微波与超声波双外场辅助液相合成铕掺杂双基质钼酸盐红色荧光粉的方法与流程

本发明属于发光粉体材料的制备技术领域，具体涉及一种以钼酸钠、硝酸钙料液为主要原料，以尿素为沉淀剂，并采用微波与超声波双外场辅助液相合成铕掺杂双基质钼酸盐红色荧光粉的方法。

技术背景

白光led因其具有能耗低、发光效率高、环保、使用寿命长、体积小等优点，被广泛应用于电子产品、交通运输和医疗器械等领域。目前，合成白光的方式主要有两种：一是用蓝色led芯片激发yag:ce³⁺黄色荧光粉，其显色性能低，色温偏高，可以通过添加适量的红粉得到改善；另一种是用近紫外光led芯片激发三基色荧光粉，显色性好，但发光效率不高。因此，研究可以被蓝光及紫外光激发的高效红色荧光粉具有重要的意义。

钼酸盐体系具有良好的热稳定性和化学稳定性，生产成本低，强而宽的电荷转移吸收带，其激发光谱能与蓝光和紫外光led芯片的发射光谱相吻合等优点，越来越受到研究者们的重视。对于固相法、溶胶一凝胶法、微乳液法及水热法制备铕掺杂camoo4:eu³⁺红色荧光粉的研究较多，而对于液相合成法较少，尤其是对于微波与超声波双外场辅助液相共沉淀法制备铕掺杂双基质ca(moo4)1-x(wo4)x:eu³⁺红色荧光粉的研究尚未见到有关专利报道。

技术实现要素：

1.要解决的技术问题

为克服现有高温固相法、溶胶一凝胶法、微乳液法及水热法等制备钼酸盐红色荧光粉方法存在的工艺过程复杂、操作条件不易控制等不足之处，本发明提供一种微波与超声波双外场协同辅助液相合成铕掺杂双基质钼酸盐红色荧光的方法。

2.技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种微波与超声波双外场辅助液相合成铕掺杂双基质钼酸盐红色荧光粉的方法，包含以下步骤：

(1)以钼酸钠(na2moo4)、钨酸钠(na2wo4)、硝酸铕(eu(no3)3)、硝酸钙(ca(no3)2)溶液为原料，以尿素(co(nh2)2)为沉淀剂；按化学计量比量取一定量的ca(no3)2、co(nh2)2、eu(no3)3混合成溶液a，将一定配比的na2moo4和na2wo4混合成溶液b；

(2)先将混合均匀的a溶液置于微波与超声波协同液相反应器中，再将b溶液缓慢地反加入a溶液中，控制超声波/微波模式为1:2或2:1，反应温度80～95℃，反应时间1.5～2.5h，得到沉淀物；

(3)对沉淀物进行热过滤、洗涤，得到标的物的前驱体；

(4)将前驱体在80～120℃下干燥后，于温度900～1100℃下进行热分解，保温3～4h，得到标的物铕掺杂双基质ca1-y(mo4)1-x(wo4)x:eu³⁺y荧光粉，其中x＝0.3～0.5，y＝0.05～0.07。

进一步地，所述的微波与超声波双外场辅助液相合成铕掺杂双基质钼酸盐红色荧光粉的方法，其步骤(1)中，钼酸钠、钨酸钠与硝酸钙料液浓度相等，控制其浓度为c(na2moo4)＝c(na2wo4)＝c(ca(no3)2)＝1.0～2.0mol·l^-1；尿素浓度为3～5mol·l^-1。

所述的微波与超声波双外场辅助液相合成铕掺杂双基质钼酸盐红色荧光粉的方法，其步骤(1)中，co(nh2)2与camoo4+cawo4的摩尔比为2～5。

3.工作原理

(1)采用微波与超声波双外场辅助液相合成铕掺杂双基质钼酸钙前驱体技术，充分利用超声波“空化作用”与微波“内加热”的“协同效应”，促进料液na2moo4·2h2o、na2wo4·2h2o、ca(no3)2·4h2o及eu³⁺·6h2o中结晶或配位h2o的脱除、沉淀剂中co3^-2与oh^-的裂解及羟基自由基的产生；使体系中co3^-2、oh^-活度迅速增长，进而加速钼酸盐前驱体晶核的形成、晶格的重排、水化膜与结晶水的脱除、晶粒的细化及晶化程度的提高；在前驱体热分解过程中，标的物会继承其前驱体的均分散、类球状特征。

