?yōu)楝F(xiàn)實。其相關(guān)產(chǎn)業(yè)是應(yīng)對國際金融危機、保持經(jīng)濟平穩(wěn)較快發(fā)展的重要突破口，也是催生技術(shù)革命、培育新興產(chǎn)業(yè)、促進節(jié)能減排、應(yīng)對全球氣候變化的重要途徑。目前，基于熒光粉光轉(zhuǎn)換產(chǎn)生白光的方案以其工藝簡單、效率高等特點仍是目前應(yīng)用和研究的主流。目前商業(yè)化白光LED多是采用藍光芯片搭配Y3Al5O12:Ce3+(YAG:Ce3+)黃色熒光粉(日本科學(xué)家中村修二因?qū)＠夹g(shù)了該熒光粉而獲得2014年諾貝爾獎)，該方案盡管展現(xiàn)出高發(fā)光效率和化學(xué)穩(wěn)定性，但其紅區(qū)發(fā)射欠缺造成器件顯色指數(shù)偏低，且存在專利保護。因此，各類新型的熒光材料體系獲得了廣泛研究。其中，稀土(尤其是Eu、Dy等)摻雜的正硅酸鍶Sr2SiO4材料體系獲得較多關(guān)注。硅酸鹽基質(zhì)材料具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，還具有較強的耐紫外輻射能力，并在封裝樹脂中具有較強的耐久性，Eu2+摻雜的M2SiO4(M＝Sr,Ca,Ba)體系目前也已經(jīng)獲得了初步的商業(yè)?化應(yīng)用，該基質(zhì)材料已成為重要的發(fā)光基質(zhì)材料。然而，該基質(zhì)材料存在兩種晶相，α’-Sr2SiO4和β-Sr2SiO4，且眾多的文獻資料研究表明，摻入到兩種晶相格位的稀土離子往往具有相異的發(fā)光性能，比如發(fā)光波長、發(fā)射峰半高寬、發(fā)射強度及相應(yīng)的激發(fā)性能?；诖耍煌⊥岭x子摻雜的不同物相的Sr2SiO4發(fā)光粉體有著不同的應(yīng)用潛力和領(lǐng)域。其中，α’相Sr2SiO4粉體對Dy3+、Pr3+等離子相比于β相Sr2SiO4具有更高的發(fā)光強度及激發(fā)波長匹配等優(yōu)勢。目前，制備稀土摻雜Sr2SiO4硅酸鹽粉體材料的主要方法為固相法，原料為SrCO3、SiO2和稀土氧化物，其煅燒溫度在1100-1300℃，且合成粉體的物相組成通常α’和β共存，且往往含有SrSiO3雜相，很難通過直接優(yōu)化煅燒溫度制度來獲得純相α’-Sr2SiO4粉體。而眾所周知，物相種類特別是雜質(zhì)含量將對發(fā)光材料的發(fā)光強度、轉(zhuǎn)換效率有重要影響，制備純α’相Sr2SiO4粉體至關(guān)重要。目前，文獻1(JAlloy?Compd,512(2012)5-11)和文獻2(Mater.Sci.Eng.B,146(2008)99-102.)通過優(yōu)化固相反應(yīng)中助熔劑NH4Cl的加入量獲得了純的α’相粉體(如在2.0-5.0wt％NH4Cl助熔劑，1000℃下保溫4h的情況下獲得了Dy3+摻雜純α’-Sr2SiO4粉體)，文獻2和文獻3(J?Rare?Earth,26(2008)421-424)在嘗試制備不同摻雜離子濃度時也獲得了純的α’相粉體(如當(dāng)Eu濃度x≤0.005時，粉體主相為β相，但當(dāng)濃度增大至x>0.01時粉體組成為α′相)，文獻4(J?Lumin,129(2009)1105-1108)在1300℃下采用半徑稍大的Ba2+取代Sr2+的情況下，獲得了純α′-Ba0.1Sr1.9SiO4粉體，但Ba2+未取代時粉體中卻含有大量β相。在以上文獻中，大多數(shù)需要額外加入助熔劑來形成適量液相，以液相擴散的方式來降低煅燒溫度，優(yōu)化燒結(jié)過程，且高溫下形成的氯硅酸鹽的反應(yīng)副產(chǎn)物，并不能通過簡單的水洗過程從發(fā)光粉體中移除。在采用不同摻雜離子濃度或基質(zhì)取代元素種類和濃度時均不能定向合成，更是無法系統(tǒng)研究不同離子種類及濃度在不同物相中的發(fā)光性能。使上述制備方法和條件受到巨大限制。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種采用簡單固相反應(yīng)來制備稀土摻雜純α’相Sr2SiO4納米粉體的方法，該方法以高純(99.99％及以上)高比表面介孔結(jié)構(gòu)SiO2粉體為Si原料，以低熔點Sr(NO3)2為Sr原料，在均勻混合的基礎(chǔ)上，在較低的煅燒溫度下(僅為600～650℃)即可獲得物相組成為純α’相的納米顆粒粉體。