一种白色长余辉陶瓷材料及其制备方法

本发明属于无机发光材料领域，具体涉及一种白色长余辉陶瓷材料及其制备方法。

背景技术：

1、长余辉发光材料是一种具有光致发光特性的材料，它可以在受到高能射线或可见光等激发后产生荧光。而且这种荧光发射在激发停止后还能持续数分钟至数小时的时间。正是由于这一特性，长余辉发光材料在应急指示、夜间交通标志显示、低亮度照明、仪表夜显以及夜光艺术品等方面拥有广泛的应用。

2、白色(全色)余辉荧光粉作为持续发光光源在许多黑暗环境应用中非常重要。目前，一种普遍的策略是结合三种单独的蓝色、绿色和红色余晖荧光粉。然而，由于红色持续发光时间短且弱，这三种颜色的持续时间不一致，阻碍了其实际应用。文献1(abdel-hameeds a m,marzouk m a.long afterglow from multi dopant transparent and opaqueglass ceramic phosphor for white,red,yellow,and blue emissions:zn2sio4:eu3+,dy3+,mn2+[j].journal of alloys and compounds,2022,893:162337.)报道了一种白色余辉荧光粉，其组成为zn2sio4:eu3+,dy3+,mn2+，室温下的余晖时间为2h，但激发波长为254nm，限制了其应用，同时多种离子共掺会造成重吸收现象。文献2(zhang q,rong m,tan h,etal.luminescent properties of the white long afterglow phosphors:sr3al2o5cl2:eu2+,dy3+[j].journal of materials science:materials in electronics,2016,27:13093-13098.)报道了白色长余辉荧光粉sr3al2o5cl2:eu2+,dy3+，室温下的余晖时间为1.5h，但荧光粉热稳定性较差。专利1(cn201510679168.4)报道了一种白色光长余辉发光材料，其化学组成为m4sr(1-x)zn(1-y)(si2o4n8/3)：xeu2+，yre3+，通过eu2+、re3+共掺实现了室温下的余晖时间仅为90ms，但远远达不到实际应用。专利2(cn201710322236.0)报道了一种白色光长余辉发光材料，其化学组成为zn2geo4，室温下的余晖时间为90s，仍不能满足日常需求。专利3(cn202110366244.1)报道了一种白色光长余辉发光材料，其通过多种发光材料caal2o4:eu2+,nd3+、mgal2o4:eu2+,dy3+、sr4al14o25:eu2+,dy3+混合得到，室温下的余晖时间超过10小时，然而，多种荧光粉混合策略会导致荧光粉之间出现重吸收，从而降低发光强度，同时，荧光粉体热稳定差、寿命短也是一个亟待解决的难题。另外，传统的非晶晶化方法，如熔融-淬火-研磨-过筛-压片-晶化或熔融-成型-退火-晶化-切割，通常需要3-5天的生产周期，生产周期长。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种白色长余辉陶瓷材料及其制备方法，该方法工艺周期短、成本低，可实现批量生产；所制备得到的白色长余辉陶瓷材料可同时具有高热稳定性、余晖时间长和发光纯度正的特点。

2、本发明采用的技术方案如下：本发明提供了一种白色长余辉陶瓷材料，所述陶瓷材料的化学组成为mg2al1+xsi4-xo18：yeu2o3，zcao，其中，x为al3+取代si4+的摩尔百分比，0.2≤x≤0.4at％；y、z为eu2o3、cao占mg2al1+xsi4-xo18总质量的质量百分比，0.8≤y≤1wt.％，1≤z≤2wt.％。

3、为实现上述发明目的，本发明还提供上述白色长余辉陶瓷材料的制备方法，采用非晶晶化法，具体包括以下步骤：

4、(1)以mgo、al2o3、sio2、lu2o3和cao作为初始原料粉体，按化学式mg2al1+xsi4-xo18：yeu2o3，zcao中对应元素的化学计量比称取各原料，式中，x为al3+取代si4+的摩尔百分比，0.2≤x≤0.4at％；y、z为eu2o3、cao占mg2al1+xsi4-xo18总质量的质量百分比，0.8≤y≤1wt.％，1≤z≤2wt.％；将原料粉体和乙醇混合研磨，获得混合料浆；

