[发明专利]氧化硅基复合金属氧化物的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及氧化硅基复合金属氧化物的制备方法，制备所得的粉体可用于荧光灯、显示板、阴极射线管和紫外线探测器以及光学传感器等方面，属于荧光材料领域。

背景技术

硅基发光材料具有广阔的应用前景，如非晶硅，可以用于太阳能电池；而具有发光性能的多孔硅，可以用于制造大规模光电集成器件。而同时，其他类型的多孔发光材料也在不断被开发出来，如发蓝光的多孔SiC，还有包含有发光基团的沸石类材料等，它们不仅具有商业应用前景，而且对这些材料的合成、性能以及发光机理等方面都有很高的理论和应用研究价值。近年来，许多研究开发者在多孔材料的孔道或孔壁中装入功能基团如染料分子、聚合物、有机金属化合物、纳米晶半导体，或稀土离子等，而使材料具备某些光学(发光，光波导等)的性能，而这些材料大多采用溶液相合成的方法。当然，目前大多数的荧光粉体仍采用传统的高温固相反应的方法制备。

发明内容

本发明采用金属蒸气处理法，来制备复合金属氧化物的氧化硅基系列荧光材料，即通过金属蒸气在惰性气体下热处理氧化硅基体来制备复合金属氧化物的氧化硅基系列荧光材料。

具体工艺步骤为：

在气氛炉中，将金属源加热形成蒸气，用惰性气体(Ar或N₂)将金属蒸气带入与氧化硅基体材料在金属熔点温度以上反应，然后停止加热，在惰性气体保护下冷却至室温即可(见图1)。

上述的反应时间可长可短，可以为若干分钟至若干小时。

上述金属源优选Sn、Zn、Mg、Ga，金属源形态可以是任意形态，粒状、粉状、片状等。选用Sn为金属源时，反应温度优选500℃-1400℃。

上述氧化硅基材料氧化硅基体包括各种类型，如白碳黑、纳米氧化硅、介孔氧化硅、沸石分子筛等。

上述气氛炉优选管式气氛炉。

本发明的特点在于

1、操作简单。

2、方法通用，可制备荧光材料种类多，通过改变金属蒸气种类和氧化硅基体的种类可以得到一系列荧光材料，并且可以改变它们的荧光性能，如激发、发射波长和荧光衰减时间等。

3、基体材料形状不限，可以为粉末、块体、纤维等。

4、发光强度可调：通过提高反应温度和时间可以增加氧化硅基体中金属元素的含量，并提高发光强度。

附图说明

图1为卧式合成装置示意图，其中1-炉体；2-炉管；3-金属套；4-通(Ar)气口；5-冷却水；6-坩埚；7-氧化硅基体；8-锡粒。

图2为竖直式合成装置示意图，其中1-炉体；2-炉管；3-金属套；4-通(Ar)气口；5-带网孔的样品托架；6-坩埚；7-锡粒；8-氧化硅基体。

图3和图4为实施例1中起始氧化硅基体SBA-15(图3)和产物(图4)的透射电子显微镜照片，说明反应后起始介孔氧化硅SBA-15的规则孔道被破坏，产物颗粒中有气泡结构，并且产物为无定形材料。

图5和图6为实施例1中700，800和900℃合成产物的荧光光谱：图5为荧光激发光谱；图6为荧光发射光谱。

图7为实施例1中900℃下合成的产品的荧光相对强度随衰减时间的变化曲线，近似一级指数衰减，荧光寿命约16μs。

具体实施方式

以下通过实施例进一步说明此发明。

实施例1

将1g锡粒与0.5g的介孔氧化硅SBA-15粉体混合置于一氧化铝坩埚内，并盖上盖。将其放入一水平的氧化铝封闭式管式气氛炉(Linn High Therm德国利恒热工有限公司出品)中，管两头用金属套封闭并用冷却水冷却，管中通入Ar气(流速20～60L/h)保护(如附图1)。气氛炉以5℃/min的速度升温至指定温度700℃并保温6h，然后停止加热，冷却至室温，即得白色粉体产物。未反应的锡可以下一次继续使用。反应后起始介孔氧化硅SBA-15的规则孔道破坏，产物颗粒中有气泡结构，并且产物为无定形材料。产物的荧光光谱(如附图3)激发峰(峰的中心波长)为265nm，342nm和354nm，发射峰为392nm，相对荧光强度为40，荧光寿命为11μs。若反应温度提高至800，900，1000和1100℃，相对荧光强度分别为170，445，655和1200。其中，反应温度分别为700，800和900℃合成得到的产品的锡的摩尔含量(SnO₂/SiO₂ mol％)分别为0.85％，2.40％和4.68％。

实施例2