专利名称::一种复合化合物的制备方法
技术领域:
:本发明涉及一种复合化合物的制备方法,具体来说是一种可用作发光材料前驱物用途的具有特定比表面积和分散指数的复合化合物的制备方法。
背景技术:
:Eu、Tb、Dy、Gd、Ce、Mn元素所具有的特定电子结构使得通过调整基质材料和合成条件,可以得到多种功能材料。尤其是作为发光材料激活剂离子时,发射光谱可覆盖从紫外到近红外的广阔范围,同时由于相应的发光材料具有高的发光强度、高的显色性等优点,目前己经在照明和显示等领域得到广泛的应用,,与之相应的电视、节能灯成为人们日常生活中不可或缺的组成部分。随着科学技术的不断发展,人们对电视、节能灯等器件的要求不断提高,尤其在电视方面,大屏幕、高分辨率、长寿命、高亮度电视已经逐渐成为市场需求的主流。为了适应显示及照明领域的迅速发展,技术方面对发光材料的要求也不断提高,高亮度、高稳定性、粒度分布集中、形貌规则的新型发光材料已经成为市场所趋。为了制备高性能的新型发光材料,科学家们从制备方法、制备原料等方面进行着不懈的努力,尤其近十年内,包括共沉淀法、溶胶凝胶法、燃烧法、喷雾热解法等新型的软化学制备方法层出不穷,逐步在为取代传统的高温固相法奠定了一定的基础,通过前驱物的高温处理来制备发光材料正在成为一个业界共知的趋势。在制备发光材料前驱物的软化学方法中,目前最为常用的是共沉淀法。该过程主要是通过在溶液体系中加入一定量的沉淀剂来生成沉淀,然后过滤、烘干沉淀物,在高温条件下焙烧沉淀物即可得到前驱物。这种方法的优点在于容易大规模生产,并且产物成份的均一性较好,目前在丫203:Eu荧光粉的制备中己经得到大规模的应用。但是,沉淀法的一些缺点却一定程度上限制了其大规模应用,尤其在稀土激活的发光材料方面应用并不广泛。具体如下1)中重稀土离子的沉淀过程容易出现胶状,条件难以控制。Eu、Tb、Dy、Y、Gd等中重稀土离子的氢氧化物、碳酸盐、磷酸盐、草酸盐的Ksp值都很小,调节pH值或者与相应的酸根反应容易生成沉淀,但是,除草酸盐外,中重稀土的大部分反应沉淀物呈胶状,只有精确控制其pH值、温度、浓度等综合条件才能够生成易于过滤的沉淀物。在实际的操作中,这些条件非常苛刻并且难以掌握,一旦任何一个条件发生变化,该批产品将难以沉降,无法过滤,往往造成很大的损失和浪费。对于草酸盐来说,产物虽然容易过滤,但颗粒尺寸都比较粗大,相应所制备的发光材料的颗粒尺寸也比较大。2)稀土离子以及体系中其它离子的溶度积差别往往较大,沉淀屮很难控制得到均相产物。稀土离子的溶度积处于10"10"之间,并且随着离子半径的增大而减小,相应地,各种稀土离子的沉淀pH值却由7.82降低到6.30。这样在混合稀土离子体系的沉淀过程中,重稀土离子往往非常容易先沉淀下来,并且相丌.团聚,从而局部重稀土离子浓度升高,产物局部区域之间成份出现差异。如果体系中还存在非稀土金属离子,这种现象就更加严重,不均相的沉淀物在实际使用中的性能不稳定,难以得到准确化学计量比的化合物。3)沉淀反应存在沉淀剂局部浓度差异,造成沉淀物颗粒大小差异很大。工业上最常用的沉淀方法是使用沉淀槽,先将相应的溶液混合均匀加入沉淀槽,在搅拌的条件下加入沉淀剂来发生反应。同样浓度的溶液体系中加入沉淀剂时,开始非常容易出现局部浓度过高提前沉淀的现象。首先沉淀的产物作为晶核,然后大量的后沉淀的颗粒在该核周围团聚生成,这样就形成了较大颗粒。随着反应的进行,体系阳离子浓度逐渐消耗,沉淀的生成速度也逐渐受到影响,这样容易生成较细小的颗粒。因此统计结果往往会出现颗粒尺寸分布很宽的现象,也就是说这种产物的分散系数较大。4)沉淀的洗涤过程需要消耗大量的水,同时造成污染。沉淀过程结束后,往往需要洗涤后才能烘干滤饼。滤饼的洗涤过程要消耗大量的水,洗涤后的溶液由于其中离子浓度较低或者成本上的问题往往不加处理直接排放,很容易造成污染。