核壳结构红色荧光粉的制备方法及其制备的核壳结构红色荧光粉

摘要

本发明公开了一种核壳结构红色荧光粉的制备方法及其制备的荧光粉，制备方法为：首先方法制备二氧化硅微球，并对二氧化硅微球进行表面改性处理，并以表面改性处理后的二氧化硅微球为核，然后以化学沉淀方法在二氧化硅表面包覆(Gd1-x，Eux)2O3红色荧光粉，其中，x的取值范围为0.02≤x≤0.10，从而得到核壳结构红色发光荧光粉。本发明的核壳结构红色荧光粉的制备方法具有工艺条件简单、设备要求低、成本低廉等特点。本发明的核壳结构红色荧光粉，颗粒大小可控制、形貌均匀单一，具有良好的稳定性和较强的发光强度。

说明书

技术领域

本发明涉及发光材料技术领域，尤其涉及一种核壳结构红色荧光粉的制备方法其利用该方法制备的核壳结构红色荧光粉。

背景技术

近年来，稀土三基色发光材料已经广泛应用于彩电、照明、信息显示器、光电子技术、军事等领域。目前已经研制出性能较好的绿色和蓝色发光材料，但是，红色发光材料的研究和应用却进展缓慢，这是由于红色发光材料的稳定性不好、发光强度低、价格高等缺点造成的。针对红色荧光粉存在的问题，有人提出了在红色荧光粉中采用核壳结构的设计思想和制备技术，展开了低成本、高性能红色荧光粉的制备研究。

目前，核壳结构发光材料的制备方法主要有溶胶-凝胶法、自组装法、一步原位合成法和超声化学法等，其中，对核壳结构荧光粉的制备应用最多的是Pechini溶胶-凝胶法，如文献“Synthesis and characterization of SiO₂/Gd₂O₃:Eucore-shell luminescent materials”报道SiO₂/Gd₂O₃:Eu核壳结构荧光粉的制备。但是，Pechini溶胶-凝胶法具有工艺条件复杂、得到的荧光粉发光性能较弱的缺点。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种工艺条件简单的核壳结构红色荧光粉的制备方法，该方法制备得到的核壳结构红色荧光粉具有发光性能好的特点。

本发明进一步要解决的技术问题在于，还提供一种发光性能好的核壳结构红色荧光粉。

为了达成上述目的，依据本发明，提供一种核壳结构红色荧光粉的制备方法，包括：

步骤S1：采用方法制备SiO₂微球悬浮液，离心、洗涤，得到SiO₂微球，然后将SiO₂微球重新分散到去离子水中，搅拌环境下加入表面改性剂并继续搅拌2～4h，得到表面改性的SiO₂微球悬浮液；

步骤S2：采用化学沉淀法在SiO₂微球表面包被(Gd_1-x，Eu_x)₂O₃荧光材料，其中，x的取值范围为0.02≤x≤0.10，过滤、洗涤、干燥，将干燥产物在800～1200℃下煅烧2～6h，得到核壳结构红色荧光粉，记为SiO₂@(Gd_1-x，Eu_x)₂O₃，其中，以SiO₂为核，(Gd_1-x，Eu_x)₂O₃为壳，@为包覆。

在本发明所述的核壳结构红色荧光粉的制备方法中，所述表面改性剂优选为N，N-二乙基三甲基硅烷基胺、聚乙烯亚胺、3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷或N-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷。

在本发明所述的核壳结构红色荧光粉的制备方法中，优选地，所述表面改性剂与加入表面改性剂前的SiO₂微球悬浮液(将SiO₂微球重新分散到去离子水中得到的SiO₂微球悬浮液)体积比为0.15～3％。

在本发明所述的核壳结构红色荧光粉的备方法中，优选地，所述步骤S2为：采用化学沉淀法在SiO₂微球表面包被(Gd_1-x，Eu_x)₂O₃荧光材料，其中，x的取值范围为0.02≤x≤0.10，过滤、洗涤、干燥，然后重复包被(Gd_1-x，Eu_x)₂O₃荧光材料1～3次，将干燥产物在800～1200℃下煅烧2～6h，得到核壳结构红色荧光粉。也就是说，为了增加SiO₂微球表面包被(Gd_1-x，Eu_x)₂O₃荧光材料的量，可重复包被过程1～3次。

