專利名稱：一種長波紫外激發(fā)的藍光發(fā)光材料及其制備和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種藍光發(fā)光材料，具體說，是涉及一種長波紫外激發(fā) 的藍光發(fā)光材料及其制備和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
ZnO是重要的半導(dǎo)體材料，在大氣中不容易被氧化，具有很高的化學(xué)和熱 穩(wěn)定性，激子?xùn)|縛能大(激子?xùn)|縛能為60meV，是ZnSe和GaN基材料的3倍)， 禁帶寬度約為3.36eV，室溫下不易被熱激發(fā)，容易實現(xiàn)受激發(fā)射，允許激子高 溫下復(fù)合，是制作與激子相關(guān)的光學(xué)器件中最有希望的材料?？捎米鞴怆姵亍?陶瓷、壓敏、傳感器、催化劑、發(fā)光材料等。同時，ZnO是一種具有纖鋅礦結(jié) 構(gòu)的六方晶體。根據(jù)能帶結(jié)構(gòu)，ZnO晶體內(nèi)部的晶格缺陷或者是摻雜的雜質(zhì)對 它的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生巨大的影響。ZnO晶體內(nèi)的晶格缺陷例如氧缺陷、鋅 缺陷、鋅間隙、氧反替位等等可以導(dǎo)致400 730 nm的可見發(fā)射。近年來，在 ZnO中摻雜主族元素或者稀土元素制備發(fā)光材料的研究引起了科學(xué)界的高度 重視。由于鈣等堿土金屬及銪元素和鋅元素的電負性、原子半徑等相差不大， 鈣等堿土金屬和銪的摻雜很可能造成ZnO的晶格缺陷引起ZnO體系的光電性質(zhì) 發(fā)生明顯的改變。但是，Ca等堿土金屬和Eu的穩(wěn)定性與生長溫度之間存在明顯 的差異，在ZnO的制備過程中，Ca等堿土金屬和Eu的共摻雜是很困難的。如何 使用簡單制備方法使Ca等堿土金屬和Eu能有效共摻雜進入氧化鋅的晶格,得到 長波紫外激發(fā)的藍光發(fā)光材料是目前科學(xué)界亟需解決的一個難題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是要解決上述亟需解決的難題，提供一種長波紫外激發(fā)的 藍光發(fā)光材料一ZnxMyO: Eu及其一種工藝簡單、成本低廉的制備方法和其的 應(yīng)用。為達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)一種長波紫外激發(fā)的藍光發(fā)光材料，其組成由以下通式表示 ZnxMyO:Eu，其中x : y = 1: ( 0.01 ~ 1 )，由鋅源與M金屬化合物的摩爾 比確定；M選自鈣、鎂、鍶或鋇金屬元素，優(yōu)選鈣金屬元素。上述長波紫外激發(fā)的藍光發(fā)光材料一ZnxMyO: Eu的制備方法，包括以下1) 稱取M金屬化合物及氧化銪原料，使其溶解在HC1水溶液中，然后在 15 3(TC超聲10 20分鐘，其中M金屬化合物與氧化銪的摩爾比為1:0.0025;2) 將上述混合溶液放入100 12(TC的烘箱中干燥，直至得到粉末；3) 將上述干燥得到的粉末與鋅源在室溫下進行研磨15~30分鐘，即得前 驅(qū)物，其中鋅源與M金屬化合物的摩爾比為1: (0.01 ~ 1);4) 將上述前驅(qū)物置入相應(yīng)體積的坩堝中，用蓋子封好；5) 將上述坩堝放入體積是其3倍的另一個坩堝中，用活性炭掩埋；6) 將活性炭掩埋后的坩堝放入馬弗爐中于800 100(TC燒結(jié)1~3小時；7) 取出燒結(jié)物進行研磨5 10分鐘，即得目標(biāo)產(chǎn)物。 所述M金屬化合物可為M金屬元素的氧化物、氫氧化物、碳酸鹽或醋酸鹽，優(yōu)選M金屬元素的碳酸鹽。所述鋅源可以為硫化鋅或單質(zhì)硫與氧化鋅或醋酸鋅的混合物，其中單質(zhì) 硫與氧化鋅或醋酸鋅的混合摩爾比為1: 1。