本專利技術(shù)提出的一種稀土摻雜α’相Sr2SiO4納米粉體的低溫制備方法是一種采用高純(99.99％及以上)高比表面介孔結(jié)構(gòu)SiO2粉體為Si原料，在固相反應(yīng)過程中，在570℃附近已熔的Sr(NO3)2形成的Sr2+離子將以較快的擴散速率擴散到高比表面的介孔結(jié)構(gòu)SiO2粉體上，接觸面積更大，反應(yīng)勢壘更低，更容易形成α’相的晶體結(jié)構(gòu)。因此，該固相反應(yīng)僅在600℃附近即可發(fā)生，其反應(yīng)溫度比通常的固相反應(yīng)溫度大大降低，且形成物相純度高，顆粒尺寸小。本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案：本專利技術(shù)的稀土摻雜α’相Sr2SiO4納米粉體滿足下式所示的硅酸鍶?組分：(Sr1-xREx)2SiO4式中RE為稀土元素中的一種，0.001≤x≤0.05。RE為鐠、釤、銪、鋱或鏑中的一種。所述稀土摻雜α’相Sr2SiO4納米粉體的物相組成為純α’相，顆粒平均尺寸為50～100nm。本專利技術(shù)的稀土摻雜α’相Sr2SiO4納米粉體的制備方法的具體步驟如下：(1)原料選?。篠r原料選用分析純Sr(NO3)2粉體；RE原料選用高純氧化物RE2O3粉體，其純度是99.99％及以上；Si原料選用高純高比表面介孔結(jié)構(gòu)SiO2粉體，其純度是99.99％及以上；(2)稱量與球磨：按(Sr1-xREx)2SiO4組成所需的原料摩爾比稱量原料粉體，并加入溶劑無水乙醇配置漿料；在行星式球磨機上球磨混合2～8小時，球磨機轉(zhuǎn)速為100～300r/min；(3)烘干與煅燒：將球磨混合后粉體置于50～80℃烘箱8～12小時烘干溶劑，再置于瑪瑙研缽中研磨10～20分鐘，最后放入馬弗爐中進行高溫煅燒，溫度為600～650℃，保溫時間4～6小時；自然冷卻至室溫后取出，即得稀土摻雜硅酸鍶粉體。步驟(1)中，所選用的Si原料為具有高比表面介孔結(jié)構(gòu)SiO2粉體，其比表面大于1000m2/g，孔平均尺寸小于10nm。步驟(2)中，為避免雜質(zhì)混入，磨球選用高純瑪瑙球，球磨罐選用高純瑪瑙罐；原料粉體：球：溶劑的質(zhì)量比＝1:(1～4)：(1～2)。本專利技術(shù)的積極效果如下：1.用本專利技術(shù)提供的方法制備的稀土摻雜Sr2SiO4粉體具有相純度高，物相檢測為純α’相，無需添加助熔劑，在一定濃度范圍內(nèi)，物相穩(wěn)定。2.用本專利技術(shù)提供的方法制備稀土摻雜Sr2SiO4粉體具有合成溫度低，僅需600～650℃，比普通固相法至少低500℃以上，節(jié)能效果明顯，對設(shè)備等的要求也大大降低。3.用本專利技術(shù)提供的方法制備的稀土摻雜Sr2SiO4粉體，其顆粒尺寸小，僅為為50～100nm，因煅燒溫度低，粉體團聚較輕，適用于納米尺寸顆粒的制備。附圖說明圖1為按照實例1制備2.0mol％Eu3+摻雜Sr2SiO4粉體的XRD圖，無任何雜峰出現(xiàn)，表明合成粉體組成為純α’相。圖2為按照實例2制備0.1mol％Eu3+摻雜Sr2SiO4粉體的SEM圖，表明顆粒尺寸小，粒徑均小于100nm。...

【技術(shù)保護點】
一種稀土摻雜α’相Sr2SiO4納米粉體，其特征在于：所述納米粉體滿足下式所示的硅酸鍶組分：(Sr1?xREx)2SiO4式中RE為稀土元素中的一種，0.001≤x≤0.05。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種稀土摻雜α’相Sr2SiO4納米粉體，其特征在于：所述納米粉體
滿足下式所示的硅酸鍶組分：
(Sr1-xREx)2SiO4式中RE為稀土元素中的一種，0.001≤x≤0.05。
2.如權(quán)利要求1所述的稀土摻雜α’相Sr2SiO4納米粉體，其特征在于：
RE為鐠、釤、銪、鋱或鏑中的一種。
3.如權(quán)利要求1所述的稀土摻雜α’相Sr2SiO4納米粉體，其特征在于：
所述稀土摻雜α’相Sr2SiO4納米粉體的物相組成為純α’相，顆粒平均
尺寸為50～100nm。
4.一種制備如權(quán)利要求1-3任一項所述的稀土摻雜α’相Sr2SiO4納米
粉體的方法，其特征在于：所述方法的具體步驟如下：
(1)原料選?。篠r原料選用分析純Sr(NO3)2粉體；RE原料選用
高純氧化物RE2O3粉體，其純度是99.99％及以上；Si原料選用高純
高比表面介孔結(jié)構(gòu)SiO2粉體，其純度是99.99％及以上；
...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張樂，周天元，王騁，楊浩，章健，
申請(專利權(quán))人：江蘇師范大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇;32