專利名稱：一種共摻鈰、鐵鋁酸鋰的轉(zhuǎn)光熒光粉及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種共摻鈰、鐵鋁酸鋰的轉(zhuǎn)光熒光粉及其制備方法。該發(fā)光熒 光粉可以摻入到薄膜中提高轉(zhuǎn)光效率，用于各種農(nóng)用設(shè)施，也可用做燈粉制作 熒光燈用于醫(yī)療等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
研究表明，增加對農(nóng)作物紅光和藍光的照射強度，可以促使農(nóng)作物生長和 增產(chǎn)，植物生長熒光燈便是因此而發(fā)展起來的農(nóng)用科學(xué)技術(shù)，它在農(nóng)作物室溫 育苗方面十分有用。另一方面，怎樣將陽光中的綠光和紫外光轉(zhuǎn)換成紅光和藍 光，是充分利用太陽能發(fā)展高效生態(tài)農(nóng)業(yè)的重要科技問題。光致發(fā)光材料具有 光轉(zhuǎn)換功能，大量研究表明，將光致發(fā)光材料作為助劑摻入塑料中吹成的農(nóng)膜 能夠有效地將曰光中的綠光或紫外光，轉(zhuǎn)換成紅光和藍光。應(yīng)用于塑料農(nóng)膜中 的光致發(fā)光材料稱為轉(zhuǎn)光劑，添加了轉(zhuǎn)光劑的塑料農(nóng)膜稱為轉(zhuǎn)光膜。農(nóng)田實驗 表明，用轉(zhuǎn)光膜栽培的作物根系發(fā)達、莖葉茂盛，并能增產(chǎn)增收和提高農(nóng)產(chǎn)品 的品質(zhì)。早在1976年，日本農(nóng)業(yè)用光線選擇利用技術(shù)研究協(xié)會就曾報道過摻藍色熒 光、紅色熒光助劑的聚氯乙烯薄膜。！979年，報道了使用若丹明6G制成將黃綠 光轉(zhuǎn)換成紅橙光的薄膜。1982年，日本山添勝彥等人將稀土熒光化合物添加到 聚苯乙烯里制成發(fā)光聚合物。1987年，Tanaka等人將香豆素類及苯并哇類熒光 增白劑摻入PVC樹脂中制成藍光膜10]. 1985年，俄羅斯Golodkova.L.N等人將 稀土熒光化合物加入到PVC、 PE等樹脂中制成溫室薄膜。我國在這方面的研究始于二十世紀八十年代末，回顧十多年來轉(zhuǎn)光農(nóng)膜的 開發(fā)進程，可知國內(nèi)對轉(zhuǎn)光劑、轉(zhuǎn)光農(nóng)膜的研究十分活躍;其大棚試驗規(guī)模不斷 擴大，作物品種不斷增多，從人參栽培，水稻育秧，蔬菜瓜果種植到花弁栽培 都在試驗，并且均已取得了可喜的效果。轉(zhuǎn)光劑、轉(zhuǎn)光母料和轉(zhuǎn)光農(nóng)膜的商品 化生產(chǎn)及其市場競爭正在逐步形成。在各類農(nóng)用轉(zhuǎn)光膜中，轉(zhuǎn)光劑是核心。成為當(dāng)前發(fā)光材料的研究熱點之一。 相關(guān)專利也不斷涌現(xiàn)。如專利"多核稀土轉(zhuǎn)光粉、其制備方法及其應(yīng)用"(公開號CN1338500 )公布了將紫外光轉(zhuǎn)換成紅光的多核稀土轉(zhuǎn)光粉及其制備方法。 又如專利"納米仿生態(tài)稀土轉(zhuǎn)光劑及納米仿生態(tài)稀土轉(zhuǎn)光農(nóng)膜及其制備方法" (公開號CN1648172 ),該專利公開了一種稀土包膜轉(zhuǎn)光材料制備工藝，以無機 微粒為基核，以稀土凝膠即納米稀土粒子為包膜層，采用化學(xué)沉積的方法在無 機微粒表面包覆一層納米厚度的稀土轉(zhuǎn)光材料。以單摻鐵的鋁酸鋰的轉(zhuǎn)光熒光粉的專利已有涉及[如JP11263971 、 JP8293285 、 CN1448463、 JP7268318]。此物質(zhì)能用于制備特殊熒光照明設(shè)備熒 光粉。