实际上,在反应容器没有引入杂质的前提下,后续各个歩骤引入的杂质量非常小,洗涤过程虽然可以尽量消除杂质离子的影响,但这个过程造成的水资源浪费和污染问题却不可低估。5)滤饼烘干、焙烧过程容易出现团聚现象,造成产物的比表面缩小。为了得到干燥的共沉淀物,目前往往把滤饼进行烘干等处理,结果发现产物板结现象严重,产物的比表面积小于0.3,用来制备发光材料时很容易出现颗粒尺寸较大、分布较宽的现象。这种现象在沉淀条件没有得到良好控制的情况下会严重影响最终产物的颗粒形貌和尺寸。
发明内容本发明针对以上
背景技术:
中存在的问题提出了一套较好的解决方案。本发明的目的在于提供一种制备前驱物复合化合物的方法;提供一类使用这种方法制备的前驱物复合化合物以及相应的发光材料、使用这类发光材料的器件。本发明的前驱物制备方法的原理是通过前驱物焙烧时,利用可分解分散介质(阻隔材料)产生大量气体,从而形成一个气体阻隔环境,防止颗粒之间相互接触而进-一步生长,有效避免颗粒团聚。并且由于表面张力缘故,反应物会被气泡鼓起,而气泡之间的反应物在气泡破裂后的冷却过程收縮,使颗粒趋向于均匀的颗粒,并且将比表面积控制在一定范围内。本发明的方法可以是在沉淀体系中或倾去上层清液的沉淀体系中直接加入可分解分散介质,避免了部分未沉淀离子在洗涤中被洗掉,保证产物成分的准确性,还在可以避免局部浓度差异造成的颗粒尺寸不一。本发明的前驱物制备方法尤其适合Eu、Tb、Dy、Gd等重稀土离子生成胶状沉淀的情况,不用过滤步骤,直接焙烧得到前驱物,制备条件要求不高,生产效率可有效提高,并且产物质量得到有效保证。为了达到上述目的,本发明采用以下技术方案1、一种复合化合物的制备方法,其特征在于制备过程包括以下步骤1)在酸性介质中或中性介质中溶解并混合相应金属或非金属的对应化合物;2)调节介质环境使所含元素发生固化反应;3)将步骤2)得到的固化产物与至少一种可分解分散介质均匀混合;4)将步骤3)得到的混合物在特定条件下脱水、脱碳得到产物即为该复合化合物。2、根据实施方案1所述的复合化合物制备方法,其特征在于该复合化合物具有以下特征1)包含Eu、Tb、Dy、Gd、Ce、Mn中的至少一种;2)比表面积为0.3-20m2/g;3)分散度不大于0.8。3、根据实施方案1所述复合化合物的制备方法,其特征在于歩骤1)中所述在酸性介质中或中性介质中溶解,这种介质的特征在于该介质的pH值不大于7。4、根据实施方案3所述复合化合物的制备方法,其特征在于该介质为硝酸、盐酸、硼酸、磷酸、氢氟酸、硅酸、水中的至少一种。5、根据实施方案1所述复合化合物的制备方法,其特征在于步骤2)中所述的调节介质环境的方法包括调节体系pH值、调节体系温度、调节体系压力、加入沉淀剂中的至少一种。6、根据实施方案5所述复合化合物的制备方法,其特征在于所述沉淀剂为氨水、碳酸铵、碳酸氢铵、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、草酸、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵中至少一种。7、根据实施方案5所述复合化合物的制备方法,其特征在于所述调节体系温度、调节体系压力过程的压力在1.5-5个大气压,温度在150-300°C。8、根据实施方案1所述复合化合物的制备方法,其特征在于步骤3)中所述可分解分散介质的特征在于在体系温度达到100-800'C时可以发生分解并放出气体或者可以与氧气发生反应放出气体及热量。9、根据实施方案8所述复合化合物的制备方法,其特征在于所述的气体气体包括C02、N2、H20(蒸汽)中至少两种。