性能測試結(jié)果表明，本發(fā)明的長波紫外激發(fā)的藍光發(fā)光材料在350 400nm 的長波紫外區(qū)有很強的吸收，在400 450 nm有很強的發(fā)射，因此本發(fā)明的發(fā) 光材料可用于白色發(fā)光二極管、激光二極管等。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果1) 本發(fā)明實現(xiàn)了 Ca等堿土金屬和Eu有效共摻雜進入氧化鋅的晶格，得 到的發(fā)光材料中，ZnO作為基質(zhì)，Eu所造成的晶格缺陷為發(fā)光中心，Ca等堿 土金屬的摻入使激發(fā)光譜發(fā)生明顯紅移到長波紫外光區(qū)。2) 本發(fā)明的長波紫外激發(fā)的藍光發(fā)光材料具有藍光色純度高、化學(xué)及光 學(xué)性能穩(wěn)定，發(fā)光效率達到1001m/W以上。2)本發(fā)明的制備工藝簡單易操作，原料價廉易得，適合工業(yè)化生產(chǎn)，反 應(yīng)過程基本沒有工業(yè)三廢，具有綠色環(huán)保、低能耗、高效益特點。


圖1為本發(fā)明的長波紫外激發(fā)的藍光發(fā)光材料一ZiixMyO: Eu的XRD圖； 圖2為本發(fā)明的長波紫外激發(fā)的藍光發(fā)光材料一ZnJVIyO: Eu的熒光光譜具體實施方式
下面通過實施例對本發(fā)明作進一步說明，其目的僅在于更好理解本發(fā)明的 內(nèi)容而非限制本發(fā)明的保護范圍 實施例11) 稱取0.02 mol CaC03和0.0005 mol Eu203，使其溶解在40 ml 1.25 mol/L 的HC1水溶液中，然后在15 3(TC超聲10-20分鐘；2) 將上述混合溶液放入11(TC的烘箱中干燥，直至得到粉末；3) 將上述干燥得到的粉末與0.02 mol ZnS在室溫下進行研磨15~30分 鐘，即得前驅(qū)物；4) 將上述前驅(qū)物置入50ml的坩堝中，用蓋子封好；5) 將上述50ml坩堝放入150ml坩堝中，用活性炭掩埋；6) 將活性炭掩埋后的坩堝放入馬弗爐中于800°C燒結(jié)2小時；7) 取出燒結(jié)物進行研磨5 10分鐘，即得目標(biāo)產(chǎn)物ZnxCayO:Eu,其中x : y=l:l。所得樣品的XRD圖(測試條件為電壓40kV，電流40 mA,掃描速度 4。/min)表明樣品主相為氧化鋅，即，所得發(fā)光材料是以氧化鋅作為基質(zhì)(見 圖l所示)。所得樣品的熒光光譜圖(測試條件為^x=254nm, Xem=430nm,狹縫寬 度5nm，電壓400V，掃描速度600 nm/min )表明該發(fā)光材料在350~400 nm 的長波紫外區(qū)有很強的吸收，在400-450 nm有很強的發(fā)射(見圖2所示)。實施例2本實施例與實施例1的不同之處在于選用的M金屬化合物為MgCCb, 其余內(nèi)容同實施例l所述，從而得到目標(biāo)產(chǎn)物ZigVIgyO:Eu，其中x : y-l:l。 所得樣品的XRD分析結(jié)果及熒光光譜分析結(jié)果同實施例1中所述。實施例3本實施例與實施例l的不同之處在于選用的M金屬化合物為SrC03，其 余內(nèi)容同實施例1所述，從而得到目標(biāo)產(chǎn)物ZnxSryO: Eu,其中x : y=l:l。 所得樣品的XRD分析結(jié)果及熒光光譜分析結(jié)果同實施例1中所述。實施例4本實施例與實施例1的不同之處在于選用的M金屬化合物為BaC03, 其余內(nèi)容同實施例l所述，從而得到目標(biāo)產(chǎn)物ZnxBayO:Eu,其中x : y=l:l。 所得樣品的XRD分析結(jié)果及熒光光譜分析結(jié)果同實施例1中所述。