摻鐵的鋁酸鋰作為熒光粉也可以將紫外光轉(zhuǎn)換成紅光，用作太陽能紫外 轉(zhuǎn)光劑，使得植物對太陽光的利用率加強。遺憾的是，摻鐵的鋁酸鋰轉(zhuǎn)光效率 卻不十分理想。如何提高這類材料的轉(zhuǎn)光效率，成為這類材料研究的核心問題 之一。為了能使轉(zhuǎn)光效率提高，我們創(chuàng)造性地進行了一系列稀土離子敏化的實 驗研究，試圖提高該類材料的轉(zhuǎn)光效率。通過系統(tǒng)的分析和測試，發(fā)現(xiàn)了鈰對 鐵離子的紫外敏化效應(yīng)。鈰、鐵離子共摻的鋁酸鋰轉(zhuǎn)光效率相對單摻鐵的鋁酸 鋰的轉(zhuǎn)光效率可以提高一倍多。從而使得鈰、鐵離子共摻的鋁酸鋰熒光粉成為 更有效的太陽能紫外轉(zhuǎn)光劑，加強植物對太陽光的利用率；作為一種高效熒光 粉，也可作為熒光燈的燈粉用于植物照明或醫(yī)療等。對于偏鋁酸鋰粉料合成有很多方法、通常有固相合成法、溶膠一凝膠法、 共沉淀法等。后兩者的制備過程復(fù)雜，成本貴，且反應(yīng)周期較長，另外反應(yīng)后 存在副產(chǎn)物?？紤]到該材料應(yīng)用領(lǐng)域的獨特性及生產(chǎn)的批量化、安全性，這些 方法就不太適合。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種共摻鈰、鐵鋁酸鋰的轉(zhuǎn)光熒光粉及其制備方法。本發(fā)明的目的是通過如下途徑實現(xiàn)的 一種共摻鈰、鐵鋁酸鋰的轉(zhuǎn)光熒光 粉，該轉(zhuǎn)光熒光粉的化學(xué)組成式為LiA102: xFe, yCe,其中x和y分別為摻雜 的鐵Fe離子、鈰Ce離子與LiA102分子的摩爾比，x和y的允許值范圍皆為0. 1°/。 ~ 5%。該轉(zhuǎn)光熒光粉的發(fā)射波長范圍為630~ 850nm。一種共摻鈰、鐵鋁酸鋰的轉(zhuǎn)光熒光粉的制備方法，根據(jù)如下步驟制備A. 按所述轉(zhuǎn)光熒光粉化學(xué)組成式的比例稱取九水硝酸鋁Al (N03) 3 9H力、 碳酸鋰Li2C03、六水氯化鐵FeCl3 6H20氧化鈰Ce02;B. 使用硝酸溶解的方法將上述原料以及助熔劑硼酸H3B03混合均勻后，澄清；C. 將澄清的溶液蒸發(fā)，成為固體，然后在400 50(TC的馬沸爐中將其分解 至氧化物；D. 取出氧化物研磨約1小時，最后放到馬沸爐中在1000 ~ IIOO'C煅燒10~ 11個小時后自然冷卻至室溫得成品。所述硼酸的含量以與UA102分子的摩爾比計，其值小于5%。 本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比有以下優(yōu)點(1)該發(fā)明制備的轉(zhuǎn)光熒光粉與相對應(yīng)的單摻鐵的熒光粉相比。同等強度 紫外光源激發(fā)下發(fā)光強度顯著提高，更能有效的吸收太陽光中的紫外光并轉(zhuǎn)換為紅光和近紅外光；(2) 該發(fā)明的制備的轉(zhuǎn)光熒光粉的發(fā)射波長在630-S50nm,可用于人工植 物照明熒光燈具、電視機遙控器、夜視裝置及醫(yī)療應(yīng)用等；(3) 基質(zhì)在高溫下具有良好的化學(xué)、熱穩(wěn)定性和力學(xué)穩(wěn)定性。與其他材料 相容性好，尤其是有極好的耐輻照特性；(4) 目前現(xiàn)有的農(nóng)用大棚普遍使用薄膜，該轉(zhuǎn)光材料能摻入塑料薄膜中， 有利于該轉(zhuǎn)光熒光粉的推廣。作為固相合成法也有其不利的一面，如時間周期 長，需要研磨，耗時耗能，我們通過一種用硝酸溶解反應(yīng)物，使之能充分混合 反應(yīng)的制備方法，大大提高了制備效率。