10、根据实施方案8所述复合化合物的制备方法,其特征在于所述可分解分散介质其特征在于该介质为尿素、拧檬酸、甘氨酸中至少一种。11、根据实施方案1所述复合化合物的制备方法,其特征在于步骤4)中所述特定条件为在有氧存在的条件下加热至10012(KTC使之发生氧化反应或分解反应。12、一种发光材料前驱物,其特征在于使用了实施方案l-ll所述的方法制备,并且这种材料为粉体材料,其平均粒径不大于10um。13、一种发光材料,其特征在于使用了实施方案1-12所述的方法或前驱物制备,并且这种材料为粉体材料,其平均粒径不大于10^m。14、一种发光器件,其特征在于使用了实施方案13所述的发光材料。本发明的前驱物制备方法可以应用于制备发光材料,该发光材料可以应用于显示或照明器件,考虑成本问题,尤其适合于以下器件等离子显示(PDP)、场发射显示(FED)、高分辨率电视(HDTV)、白光发光二极管(LED),场发射照明器件、等离子照明器件、冷阴极型荧光灯、节能荧光灯。最优选的适用器件为等离子显示(PDP)、场发射显示(FED)、白光发光二极管(LED),场发射照明器件、等离子照明器件、冷阴极型荧光灯(CCFL)。可以显著提高产品的性能。本发明的特点在于1)采用一种新型的合成方法来制备前驱物复合物,该工艺过程条件容易控制,生产周期短,易于大规模生产,同时可控制制备产物的颗粒比表面积和分散指数处于特定范围。2)本制备方法可控制前驱物复合化合物颗粒的比表面积为0.3-20mVg并且分散指数不大于0.8,可控制前驱物在高温下的反应活性适合合成荧光粉,同时控制后续制备荧光粉颗粒的大小、分布,提高相应荧光粉的性能。附表说明表1列出了本发明实施例及比较实施例中所得到发光材料前驱物及相应的发光材料的比表面积、粒度、分散指数、发光强度等参数,从中可以看出,本发明的制备方法可得到颗粒尺寸、粒度分布、发光性能等性能达到最优化。实施例本发明中的前驱物化合物成份分析采用PhilipsPW1660/80荧光光谱分析仪进行分析。本发明中所述粒度分布采用日本HORIBALA—300激光粒度分析仪测定,测试基于体积百分数分布。本发明中的比表面积采用BET测试方法,使用比表面积测试仪进行测试。实施例l组成为(Ce<).67,Tboj)MgAlnOw的发光材料前驱物的制备按照重量百分比分别称取Ce02和Tb407,混匀后利用浓硝酸溶解,配成稀土总浓度为0.05mol/L的混合溶液;取MgO用盐酸溶解并配成lmol/L的MgCl2溶液;取A1C13加水配成lmol/L的溶液。分别按照化学计量比量取相应溶液,加入2倍的去离子水稀释并搅拌混匀。滴加氨水至沉淀完全,将沉淀移入专门的陈化装置中,设置温度为8(TC,陈化lh,倾去上清液,在沉淀物中加入目标产物重量5倍的柠檬酸。在封闭并且带有尾气处理装置的烧结炉中IOO(TC灼烧1小时(视沉淀物的重量可适当延长),冷却出炉得到本发明的一种前驱物。采用HORIBA—LA—300激光粒度分析仪测量其粒度体积分布;采用BET比表面积仪测试比表面积,测量结果及成份分析结果见表l。将上述前驱物置于H2:N2比例为5:95的还原性气氛下130(TC灼烧2小时即得到一种绿色发光材料,发光材料的粒度及分散指数也列于表1中。该发光材料可用于紧凑型节能灯、CCFL。比较实施例l组成为(Cefl.67,Tb。.33)MgAluOw的发光材料前驱物的制备按照重量百分比分别称取Ce02和Tb407,混匀后用硝酸溶解,配成稀土总浓度为0.05mol/L的混合溶液;取MgO用硝酸溶解并配成lmol/L的Mg(N03)2溶液;取Al(N03)3加水配成lmol/L的溶液。分别按照化学计量比量取相应溶液,加入2倍的去离子水稀释并搅拌混匀。滴加氨水至沉淀完全,将沉淀移入专门的陈化装置中,设置温度为80°C,陈化12h,倾去上清液,将沉淀物置于离心装置中离心30min,洗涤滤饼3次,IOO'C烘干12小时。