實施例5本實施例與實施例1的不同之處在于選述的燒結(jié)溫度為IOO(TC。所得樣 品的XRD分析結(jié)果及熒光光譜分析結(jié)果同實施例1中所述。 實施例61) 稱取0.002 mol CaC03和0.00005 mol Eu203，使其溶解在40 ml 1.25 mol/L的HC1水溶液中，然后在15-3(TC超聲10~20分鐘；2) 將上述混合溶液放入11(TC的烘箱中干燥，直至得到粉末；3) 將上述干燥得到的粉末與0.02 mol ZnS在室溫下進行研磨15~30分 鐘，即得前驅(qū)物；4) 將上述前驅(qū)物置入50ml的坩堝中，用蓋子封好；5) 將上述50ml坩堝放入150ml坩堝中，用活性炭掩埋；6) 將活性炭掩埋后的坩堝放入馬弗爐中于800°C燒結(jié)2小時；7) 取出燒結(jié)物進行研磨5 10分鐘，即得目標(biāo)產(chǎn)物ZnxCayO:Eu,其中x : y= 1:0.1。所得樣品的XRD分析結(jié)果及熒光光譜分析結(jié)果同實施例1中所述。 實施例71) 稱取0.0002 mol CaC03和0.000005 mol Eu203，使其溶解在40 ml 1.25 mol/L的HC1水溶液中，然后在15 3(TC超聲10~20分鐘；2) 將上述混合溶液放入11(TC的烘箱中干燥，直至得到粉末；3) 將上述干燥得到的粉末與0.02 mol ZnS在室溫下進行研磨15-30分 鐘，即得前驅(qū)物；4) 將上述前驅(qū)物置入50ml的坩堝中，用蓋子封好；5) 將上述50ml坩堝放入150ml坩堝中，用活性炭掩埋；6) 將活性炭掩埋后的坩堝放入馬弗爐中于800°C燒結(jié)2小時；7) 取出燒結(jié)物進行研磨5~10分鐘，即得目標(biāo)產(chǎn)物ZnxCayO:Eu，其中x : y= 1:0.01。所得樣品的XRD分析結(jié)果及熒光光譜分析結(jié)果同實施例1中所述。 實施例8本實施例與實施例6的不同之處在于選用的M金屬化合物為Ca(Ac)2， 其余內(nèi)容同實施例6所述，從而得到目標(biāo)產(chǎn)物ZnxCayO: Eu,其中x : y= 1:0.1。 所得樣品的XRD分析結(jié)果及熒光光譜分析結(jié)果同實施例1中所述。實施例9本實施例與實施例6的不同之處在于選用的M金屬化合物為CaO,其 余內(nèi)容同實施例6所述，從而得到目標(biāo)產(chǎn)物ZnxCayO:Eu，其中x : y=l:0.1。 所得樣品的XRD分析結(jié)果及熒光光譜分析結(jié)果同實施例1中所述。實施例10本實施例與實施例6的不同之處在于選用的M金屬化合物為Ca(OH)2, 其余內(nèi)容同實施例6所述，從而得到目標(biāo)產(chǎn)物ZnxCayO:Eu,其中x : y = 1:0.1。 所得樣品的XRD分析結(jié)果及熒光光譜分析結(jié)果同實施例1中所述。實施例11本實施例與實施例6的不同之處在于選用的鋅源為0.02molZnO和0.02 molS,其余內(nèi)容同實施例6所述，從而得到目標(biāo)產(chǎn)物ZnxCayO:Eu，其中x : y= 1:0.1。所得樣品的XRD分析結(jié)果及熒光光譜分析結(jié)果同實施例1中所述。實施例12本實施例與實施例6的不同之處在于選用的鋅源為0.02molZn(Ac)2和 0.02molS,其余內(nèi)容同實施例6所述，從而得到目標(biāo)產(chǎn)物ZnxCayO:Eu,其中 x : y= 1:0.1。所得樣品的XRD分析結(jié)果及熒光光譜分析結(jié)果同實施例1中所
權(quán)利要求
1. 一種長波紫外激發(fā)的藍光發(fā)光材料，其特征在于，其組成通式為ZnxMyO:Eu，其中x∶y＝1∶(0.01～1)；所述M為鈣、鎂、鍶及鋇中的任一金屬元素。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的長波紫外激發(fā)的藍光發(fā)光材料，其特征在于， 所述M為鈣金屬元素。