在本发明所述的核壳结构红色荧光粉的制备方法中，优选地，所述化学沉淀法包括以下步骤：

步骤S2.1：按Gd³⁺和Eu³⁺的摩尔比为0.98∶0.02～0.9∶0.1配制Gd(NO₃)₃和Eu(NO₃)₃的混合水溶液；

步骤S2.2：将混合水溶液与步骤S1得到的表面改性的SiO₂微球悬浮液混合，搅拌1～4h；

步骤S2.3：称取用来沉淀所述Gd³⁺和Eu³⁺的尿素或草酸并溶于去离子水中，配制尿素或草酸溶液，所述尿素或草酸相对于所述Gd³⁺和Eu³⁺过量；

步骤S2.4：将步骤S2.3的尿素或草酸溶液在搅拌下滴加到步骤S2.2的溶液中，并继续搅拌2～5h，然后调节pH值为7～10，搅拌0.5～1.5h。

在本发明所述的核壳结构红色荧光粉的制备方法中，优选地，所述步骤S2.1为：按Gd³⁺和Eu³⁺的摩尔比为0.98∶0.02～0.9∶0.1配制Gd(NO₃)₃和Eu(NO₃)₃的混合水溶液，其中，Gd³⁺和Eu³⁺的总浓度为0.1～0.2mol/L。

在本发明所述的核壳结构红色荧光粉的制备方法中，优选地，所述步骤S2.3为：按沉淀所述Gd³⁺和Eu³⁺所需用量过量1.2～5.0倍称取尿素或草酸并溶于去离子水，配制尿素或草酸溶液，所述尿素或草酸在溶液中的浓度为0.5～2mol/L。

在本发明所述的核壳结构红色荧光粉的制备方法中，优选地，所述步骤S2.4为：将步骤S2.3的尿素或草酸溶液在搅拌下滴加到步骤S2.2的溶液中，滴加时间为30～80min，并继续搅拌2～5h，然后用硝酸或氨水调节pH值为7～10，搅拌0.5～1.5h。

在本发明所述的核壳结构红色荧光粉的制备方法中，优选地，所述步骤S2中的干燥步骤为：将步骤S2得到洗涤产物在80～100℃下干燥2～4h。

在本发明所述的核壳结构红色荧光粉的制备方法中，优选地，所述步骤2中的洗涤步骤为：用去离子水和乙醇中的至少一种洗涤。

为了达成上述目的，依据本发明，还提供一种核壳结构红色荧光粉，其由上述的核壳结构红色荧光粉的制备方法制备得到。

本发明的核壳结构红色荧光粉的制备方法中，首先方法制备二氧化硅微球，并对二氧化硅微球进行表面改性，然后采用化学沉淀法制备核壳结构红色荧光粉，即以表面改性处理后的二氧化硅微球为核，经沉淀的方式在其表面包覆荧光粉，从而制备得到核壳结构红色荧光粉。

本发明的核壳结构红色荧光粉的制备方法具有工艺条件简单、设备要求低、成本低廉等特点，得到的核壳结构红色荧光粉具有较强的发光性能。

本发明的核壳结构红色荧光粉，颗粒大小可控制、形貌均匀单一，具有良好的稳定性和较强的发光强度。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例2的SiO₂@(Gd_0.95，Eu_0.05)₂O₃核壳结构红色荧光粉的光致发光光谱图；

图2是本发明实施例2的SiO₂@(Gd_0.95，Eu_0.05)₂O₃核壳结构红色荧光粉在阴极射线激发下的发光光谱图；

图3是本发明实施例3的SiO₂@(Gd_0.94，Eu_0.06)₂O₃核壳结构红色荧光粉的光致发光光谱图；

图4是本发明实施例3的SiO₂@(Gd_0.94，Eu_0.06)₂O₃核壳结构红色荧光粉在阴极射线激发下的发光光谱图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。

方法是一种经典的制备纳米级二氧化硅微球的方法，本发明所用的方法具体可以描述如下：将1～20mL去离子水、15～50mL无水乙醇和1～9mL氨水在搅拌条件下混合，滴加0.5～6mL正硅酸乙酯(TEOS)并继续搅拌2～6h，得到SiO₂悬浮液。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