烘干产物在封闭并且带有尾气处理装置的烧结炉中IOO(TC灼烧1小时(视沉淀物的重量可适当延长),冷却出炉得到一种前驱物。采用HORIBA—LA—300激光粒度分析仪测量其粒度体积分布;采用BET比表面积仪测试比表面积,测量结果及成份分析结果见表1。将上述前驱物置于H2:N2比例为75:25的还原性气氛下130(TC灼烧2小时即得到一种绿色发光材料,发光材料的粒度、分散指数、发光强度列于表l中。实施例2组成为(Bao.9,Eii(u)(Mgo,9s,Mhq.m)A11()017的发光材料前驱物的制备取Eu203,利用浓盐酸溶解,配成浓度为0.05mol/L的混合溶液;取MgO、Mn02用盐酸溶解并配成lmol/L的混合溶液;取BaCh、AlCl3分别加水配成lmol/L的溶液。分别按照化学计量比量取相应溶液,加入2倍的去离子水稀释并搅拌混匀。滴加氨水至沉淀完全,将沉淀移入专门的陈化装置中,设置温度为8(TC,陈化lh,倾去上清液,在沉淀物中加入目标产物重量5倍的柠檬酸。在封闭并且带有尾气处理装置的烧结炉中95(TC灼烧1小时(视沉淀物的重量可适当延长),冷却出炉得到本发明的一种前驱物。采用HORIBA—LA—300激光粒度分析仪测量其粒度体积分布;采用BET比表面积仪测试比表面积,测量结果及成份分析结果见表l。将上述前驱物置于H2:N2比例为5:95的还原性气氛下1400'C灼烧2小时即得到一种蓝色发光材料,发光材料的粒度及分散指数列于表1中。该发光材料可用于紧凑型节能灯、CCFL、等离子显示。实施例3组成为(Euo.os,Dyo.025)Sr(Alw,B(u)04的发光材料前驱物的制备按照摩尔比15:20取Eu203、Dy203,利用浓盐酸溶解,配成稀土总浓度为0.05mol/L的混合溶液;取SrC03用盐酸溶解并配成lmol/L的溶液;取A1C13加水配成lmol/L的溶液。分别按照化学计量比量取相应溶液,加入1.5倍于化学计量比的硼酸,加入2倍的去离子水稀释并搅拌混匀。滴加氨水至沉淀完全,将沉淀移入专门的陈化装置中,设置温度为9(TC,陈化4h,倾去上清液,在沉淀物中加入目标产物重量2倍的柠檬酸。在封闭并且带有尾气处理装置的烧结炉中800'C灼烧1小时(视沉淀物的重量可适当延长),冷却出炉得到本发明的一种前驱物。采用HORIBA—LA—300激光粒度分析仪测量其粒度体积分布;采用BET比表面积仪测试比表面积,测量结果及成份分析结果见表1。将上述前驱物置于H2:N2比例为5:95的还原性气氛下120(TC灼烧2小时即得到一种长余辉发光材料,发光材料的粒度及分散指数列于表l中。该发光材料可用于玩具、装潢等。实施例4组成为(Yo.4s,Gdo.s,Eno.os)B03的发光材料前驱物的制备按照化学计量比分别称取Y203、Gd2()3、Eu203,混合后共同溶解于稀盐酸中,配成稀土总浓度为0.2M的混合溶液;按照化学计量比加入过量15%的硼酸,加入2倍的去离子水稀释并搅拌混匀,缓慢滴加氨水直至沉淀完全,将沉淀体系加入压力容器中加压至2个大气压,加热至19(TC保持5h;释压并冷至室温,倾去上清液,在沉淀物中加入目标产物重量2倍的甘氨酸。在封闭并且带有尾气处理装置的烧结炉中800'C灼烧4小时(视沉淀物的重量可适当延长),冷却出炉得到本发明的一种前驱物。采用HORIBALA—300激光粒度分析仪测量其粒度体积分布;采用BET比表面积仪测试比表面积,测量结果及成份分析结果见表1。将上述前驱物置于高温炉中125(TC灼烧2小时即得到一种红色发光材料,发光材料的粒度及分散指数也列于表1中。该发光材料可用于等离子显示。