5、(2)将步骤(1)制备得到的混合浆料置于干燥箱中60～80℃干燥10～12h，充分干燥后将混合粉体置于熔炼炉中，在气氛条件下以10～20℃/min的速度升温到1600～1750℃后熔融1～3h得到熔融玻璃液；

6、(3)将步骤(2)制备得到的熔融玻璃液在熔炼炉中以一定速度降温至750～850℃，再关闭程序让其自然降至室温，得到长余辉陶瓷材料胚体；

7、(4)将步骤(3)制备得到的长余辉陶瓷材料胚体进行切割、双面抛光，得到长余辉陶瓷材料。

8、优选的，步骤(1)中，将原料粉体和乙醇按质量比1：1.5比例混合置于玛瑙研磨钵中研磨20～60min。

9、优选的，步骤(2)中，所述气氛条件分别为空气、真空、氮氢混合气氛中的一种或多种。

10、优选的，步骤(3)中，所述降温速度为4～6℃/min。

11、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

12、(1)本发明所制备的白色长余辉陶瓷材料是以单一eu2+作为激活剂，而以eu2+为激活剂的白色长余辉陶瓷材料未有报道。同时，白色长余辉陶瓷也未见报道。相较荧光粉，陶瓷材料具有较高的热稳定性，此外，陶瓷材料还具有较高的硬度和耐磨性，能够抵御化学腐蚀和氧化，使其在各种环境下都能长时间保持稳定性。

13、(2)本发明采用非晶晶化法，通过自然降温使其晶化，在12小时内就能得到所需样品，极大地缩短了制备周期和生产成本，从而有利于高效的批量生产。此外，采用非晶晶化法还可以提供更高的热稳定性，使得所制备得到的白色长余辉陶瓷材料同时具有高热稳定性、余晖时间长和发光纯度正的特点。因此，本发明的方法不仅提高了制备效率，还改善了陶瓷材料的质量和可靠性。

技术特征：

1.一种白色长余辉陶瓷材料，其特征在于，所述陶瓷材料的化学组成为mg2al1+xsi4-xo18：yeu2o3，zcao，其中，x为al3+取代si4+的摩尔百分比，0.2≤x≤0.4at％；y、z为eu2o3、cao占mg2al1+xsi4-xo18总质量的质量百分比，0.8≤y≤1wt.％，1≤z≤2wt.％。

2.一种权利要求1所述的白色长余辉陶瓷材料的制备方法，其特征在于，采用非晶晶化法，具体包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种白色长余辉陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，将原料粉体和乙醇按质量比1：1.5比例混合置于玛瑙研磨钵中研磨20～60min。

4.根据权利要求2或3所述的一种白色长余辉陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述气氛条件分别为空气、真空、氮氢混合气氛中的一种或多种。

5.根据权利要求2或3所述的一种白色长余辉陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述降温速度为4～6℃/min。

技术总结
一种白色长余辉陶瓷材料及其制备方法，该陶瓷材料的化学组成为Mg<subgt;2</subgt;Al<subgt;1+x</subgt;Si<subgt;4‑x</subgt;O<subgt;18</subgt;：yEu<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;，zCaO，x为Al<supgt;3+</supgt;取代Si<supgt;4+</supgt;的摩尔百分比，0.2≤x≤0.4at％；y、z为Eu<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;、CaO占Mg<subgt;2</subgt;Al<subgt;1+x</subgt;Si<subgt;4‑x</subgt;O<subgt;18</subgt;总质量的质量百分比，0.8≤y≤1wt.％，1≤z≤2wt.％。按照化学计量比称量原料粉体，将原料粉体和乙醇混合研磨得混合料浆；将混合浆料干燥后置于熔炼炉中得到熔融玻璃液，熔融玻璃液降温至室温得到长余辉陶瓷材料胚体；最后进行切割、双面抛光得到长余辉陶瓷。该方法工艺周期短、成本低；所得的长余辉陶瓷材料可同时具有高热稳定性、余晖时间长和发光纯度正的特点。

技术研发人员：周春鸣,陈航,张乐,陈东顺,田吻,周子涵,王泓森,陈旭,林生辉,周天元,李延彬,康健,陈浩
受保护的技术使用者：江苏师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/7/4