二氧化硅微球的制备及表面改性

将1mL去离子水，15mL无水乙醇和1mL氨水混合放置于一锥形瓶中，在磁力搅拌下使之混合均匀，然后滴加0.5mL正硅酸乙酯，滴加完成后，继续搅拌反应2h，得到SiO₂微球悬浮液体；将得到的SiO₂微球悬浮液体在转速为12000rpm的条件下离心分离，用去离子水洗涤以去除剩余的氨水和残留的正硅酸乙酯，得到SiO₂微球；将得到的SiO₂微球经超声分散重新分散到去离子水中得到10mL二氧化硅悬浮液，在磁力搅拌的环境下往10mL二氧化硅悬浮液中加入0.1mL表面改性剂N-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷，然后磁力搅拌2h，得到表面改性的SiO₂微球悬浮液，记为A1。

SiO₂@(Gd_0.98，Eu_0.02)₂O₃核壳结构红色荧光粉的制备

按Gd(NO₃)₃∶Eu(NO₃)₃的摩尔比为0.98∶0.02的比例称取1.774g Gd₂O₃和0.0352gEu₂O₃，用浓硝酸将Gd₂O₃和Eu₂O₃溶解，并配制成10mL Gd(NO₃)₃和Eu(NO₃)₃的混合水溶液，其中Gd³⁺和Eu³⁺的总浓度为0.5mol/L；将Gd(NO₃)₃和Eu(NO₃)₃的混合水溶液加入到前面得到的A1溶液中，磁力搅拌1h，此时得到的混合液记为B1；然后按尿素过量5倍称取1.5306g尿素，并将尿素溶解到25.5mL去离子水中，得到浓度为1mol/L的尿素溶液；将尿素溶液在磁力搅拌下滴加到上述得到的B1溶液中，滴加时间为30min，滴加完后继续磁力搅拌2h，之后将反应体系的pH用硝酸调节为7，然后再磁力搅拌1.5h，此时得到的悬浮液记为C1；将C1过滤，用去离子水洗涤，并将洗涤后的过滤产物放在80℃的烘箱中干燥4h；以干燥产物代替A1，将包覆过程重复3次，然后将最终得到的干燥产物在800℃下高温保温煅烧6h，最终即可得到SiO₂@(Gd_0.98，Eu_0.02)₂O₃核壳结构红色荧光粉。

实施例2

二氧化硅微球的制备及表面改性

将10mL去离子水，25mL无水乙醇和4mL氨水混合放置于一锥形瓶中，在磁力搅拌下使之混合均匀，然后滴加1mL正硅酸乙酯，滴加完成后，继续搅拌反应3h，得到SiO₂微球悬浮液体；将得到的SiO₂微球悬浮液体在转速为12000rpm的条件下离心分离，用去离子水洗涤以去除剩余的氨水和残留的正硅酸乙酯，得到SiO₂微球；将得到的SiO₂微球经超声分散重新分散到去离子水中得到10mL二氧化硅悬浮液，在磁力搅拌的环境下往10mL二氧化硅悬浮液中加入0.3mL表面改性剂3-氨丙基三甲氧基硅烷，然后磁力搅拌2h，得到表面改性的SiO₂微球悬浮液，记为A2。

SiO₂@(Gd_0.95，Eu_0.05)₂O₃核壳结构红色荧光粉的制备

按Gd(NO₃)₃∶Eu(NO₃)₃的摩尔比为0.95∶0.05的比例称取3.620g Gd₂O₃和0.1853gEu₂O₃，用浓硝酸将Gd₂O₃和Eu₂O₃溶解，并配制成20mL Gd(NO₃)₃和Eu(NO₃)₃的混合水溶液，其中Gd³⁺和Eu³⁺的总浓度为0.53mol/L；将Gd(NO₃)₃和Eu(NO₃)₃的混合水溶液加入到前面得到的A2溶液中，磁力搅拌2h，此时得到的混合液记为B2；然后按草酸过量1.2倍称取2.3874g草酸，并将草酸溶解到18.9mL去离子水中，得到浓度为1mol/L的草酸溶液；将草酸溶液在磁力搅拌下滴加到上述得到的B2溶液中，滴加时间为40min，滴加完后继续磁力搅拌3h，之后将反应体系的pH用氨水调节为9，然后再磁力搅拌1h，此时得到的悬浮液记为C2；将C2过滤，用乙醇洗涤，并将涤洗后的过滤产物放在100℃的烘箱中干燥2h；将得到的干燥产物在1000℃下高温保温煅烧4h，最终即可得到SiO₂@(Gd_0.95，Eu_0.05)₂O₃核壳结构红色荧光粉。