实施例5组成为YL7,Bi(U6,EU(U403的发光材料前驱物的制备按照化学计量比分别称取Y203、Eu203,混合后共同溶解于稀盐酸中,配成稀土总浓度为0.32mol/L的混合溶液;取Bi203盐酸溶解后配制成0.1mol/L的溶液。滴加碳酸氢铵直至沉淀完全;倾去上清液,在沉淀物中加入目标产物重量2倍的尿素。在封闭并且带有尾气处理装置的烘箱中IO(TC加热12小时(视沉淀物的重量可适当延长),冷却出炉得到本发明的一种前驱物。采用HORIBALA—300激光粒度分析仪测量其粒度体积分布;采用BET比表面积仪测试比表面积,测量结果及成份分析结果见表1。将上述前驱物中加入重量0.5X的NaSO4,混匀,置于高温炉中125(TC灼烧2小时即得到一种红色发光材料,发光材料的粒度、分散指数、发光强度(参考比较实施例)列于表1中。该发光材料可用于紫光激发的发光二极管。比较实施例2组成为Yi.7,Bi(U6,Ell(U403的发光材料用碳酸盐前驱物的制备按照化学计量比分别称取Y203、Eu203,混合后共同溶解于稀盐酸中,配成稀土总浓度为0.32mol/L的混合溶液;取Bi2O3盐酸溶解后配制成0.1mol/L的溶液。滴加碳酸氢铵直至沉淀完全;85。C陈化12小时,倾去上层清液,离心,所得滤饼在封闭并且带有尾气处理装置的烘箱中IO(TC加热12小时(视沉淀物的重量可适当延长),冷却出炉得到一种前驱物。采用HORIBALA—300激光粒度分析仪测量其粒度体积分布;采用BET比表面积仪测试比表面积,测量结果及成份分析结果见表l。将上述前驱物中加入重量0.5^的NaSC)4,混匀,置于高温炉中125(TC灼烧2小时即得到一种红色发光材料,发光材料的粒度、分散指数、发光强度列于表l中。实施例6组成为Lao.9,Tmo.o9,Eu(unP04的发光材料前驱物的制备按照化学计量比分别称取La203、Tm2()3、Eu203,混合后共同溶解于稀盐酸中,配成稀土总浓度为0.2mol/L的混合溶液;取(NH4)2HP04溶解后配制成lmol/L的溶液。在混合稀土溶液中滴加(NH4)2HP04溶液直至沉淀完全;倾去上清液,在沉淀物中加入目标产物重量2倍的尿素。在封闭并且带有尾气处理装置的烧结炉中600'C灼烧1小时(视沉淀物的重量可适当延长),冷却出炉得到本发明的一种前驱物。采用HORIBALA—300激光粒度分析仪测量其粒度体积分布;采用BET比表面积仪测试比表面积,测量结果及成份分析结果见表1。实施例7组成为(Yn.93,Euo.。7)(Pq,5,V。.5)04的前驱物的制备制备过程与实施例6类似。实施例8组成为(Si^oCa^BaMsMguEuMs)10(P04)602的前驱物的制备称取Eu203,溶解于稀盐酸中,配成浓度为0.2mol/L的溶液;取(NH4)2HP04溶解后配制成lmol/L的溶液。按照化学计量比分别取Sr、Ca、Ba、Mg的碳酸盐混合,溶解于稀盐酸中,按照化学计量比分别量取相应金属盐溶液,滴加(NH4)2HP04至沉淀完全,加入过量10%的(NH4)2HP04,加入NHUC1和目标产物重量2倍的尿素,在封闭并且带有尾气处理装置的烧结炉中50(TC灼烧1小时(视沉淀物的重量可适当延长),冷却出炉,用去离子水洗涤三次即得到本发明的一种前驱物。采用HORIBALA—300激光粒度分析仪测量其粒度体积分布;采用BET比表面积仪测试比表面积,测量结果及成份分析结果见表l。实施例9组成为(Y。,s,Gd(u6,Ce(M)4)3AlsCh2的前驱物的制备制备过程和实施例l类似,该化合物可以用来制备(Y,Gd)3Al50,2:Ce荧光粉,这种荧光粉可以用于白光发光LED。实施例10组成为EuL,WTbo細03的前驱物的制备制备过程和实施例5类似,该化合物可以作为发光材料制备的添加材料。