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進 一 步詳細說明圖1為實施例1制備摻雜鈰離子的濃度為2%、鐵的濃度為1%的轉(zhuǎn)光熒光粉 的發(fā)射光譜圖；圖2為實施例2制備摻雜鈰離子的濃度為5%、鐵的濃度為1%的轉(zhuǎn)光熒光粉 的發(fā)射光譜圖；圖3為實施例3制備摻雜鈰離子的濃度為2%、鐵離子的濃度為5%的轉(zhuǎn)光熒光粉的發(fā)射光譜圖；圖4為實施例4制備摻雜鈰離子的濃度為0. 5%、鐵離子的濃度為1. 5%的轉(zhuǎn)光熒光粉的發(fā)射光譜圖。
具體實施方式
本發(fā)明所公布的轉(zhuǎn)光熒光粉的化學(xué)組成式為LiA102: xFe， yCe，其中x和y 分別為鐵Fe離子、鈰Ce離子與UA102分子的摩爾比，x和y的允許值范圍皆為 0. 1~5%。該轉(zhuǎn)光熒光粉的發(fā)射波長范圍為630 ~ 850腦。。該轉(zhuǎn)光熒光粉的具體制備方法參照下面四個實施例實施例一按照樣品的化學(xué)式LiA102: l%Fe. 2%Ce ,分別稱取Li2C03 2.218g 、 Al(NO3)3'9H2O22.508g、 FeClr6H20 0.162g、 Ce02 0.207g、 H3BO30.015g，用酸溶解的方法將上述原料混合均勻后，將其蒸發(fā)至固體，然后在400 - 50(TC的馬沸爐中將其分解至氧化物；取出氧化物研磨約i小時，最后放到馬沸爐中在iooo。C煅燒9小時，自然冷卻至室溫，獲得轉(zhuǎn)光熒光粉。圖l是是本實施例制備的LiA102: 1。/。Fe，2。/。Ce轉(zhuǎn)光熒光粉發(fā)射光譜，圖中 的實線為摻鈰的濃度為2%、鐵的濃度為1%，作為比較，虛線給出的是摻鈰的濃 度為0%、鐵的濃度為1°/。。如圖l所示，本實施例制備的轉(zhuǎn)光熒光粉的發(fā)光強度 是沒有摻鈰離子的樣品的l.S倍，這種熒光粉更能有效的將紫外光轉(zhuǎn)換成植物 可吸收的紅光和近紅外光，其中心波長為742nm。實施例2:按照樣品的化學(xué)式Li A102: 1 %Fe. 5%Ce ，分別稱取Li2C03 1.109g 、 Al(N03)3.9H2011.254g、 FeCl3-6H20 0.081 g、 Ce02 0.258g、 H3B03 O細g，用酸溶解的方法將上述原料混合均勻后，將其蒸發(fā)至固體，然后在400 50(TC的馬 沸爐中將其分解至氧化物；取出氧化物研磨約1小時，最后放到馬沸爐中在1100 'C煅燒ll小時，自然冷卻至室溫，獲得轉(zhuǎn)光熒光粉。圖2是本實施例制備的LiA102: "/。Fe,5y。Ce轉(zhuǎn)光熒光粉發(fā)射光譜。圖中的實線為摻鈰的濃度為5%、鐵的濃度為iy。，作為比較，虛線給出的是摻鈰的濃度為0%、鐵的濃度為1%。如圖2所示，本實施例制備的轉(zhuǎn)光熒光粉的發(fā)光強度是 沒有摻鈰離子樣品的1.2倍，這種熒光粉更能有效的將紫外光轉(zhuǎn)換成植物可吸 收的紅光和近紅外光，其中心波長為742nm。實施例3:按照樣品的化學(xué)式LiA102:5%Fe， 2%Ce ，分別稱取Li2C03 1.479g 、 Al(NO3)3.9H2O15.005g、 FeCly6H20 0.541g、 Ce02 0.138g、 H3B03 O,OlOg，用酸溶解的方法將上述原料混合均勻后，將其蒸發(fā)至固體，然后在400 50(TC的馬沸爐中將其分解至氧化物；取出氧化物研磨約i小時，最后放到馬沸爐中在在105(TC煅燒IO小時，自然冷卻至室溫，獲得轉(zhuǎn)光熒光粉。圖3是本實施例制備的LiA102: 5%Fe. 2%Ce轉(zhuǎn)光熒光粉發(fā)射光譜，圖中 的實線為摻雜鐵離子的濃度為5%、鈰離子的濃度為2%，作為比較，虛線給出的 是摻鈰離子的濃度為0%，鐵濃度為5%。