图1是本发明实施例2的SiO₂@(Gd_0.95，Eu_0.05)₂O₃核壳结构红色荧光粉的光致发光光谱图。图2是本发明实施例2的SiO₂@(Gd_0.95，Eu_0.05)₂O₃核壳结构红色荧光粉在阴极射线激发下的发光光谱图。由图1和图2可以看出，本实施例制备得到的核壳结构红色荧光粉在光致发光和阴极射线激发下均具有良好的发光性能。

实施例3

二氧化硅微球的制备及表面改性

将10mL去离子水、30mL无水乙醇和6mL氨水混合放置于一锥形瓶中，在磁力搅拌下使之混合均匀，然后滴加2mL正硅酸乙酯，滴加完成后，继续搅拌反应3h，得到SiO₂微球悬浮液体；将得到的SiO₂微球悬浮液体在转速为12000rpm的条件理离心分离，用去离子水洗涤以去除剩余的氨水和残留的正硅酸酯乙酯，得到SiO₂微球；将得到的SiO₂微球经超声分散重新分散到去离子水中得到20mL二氧化硅悬浮液，在磁力搅拌的环境下往20mL二氧化硅悬浮液中加入0.2mL表面改性剂聚乙烯亚胺，然后磁力搅拌2h，得到表面改性的SiO₂微球悬浮液，记为A3。

SiO₂@(Gd_0.94，Eu_0.06)₂O₃核壳结构红色荧光粉的制备

按Gd(NO₃)₃∶Eu(NO₃)₃的摩尔比为0.94∶0.06的比例称取4.344g Gd₂O₃和0.2996g Eu₂O₃，用浓硝酸将Gd₂O₃和Eu₂O₃溶解，并配制成20mL Gd(NO₃)₃和Eu(NO₃)₃的混合水溶液，其中Gd³⁺和Eu³⁺的总浓度为0.638mol/L；将Gd(NO₃)₃和Eu(NO₃)₃的混合水溶液加入到前面得到的A3溶液中，磁力搅拌2h，此时得到的混合液记为B3；然后按草酸过量1.3倍称取3.150g草酸，并将草酸溶解到50mL去离子水中，得到浓度为0.5mol/L的草酸溶液；将草酸溶液在磁力搅拌下滴加到上述得到的B3溶液中，滴加时间为60min，滴加完后继续磁力搅拌3h，之后将反应体系的pH用氨水调节为9，然后再磁力搅拌1h，此时得到的悬浮液记为C3；将C3过滤，用去离子水和乙醇过滤洗涤，并将洗涤后的过滤产物放在90℃的烘箱中干燥3h；将得到的干燥物质在1000℃下高温保温煅烧4h，最终即可得到SiO₂@(Gd_0.94，Eu_0.06)₂O₃核壳结构红色荧光粉。

图3是本发明实施例3的SiO₂@(Gd_0.94，Eu_0.06)₂O₃核壳结构红色荧光粉的光致发光光谱图。图4是本发明实施例3的SiO₂@(Gd_0.94，Eu_0.06)₂O₃核壳结构红色荧光粉在阴极射线激发下的发光光谱图。由图3和图4可以看出，本实施例制备的核壳结构红色荧光粉在光致发光和阴极射线激发下均具有良好的发光性能。

实施例4

二氧化硅微球的制备及表面改性

将15mL去离子水、40mL无水乙醇和7mL氨水混合放置于一锥形瓶中，在磁力搅拌下使之混合均匀，然后滴加4mL正硅酸乙酯，滴加完成后，继续搅拌反应4h，得到SiO₂微球悬浮液体；将得到的SiO₂微球悬浮液体在转速为12000rpm的条件下离心分离，用去离子水洗涤以去除剩余的氨水和残留的正硅酯乙酯，得到SiO₂微球；将得到的SiO₂微球经超声分散重新分散到去离子水中得到30mL二氧化硅悬浮液，在磁力搅拌的环境下往30mL二氧化硅悬浮液中加入0.4mL表面改性剂3-氨丙基三乙氧基硅烷，然后磁力搅拌2h，得到表面改性的SiO₂微球悬浮液，记为A4。