(2)由于wo4^2-离子和moo4^2-离子半径很相近，化学性质也相似，在微波与超声波双外场作用下，有利于wo4^2-更好地取代moo4^2-，而不引起基质结构的明显改变，但wo4^2-离子的加入会使得基质的结构对称性降低，从而改变发光中心eu³⁺所处的次晶格结构环境，使得其吸收的能量发生转移，同时跃迁禁阻因为对称性降低而部分解除，跃迁机率增加，最终导致camoo4:eu³荧光粉的发光强度得到提高。

4.有益效果

(1)本发明采用工艺过程简单、操作条件易控制的液相沉淀法，与高温固相法相比，合成温度低而节能，产品形貌更规整、粒径分布窄而可省去球磨及分级的后处理工序；与溶胶一凝胶法及微乳液法相比，本发明操作更简单，无需添加任何活性剂、分散剂以及模板剂等表面修饰剂，既可获得高纯钼酸盐荧光材料，同时又避免了修饰剂的引入对产品的发光性能造成影响；与水热法相比，本发明反应速率高，无需增压的高温合成过程；

(2)本发明制备得到的铕掺杂双基质钼酸盐红色荧光粉产品粒度可控在2～4μm之间的多面体类球状，形貌规整，粒径分布窄，其单位体积的堆密度大而且光散射损失小；产品晶化程度高，荧光寿命大于0.4ms，激发光谱无杂峰，可以被395nm的近紫外光和465nm的蓝光有效激发，在616nm处发射峰的强度最大，且明显高于单基质的铕掺杂钼酸盐荧光粉。其色坐标为x＝0.6642，y＝0.3366，与国际红光的色坐标(0.67,0.33)很相近，并且比商用红色荧光粉y2o2s:eu³⁺(0.622,0.351)红光更纯，适合用作白光led的红色荧光粉原料。

附图说明

图1为本发明制备的双基质荧光粉不同wo4^2-掺杂浓度的ca0.93(mo4)1-x(wo4)x:eu³⁺0.07的x-射线衍射(xrd)图，表明该物质为四方晶系钼酸钙，掺杂的wo4^2-已完全进入晶格中，替代mo4^2-配位。图中未出现杂质峰，且各主要衍射峰峰型尖锐，这表明制备的样品纯度高，无杂质相，晶型完整。

图2为本发明制备的双基质荧光粉不同wo4^2-掺杂浓度的ca0.93(mo4)1-x(wo4)x:eu³⁺0.07荧光粉的激发光谱，表明该系列的荧光粉能够被近紫外光和蓝光有效地激发，并且表明wo4^2-摩尔分数x＝0.3～0.5为最佳。

图3所示为双基质红色荧光粉ca0.93(moo4)0.6(wo4)0.4:eu³⁺0.07和单基质camoo4:eu³⁺的光谱对比图，表明ca(moo4)0.6(wo4)0.4:eu³⁺的激发峰强度明显高于camoo4:eu³⁺。

图4所示为ca0.93(moo4)0.6(wo4)0.4:eu³⁺0.07荧光粉在激发波长为395nm，发射波长为616nm下的荧光寿命衰减曲线图。根据公式ln(i)＝ln(i0)-t/τ对数据进行拟合，通过拟合的直线的斜率可知，ca(moo4)0.6(wo4)0.4:eu³荧光粉的荧光寿命为0.4976ms。

图5所示为ca0.93(moo4)0.6(wo4)0.4:eu³⁺0.07红色荧光粉的色坐标图。从图中可以看到，其色坐标为x＝0.6642，y＝0.3366，与国际红光的色坐标(0.67,0.33)很相近，并且比商用红色荧光粉y2o2s:eu³⁺(0.622,0.351)的红光更纯，可用作白光led的红色荧光粉原料。