如圖3所示，本實施例制備的轉(zhuǎn)光熒光 粉的發(fā)光強度是沒有摻鈰離子樣品的2.1倍，這種熒光粉更能有效的將紫外光 轉(zhuǎn)換成植物可吸收的紅光和近紅外光，其中心波長為742nm。實施例4:按照樣品的化學(xué)式LiA102: 1.5%Fe， 0.5%Ce，分別稱取Li2C03 1.331g、 Al(NO3)3.9H2CH3.505g、 FeCl3.6H20 0.146g、 CeO20.031g、 H3BO30.009g，用酸溶解的方法將上述原料混合均勻后，將其蒸發(fā)至固體，然后在400 50(TC的馬 沸爐中將其分解至氧化物；取出氧化物研磨約1小時，最后放到馬沸爐中在1100 'C煅燒10小時，自然冷卻至室溫，獲得轉(zhuǎn)光熒光粉。圖4是本實施例制備的LiA102: 1.5%Fe. 0.5%Ce轉(zhuǎn)光熒光粉發(fā)射光譜，圖 中的實線為摻鐵的濃度為1.5°/。、鈰離子的濃度為0.5%,作為比較，虛線給出的 是摻鐵濃度為1.5%、鈰離子的濃度為0%。如圖4所示，本實施例制備的轉(zhuǎn)光熒 光粉的發(fā)光強度是沒有摻鈰離子樣品的1.3倍，這種熒光粉更能有效的將紫外 光轉(zhuǎn)換成植物可吸收的紅光和近紅外光，其中心波長為742nm。
權(quán)利要求
1.一種共摻鈰、鐵鋁酸鋰的轉(zhuǎn)光熒光粉，其特征在于該轉(zhuǎn)光熒光粉的化學(xué)組成式為LiAlO2:xFe，yCe，其中x和y分別為摻雜的鐵Fe離子、鈰Ce離子與LiAlO2分子的摩爾比，x和y的允許值范圍皆為0.1％～5％。
2. 如權(quán)利要求1所述的共摻鈰、鐵鋁酸鋰的轉(zhuǎn)光熒光粉，其特征在于該轉(zhuǎn) 光熒光粉的發(fā)射波長的范圍為630 ~ 850im。
3. —種共摻鈰、鐵鋁酸鋰的轉(zhuǎn)光熒光粉的制備方法，其特征在于共摻鈰、 鐵鋁酸鋰的轉(zhuǎn)光熒光粉根據(jù)如下步驟制備A. 按權(quán)利要求1所述轉(zhuǎn)光熒光粉化學(xué)組成式的比例稱取九水硝酸鋁AK N03) 3 . 9H20、碳酸鋰Li2C03、六水氯化鐵FeCl3 . 6H20氧化鈰Ce02;B. 使用硝酸溶解的方法將上述原料以及助熔劑硼酸H;B()3混合均勻，澄清；C. 將澄清的溶液蒸發(fā)，成為固體，然后在400 50(TC的馬沸爐中將其分解 至氧化物；D. 取出氧化物并研磨約1小時，最后放到馬沸爐中在1000 110(TC煅燒 10 ~ 11個小時后自然冷卻至室溫得成品。
4. 如權(quán)利要求3所述的一種共摻鈰、鐵鋁酸鋰的轉(zhuǎn)光熒光粉的制備方法， 其特征在于作為助熔劑硼酸的含量以與LiA102分子的摩爾比計，其值小于全文摘要
本發(fā)明公開了一種共摻鈰Ce、鐵Fe的鋁酸鋰的轉(zhuǎn)光熒光粉及其制備方法，該轉(zhuǎn)光粉能有效地將紫外光轉(zhuǎn)成紅光和近紅外光，可用于農(nóng)用轉(zhuǎn)光、人工植物照明熒光燈具、電視機遙控器、夜視裝置及醫(yī)療等。該熒光粉以普通鋁酸鋰為基質(zhì)，以Fe³⁺為激活劑，以稀土離子Ce³⁺為敏化劑；將Fe³⁺和Ce³⁺作為摻雜劑，通過硝酸溶解、混合并高溫反應(yīng)制備出所需轉(zhuǎn)光熒光粉體，其化學(xué)組成式為LiAlO₂∶xFe，yCe，其中x和y為Fe、Ce離子與LiAlO₂分子的摩爾比，x和y的允許值范圍均為0.1～5％。
文檔編號C09K11/80GK101250410SQ200810030418
公開日2008年8月27日 申請日期2008年1月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月3日
發(fā)明者丁建文, 強人峰, 肖思國, 陽效良 申請人:湘潭大學(xué)