3. —種權(quán)利要求1所述的長波紫外激發(fā)的藍光發(fā)光材料的制備方法，其 特征在于，所述方法包括以下步驟1) 稱取M金屬化合物及氧化銪原料，使其溶解在HC1水溶液中，然后在 15 ~ 3(TC超聲10 ~ 20分鐘，其中M金屬化合物與氧化銪的摩爾比為1: 0.0025;2) 將上述混合溶液放入100 120。C的烘箱中干燥，直至得到粉末；3) 將上述干燥得到的粉末與鋅源在室溫下進行研磨15-30分鐘，即得前 驅(qū)物，其中鋅源與M金屬化合物的摩爾比為1: (0.01-1);4) 將上述前驅(qū)物置入相應(yīng)體積的坩堝中，用蓋子封好；5) 將上述坩堝放入體積是其3倍的另一個坩堝中，用活性炭掩埋；6) 將活性炭掩埋后的坩堝放入馬弗爐中于800 100(TC燒結(jié)1~3小時；7) 取出燒結(jié)物進行研磨5 10分鐘，即得目標(biāo)產(chǎn)物。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的長波紫外激發(fā)的藍光發(fā)光材料的制備方法，其 特征在于，所述M金屬化合物為M金屬元素的氧化物、氫氧化物、碳酸鹽及 醋酸鹽中的任一種。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的長波紫外激發(fā)的藍光發(fā)光材料的制備方法，其 特征在于，所述M金屬化合物為M金屬元素的碳酸鹽。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的長波紫外激發(fā)的藍光發(fā)光材料的制備方法，其 特征在于，所述鋅源為硫化鋅。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的長波紫外激發(fā)的藍光發(fā)光材料的制備方法，其 特征在于，所述鋅源為單質(zhì)硫與氧化鋅或醋酸鋅的混合物。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的長波紫外激發(fā)的藍光發(fā)光材料的制備方法，其 特征在于，所述單質(zhì)硫與氧化鋅或醋酸鋅的混合摩爾比為1:1。
9. 一種權(quán)利要求1所述的長波紫外激發(fā)的藍光發(fā)光材料的應(yīng)用，其特征 在于，所述發(fā)光材料用于白色發(fā)光二極管或激光二極管。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種長波紫外激發(fā)的藍光發(fā)光材料，其組成為Zn_xM_yO:Eu，其中x∶y＝1∶(0.01～1)；所述M為鈣、鎂、鍶及鋇中的任一金屬元素。本發(fā)明采用液相法與空氣氧化法相結(jié)合的制備方法，實現(xiàn)了Ca等堿土金屬和Eu有效共摻雜進入氧化鋅的晶格，得到的發(fā)光材料具有藍光色純度高、化學(xué)及光學(xué)性能穩(wěn)定，發(fā)光效率達到100lm/W以上，在350～400nm的長波紫外區(qū)有很強的吸收，在400～450nm有很強的發(fā)射，可用于白色發(fā)光二極管、激光二極管等。另外，本發(fā)明的制備工藝簡單易操作，原料價廉易得，適合工業(yè)化生產(chǎn)，反應(yīng)過程基本沒有工業(yè)三廢，具有綠色環(huán)保、低能耗、高效益特點。
文檔編號C09K11/78GK101275076SQ200810037209
公開日2008年10月1日 申請日期2008年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月9日
發(fā)明者余錫賓, 楊廣乾, 郭宇竹 申請人:上海師范大學(xué)