[发明专利]一种稀土掺杂的CaAl2O4纳米荧光材料及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及钙的铝酸盐掺杂，特别提供了一种Eu掺杂的CaAl₂O₄纳米荧光材料及其制备方法。

背景技术：

自1991年纳米碳管发现以来，一维纳米材料——纳米管、纳米线、纳米棒和纳米带等——的研究受到了广泛的重视。通常认为，一维纳米结构提供了一个很好的体系，用以研究维数和尺度对电传导、热传导、机械性能等的影响，检测和理解一些基本的物理和化学问题。再者，一维纳米材料还可以作为功能单元或连线，用以制备纳米尺度的电子、光电子、电化学和机电装置，如：纳米尺度的电子器件及磁器件、功能材料、结构材料、发光材料、超细电子发射源等，具有广阔的应用前景。虽然目前还没有通用的、成熟的制备一维纳米结构的方法，但借助于近来发展的一些方法，如：电弧放电、激光烧蚀、物理气相沉积、化学气相沉积、电化学沉积、化学或离子刻蚀、聚合法等，还是制备出了多种多样的一维纳米材料。

然而人们以前的研究重点主要是碳纳米管、半导体、金属以及二元氧化物纳米结构，而有关一维三元氧化物纳米结构制备和表征的工作报道却相对较少。前不久我们成功制备出了一维的CaAl₂O₄和CaAl₄O₇纳米结构，相关发明已经申请国家专利。作为一种重要的铝酸钙，CaAl₂O₄因其具有高的熔点和机械应力而引起人们的广泛关注。近年来人们研究发现，CaAl₂O₄掺Eu²⁺是一种重要的蓝色荧光材料，它在黑暗中能持续发光几个小时，比目前的商业发光材料ZnS:Cu，Co的性能要优越得多。并且在此基础上掺入三价稀土离子后，可以延长它的发光时间，是近年来发展起来的一种重要的长余辉发光材料。由于它具有很好的光、热稳定性和化学稳定性、发光亮度高、持续时间长、不含有害物质等特点，因而在发光涂料、探测器、传感器、彩色等离子显示器等方面有着广泛的应用前景。由此我们可以很自然的预测，纳米尺度的CaAl₂O₄:Eu²⁺极有可能在未来的纳米发光设备上有新的技术应用。

目前为止，人们已经通过各种合成方法成功的制备出了不同尺寸大小的CaAl₂O₄:Eu²⁺发光材料，这些方法有：固态反应法、溶胶-凝胶法、燃烧法、流化床技术、激光加热底座生长以及共沉淀法。然而通过以上方法所制得的CaAl₂O₄:Eu²⁺发光材料的晶粒尺寸多在1μm以上，而有关CaAl₂O₄:Eu²⁺一维纳米结构的合成和研究的工作，目前尚未见报道。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种具有新型结构的纳米尺度的CaAl₂O₄:Eu²⁺及其发光性能。

本发明提供了一种稀土掺杂的CaAl₂O₄纳米荧光材料及其制备方法，微观形态包括纳米锥、纳米线、纳米棒和/或它们之间的组装结构，

所述纳米锥为顶部带有一个圆球的多面体棱锥，锥体是具有单斜结构的CaAl₂O₄:Eu²⁺单晶，锥体长度为100纳米～2毫米，直径为20纳米～10微米；顶球是单晶铝球，其晶体结构为面心立方，球体直径为锥体最粗端的2～3倍；

所述纳米线为多面体棱柱，是具有单斜结构的CaAl₂O₄:Eu²⁺单晶，长度为1微米～200微米，直径为20纳米～500纳米；

所述纳米棒为多面体棱柱，是具有单斜结构的CaAl₂O₄单晶，长度为400纳米～30微米，直径为100纳米～2微米；

所述组装结构为纳米锥、纳米棒、或线组装形成的三维枝状结构，主干的长度为200纳米～2毫米，直径为50纳米～10微米，支干的长度为50纳米～50微米，直径一般在20纳米～1微米；支干是从主干的某些特定的晶面上长出的，所述特定方向是[010]，或者(100)、或(001)晶面的法线方向，支干是主干的单晶外延，支干和主干构成一体。