[发明专利]一种高量子效率蓝光发射BCNO荧光粉的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，更加具体地说，涉及一种高量子效率蓝光发射BCNO(硼碳氮氧)荧光粉的制备方法。

背景技术

目前的荧光粉材料大都以稀土元素(Eu²⁺、Ce³⁺等)作为激活剂而发光，不仅价格昂贵，而且污染环境。BCNO是一种非稀土掺杂发光的荧光粉，由于其不需要稀土元素作为激活剂而引起了人们的广泛关注。BCNO荧光粉具有制备温度较低(700~900℃)、不需要保护气氛烧结(即在空气中实现烧结)、节能环保、激发光谱范围宽(从紫外到蓝光)、发射光谱可调(可见光范围)，荧光寿命在纳秒至毫秒量级可调节等众多优点。在照明和显示、白光LED、荧光素、生物荧光成像、DNA标记和医学等领域具有广阔的应用前景。BCNO荧光粉的发射波长可以通过改变工艺条件和参数进行调节，目前BCNO的发射波长可以从在蓝光波段(发射峰值在470nm附近)调节至近红光波段(发射峰值在570nm附近)。BCNO荧光粉的量子效率随着发射波长的红移而降低，目前报道的蓝光发射BCNO荧光粉的最高量子效率为79%，其发射峰值在470nm左右(蓝光发射)，而商用蓝光发射荧光粉为BaMgAl₁₀O₁₇：Eu²⁺，其量子效率为95%。此外，人们普遍采用尿素燃烧法制备BCNO荧光粉，该方法虽然制备简单，但是该方法的可控性差，烧结时间对发射光谱有很大影响，烧结时间相差几分钟即可造成发射光谱几十纳米的偏差，同时尿素加热时会产生氨气，从而会造成环境污染。因此，尿素燃烧法不利于BCNO荧光粉的批量生产和绿色环保的需要。本发明采用液相法制备出前驱体，采用低温烧结前驱体制备得到了高量子效率的BCNO荧光粉，其蓝光发射的量子效率可达95%，可以替代目前的商用蓝光荧光粉。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高量子效率蓝光发射BCNO荧光粉的制备方法，所用原料为硼酸、三聚氰胺和六次甲基四胺，利用六次甲基四胺中的碳-氮化学键，将合适浓度的碳-氮化学键掺入到硼酸和三聚氰胺的反应中，制备出高量子效率的BCNO荧光粉。本发明首先在水相中获得BCNO的前躯体，最后在无保护气氛的马弗炉中低温烧结前驱体来制备BCNO荧光粉，该方法具有良好的可控性，并且绿色环保，无毒无污染，符合绿色工业发展的需要。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

一种高量子效率蓝光发射BCNO荧光粉的制备方法，包括以下步骤：

1)在反应器中加入去离子水，并加热至70~90℃并始终保持此温度范围；再加入硼酸和三聚氰胺，搅拌1小时至溶液澄清；物料配比为：每0.01mol三聚氰胺加入70~100mL去离子水；摩尔比硼酸：三聚氰胺=1：1；

2)向上步得到的溶液中加入六次甲基四胺，搅拌溶液至澄清；溶液温度保持在70~90℃之间，搅拌溶液6小时后将溶液转入另一反应器中，然后加热至100℃，同时搅拌，直至将水蒸干，得到BCNO的前躯体；物料配比为：摩尔比硼酸：六次甲基四胺=1：0.1~0.5；

3)取出BCNO的前躯体，放入马弗炉中，在600~700℃的范围进行烧结，烧结时间为12小时；

4)烧结结束后关闭马弗炉自然冷却，待马弗炉温度降至室温后取出产品，在玛瑙研钵中充分研磨即得到BCNO荧光粉。

所述的步骤2)中，物料配比优选为摩尔比硼酸：六次甲基四胺＝1：0.1。

所述的步骤3)中的烧结温度优选为为625℃。

本发明的有益效果为：所用设备为一般的马弗炉，原料为硼酸、三聚氰胺和六次甲基四胺，简单、便宜，方法简单易行，无毒无污染，发射光谱在蓝光波段范围可调，对烧结时间不敏感，重复性好，易于批量生产。制备的非稀土掺杂蓝光发射BCNO荧光粉发射峰为456nm时的量子效率可达95%，大于目前报道的蓝光发射BCNO荧光粉的最高量子效率(79%)；与现有商用的稀土掺杂的蓝光发射的荧光粉相比，效率相同，却可以避免使用价格昂贵、污染环境的稀土元素，可以替代目前商用的蓝光发射荧光粉，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是当硼酸为0.01mol，三聚氰胺为0.01mol时，采用不同摩尔数的六次甲基四胺制备(即实施例1-5)的BCNO荧光粉的X射线衍射图。测试仪器为X射线衍射仪(Rigaku UltimaIV)，扫描范围为10–70度，扫描速率为2度/分，扫描步长为0.02度。虚线为三氧化二硼(PDF#06-0297)对应的标准谱线。