图6为实施例1的产物扫描电子显微镜(sem)图。

图7为实施例2的产物扫描电子显微镜(sem)图。

具体实施方式

下面结合附图和实施案例对本发明作进一步的说明。

本发明实施例中采用微波与超声波液相的型号为xo-sm50，其微波最大功率700w，可无极调速非脉冲连续工作，其超声波最大功率900w，频率25khz。

本发明所涉及到的产物平均粒径是结合其sem图，通过imagetool软件测算而得到的。

实施例1

(1)配置1.5mol·l^-1钼酸钠(na2moo4)、钨酸钠(na2wo4)、硝酸铕(eu(no3)3)、硝酸钙(ca(no3)2)溶液为原料，3mol·l^-1的尿素(co(nh2)2)为沉淀剂；按化学计量比量取ca(no3)2、eu(no3)3、co(nh2)2溶液各93、7、200ml混合成溶液a，取na2moo4和na2wo4各60、40ml混合成溶液b；

(2)先将混合均匀的a溶液置于微波与超声波协同液相反应器中，再将b溶液缓慢地反加入a溶液中，控制超声波/微波协同模式为1:2，超声波功率800w，微波功率500w，反应温度90℃，反应时间2h，得到沉淀物；

(3)对沉淀物进行热过滤、洗涤，得到标的物的前驱体；

(4)将前驱体在80℃下干燥4h后，于温度1000℃下进行热分解，保温4h，得到标的物铕掺杂双基质ca0.93(mo4)00.6(wo4)0.4:eu³⁺0.07荧光粉。

制备得到的荧光粉的sem图如图6所示，其平均粒径为2.3μm，其发光性能如图1～5所示，可以被395nm的近紫外光和465nm的蓝光有效激发，在616nm处发射峰的强度最大，且明显高于单基质的铕掺杂钼酸钙荧光粉。其荧光寿命为0.498ms，色坐标位于红光区域内，利用cie软件计算出样品的色坐标为x＝0.6642，y＝0.3366，与国际红光的色坐标(0.67,0.33)很相近，并且比商用红色荧光粉y2o2s:eu³⁺(0.622,0.351)红光更纯，适合用于作为白光led的红色荧光粉原料。

实施例2

(1)配置2mol·l^-1钼酸钠(na2moo4)、钨酸钠(na2wo4)、硝酸铕(eu(no3)3)、硝酸钙(ca(no3)2)溶液为原料，4mol·l^-1的尿素(co(nh2)2)为沉淀剂；按化学计量比量取ca(no3)2、eu(no3)3、co(nh2)2溶液各94、6、200ml混合成溶液a，取na2moo4和na2wo4各50、50ml混合成溶液b；

(2)先将混合均匀的a溶液置于微波与超声波协同液相反应器中，再将b溶液缓慢地反加入a溶液中，控制超声波/微波协同模式为1:2，超声波功率800w，微波功率500w，反应温度90℃，反应时间2h，得到沉淀物；

(3)对沉淀物进行热过滤、洗涤，得到标的物的前驱体；

(4)将前驱体在80℃下干燥4h后，于温度900℃下进行热分解，保温3h，得到标的物铕掺杂双基质ca0.94(mo4)00.5(wo4)0.5:eu³⁺0.06荧光粉。

制备得到的荧光粉的sem图如图7所示，平均粒径为3.2μm，其激发波长为395nm，发射波长为616nm，荧光寿命为0.401ms。其红光纯正，适合用于作为白光led的红色荧光粉原料。

综上所述，本发明采用工艺过程简单、操作条件可控的微波外场辅助液共沉淀的方法制备得到的铕掺杂单基质或双基质钼酸盐红色荧光粉产品粒度可控在2～4μm之间的多面体类球状，形貌规整，粒径分布窄，其单位体积的堆密度大而且光散射损失小；产品晶化程度高，荧光寿命大于0.4ms，荧光粉在395～465nm波长激发下呈红光，激发光谱无杂峰，发光强度高于单基质钼酸盐荧光粉，能够被紫外光和蓝光有效地激发，比商用y2o2s:eu³⁺红光更纯正，可满足作白色led红色荧光粉原料的要求。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的构思的前提下，所作的任何修改、改进等、均应包含在本发明的保护范围之内。