SiO₂@(Gd_0.92，Eu_0.08)₂O₃核壳结构红色荧光粉的制备

按Gd(NO₃)₃∶Eu(NO₃)₃的摩尔比为0.92∶0.08的比例称取7.240g Gd₂O₃和0.6121g Eu₂O₃，用浓硝酸将Gd₂O₃和Eu₂O₃溶解，并配制成21.7mL Gd(NO₃)₃和Eu(NO₃)₃的混合水溶液，其中Gd³⁺和Eu³⁺的总浓度为1mol/L；将得到的Gd(NO₃)₃和Eu(NO₃)₃的混合水溶液加入到前面得到的A4溶液中，磁力搅拌3h，此时得到的混合液记为B4；然后按草酸过量1.4倍称取5.752g草酸，并将草酸溶解到25mL去离子水中，得到浓度为1.83mol/L的草酸溶液；将草酸溶液在磁力搅拌下滴加到上述得到的B4溶液中，滴加时间为70min，滴加完后继续磁力搅拌4h，之后将反应体系的pH用氨水调节为11，然后再磁力搅拌0.5h，此时得到的悬浮液记为C4；将C4过滤，用去离子水洗涤，并将洗涤后的过滤产物放在100℃的烘箱中干燥2h；将得到的干燥产物在1100℃下高温保温煅烧3h，最终即可得到SiO₂@(Gd_0.92，Eu_0.08)₂O₃核壳结构红色荧光粉。

实施例5

二氧化硅微球的制备及表面改性

将20mL去离子水、50mL无水乙醇和9mL氨水混合放置于一锥形瓶中，在磁力搅拌下使之混合均匀，然后滴加6mL正硅酸乙酯，滴加完成后，继续搅拌反应6h，得到SiO₂微球悬浮液体；将得到的SiO₂微球悬浮液体在转速为12000rpm的条件下离心分离，用去离子水洗涤以去除剩余的氨水和残留的正硅酯乙酯，得到SiO₂微球；将得到的SiO₂微球经超声分散重新分散到去离子水中得到40mL二氧化硅悬浮液，在磁力搅拌的环境下往10mL二氧化硅悬浮液中加入0.06mL表面改性剂N，N-二乙基三甲基硅烷基胺，然后磁力搅拌4h，得到表面改性的SiO₂微球悬浮液，记为A5。

SiO₂@(Gd_0.90，Eu_0.1)₂O₃核壳结构红色荧光粉的制备

按Gd(NO₃)₃∶Eu(NO₃)₃的摩尔比为0.90∶0.10的比例称取9.774g Gd₂O₃和1.056g Eu₂O₃，用浓硝酸将Gd₂O₃和Eu₂O₃溶解，并配制成15mL Gd(NO₃)₃和Eu(NO₃)₃的混合水溶液，其中Gd³⁺和Eu³⁺的总浓度为2mol/L；将Gd(NO₃)₃和Eu(NO₃)₃的混合水溶液加入到前面得到的A5液中，磁力搅拌4h，此时得到的混合液记为B5；然后按草酸过量1.5倍称取8.505g草酸，并将草酸溶解到34mL去离子水中，得到浓度为2mol/L的草酸溶液；将草酸溶液在磁力搅拌下滴加到上述得到的B5溶液中，滴加时间为80min，滴加完后继续磁力搅拌5h，之后将反应体系的pH用氨水调节为12，然后再磁力搅拌0.5h，此时得到的悬浮液记为C5；将C5过滤，用乙醇洗涤，并将洗涤后的过滤产物放在100℃的烘箱中干燥3h；将得到的干燥产物在1200℃下高温保温煅烧2h，最终即可得到SiO₂@(Gd_0.90，Eu_0.10)₂O₃核壳结构红色荧光粉。

以上所述仅为本发明的具有代表性的实施例，不以任何方式限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

例如，为了增加荧光粉外壳层的包覆，可将包覆过程重复1次、2次或4次。