实施例11组成为EUl.2Dyo.803的前驱物的制备制备过程和实施例5类似,该化合物可以作为发光材料制备的添加材料。表l、本发明实施例中前驱物化合物物性及相应材料物性<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>权利要求1.一种复合化合物的制备方法,其特征在于制备过程包括以下步骤1)在酸性介质中或中性介质中溶解并混合相应金属或非金属的对应化合物;2)调节介质环境使所含元素发生固化反应;3)将步骤2)得到的固化产物与至少一种可分解分散介质均匀混合;4)将步骤3)得到的混合物在特定条件下脱水、脱碳得到产物即为该复合化合物。2、根据权利要求1所述的复合化合物制备方法,其特征在于该复合化合物具有以下特征1)包含Eu、Tb、Dy、Gd、Ce、Mn中的至少一种;2)比表面积为0.3-20m2/g;3)分散度不大于0.8。3、根据权利要求1所述复合化合物的制备方法,其特征在于歩骤1)中所述在酸性介质中或中性介质中溶解,这种介质的特征在于该介质的pH值不大于7。4、根据权利要求3所述复合化合物的制备方法,其特征在于该介质为硝酸、盐酸、硼酸、磷酸、氢氟酸、硅酸、水中的至少一种。5、根据权利要求1所述复合化合物的制备方法,其特征在于步骤2)中所述的调节介质环境的方法包括调节体系pH值、调节体系温度、调节体系压力、加入沉淀剂中的至少一种。6、根据权利要求5所述复合化合物的制备方法,其特征在于所述沉淀剂为氨水、碳酸铵、碳酸氢铵、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、草酸、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵中至少一种。7、根据权利要求5所述复合化合物的制备方法,其特征在于所述调节体系温度、调节体系压力过程的压力在1.5-5个大气压,温度在150-300°C。8、根据权利要求1所述复合化合物的制备方法,其特征在f步骤3)中所述可分解分散介质的特征在于在体系温度达到100-800。C时可以发生分解并放出气体或者可以与氧气发生反应放出气体及热量。9、根据权利要求8所述复合化合物的制备方法,其特征在于所述的气体包括C02、N2、H20(蒸汽)中至少两种。10、根据权利要求8所述复合化合物的制备方法,其特征在于所述可分解分散介质其特征在于该介质为尿素、柠檬酸、甘氨酸中至少一种。11、根据权利要求1所述复合化合物的制备方法,其特征在于步骤4)中所述特定条件为在有氧存在的条件下加热至100120(TC使之发生氧化反应或分解反应。12、一种发光材料前驱物,其特征在于使用了权利要求l-ll所述的方法制备,并且这种材料为粉体材料,其平均粒径不大于10pm。13、一种发光材料,其特征在于使用了权利要求1-12所述的方法或前驱物制备,并且这种材料为粉体材料,其平均粒径不大于10ym。14、一种发光器件,其特征在于使用了权利要求13所述的发光材料。全文摘要本发明涉及一种复合化合物的制备方法,这种方法通过在传统的共沉淀产物体系中加入可分解分散介质,并利用该可分解分散介质在特定条件下脱水、脱碳时产生的阻隔效应避免颗粒之间相互团聚,得到的复合化合物在所具有的特定比表面积下,反应活性符合制备高性能发光材料的要求,使所制备发光材料的颗粒尺寸、粒度分布、表面形貌、发光性能,涂敷性能、抗劣化性能等指标达到优化。本发明的复合化合物制备方法具有制备过程迅速可控、容易规模化生产、产品均一性好等特点。文档编号C09K11/77GK101225302SQ200710000679公开日2008年7月23日申请日期2007年1月16日优先权日2007年1月16日发明者天夏,庄卫东,赵春雷,鱼志坚,黄小卫申请人:有研稀土新材料股份有限公司