[发明专利]一种稀土掺杂柠檬酸锌荧光粉

说明书

技术领域

本发明涉及一类新型稀土发光材料，特别涉及一种稀土掺杂柠檬酸锌荧光粉。

背景技术

稀土离子具有独特的电子层结构，可产生各种光谱项和能级，发射紫外、可见光到红外光区的各种波长的电磁辐射。但直接使用稀土盐类或氧化物会使发光效果不稳定，因为稀土涉及到的4f层间的f-f跃迁是宇称禁戒的，跃迁过程中引起的紫外光区(200-400nm)的消光系数很小，对紫外光吸收弱，导致稀土离子发光效率较低，所以在荧光粉中稀土离子大多是以掺杂或配位的形式发挥作用。

有机羧酸配体在紫外光区吸收系数高，若其三重激发态能级与稀土离子激发态能级相匹配，则能有效地将激发态能量通过无辐射跃迁转移给稀土离子的发射态，从而敏化稀土离子的发光，弥补了稀土离子在紫外和可见光区的吸收系数很低的缺陷。除此之外，以有机羧酸为配体的稀土有机羧酸配合物的发光兼具稀土离子的色纯度高和稀土有机羧酸配合物所需激发能量低、荧光效率高、易溶于有机溶剂的优点，但稀土有机羧酸配合物在制备过程中合成工艺相对复杂，所制备的配合物纯度通常较低，产物稳定性较差，发光衰减明显导致使用寿命短，此外，稀土离子在有机羧酸配合物中既是作为基体化合物重要成分，又作为发光中心存在的，产物合成使用了大量的稀土氧化物，影响了该发光稀土配合物的应用价值。

2005年Sheng-Gui Liu等在《Synthesis,structure and luminescent properties of lanthanide(III)polymeric complexes constructed by citric acid》中利用柠檬酸和氧化铕(或氧化铽)170℃水热条件下反应96h，得到了具有发光性能的柠檬酸铕(或柠檬酸铽)稀土羧酸配合物，它的缺点在于，在配合物的合成中使用了大量的氧化铽及氧化铕，影响了柠檬酸铕(或柠檬酸铽)稀土羧酸配合物荧光粉的应用价值。除此之外，该文献在170℃水热条件下反应96h，说明该配合物结构较复杂导致合成较困难。柠檬酸锌是一种利用有机酸根与无机阳离子结合而形成的有机羧酸盐，同时兼有机、无机方面的性质，本发明采用水热法法制备了稀土离子掺杂的柠檬酸锌荧光粉。与Sheng-Gui Liu等公开的文献相比较，本发明利用稀土离子掺杂柠檬酸锌，稀土离子进入柠檬酸锌晶格中，占据锌离子的位置，形成发光中心，使得部分柠檬酸锌变为柠檬酸铕或柠檬酸铽，既保存了柠檬酸锌高稳定性、低毒性及较好的生物相容性等优势，又由于柠檬酸锌结构较简单且结晶性较强而显著降低合成难度，反应温度仅60℃保温12h即可合成发光性及稳定性良好的荧光粉，除此之外，此方案采用掺杂的方式引入稀土离子，大大减少了稀土离子的用量，显著提升了稀土掺杂柠檬酸锌荧光粉的商用价值。相比于本人前期申请的一种稀土掺杂纳米柠檬酸钙荧光粉及其制备方法，本发明涉及的柠檬酸锌荧光粉具有更低的合成温度，且显示更为优异发光性能，说明稀土离子与锌离子的性质更为相似，稀土离子的取代以及晶格占位所需能量较小，合成效率高，制备合成柠檬酸锌荧光粉更加容易。

综上所述，柠檬酸锌荧光粉的制备不仅保留了柠檬酸锌本来的优势，又因为稀土离子的引入使得部分柠檬酸锌转化为稀土配合物而在生物荧光探针、发光材料等领域具有潜在的应用价值。除此之外，本发明提供的一种稀土掺杂柠檬酸锌荧光粉，具有合成产物纯度高、产物发光性与稳定性良好、制备工艺简单、合成条件温和、成本低等优势，且克服了稀土有机羧酸配合物工艺相对复杂、纯度较低、产物稳定性较差、使用寿命短等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种稀土掺杂柠檬酸锌荧光粉。该荧光粉充分保留了柠檬酸锌的基本性能，并且赋予了柠檬酸锌一个全新的发光材料应用领域。

一种稀土掺杂柠檬酸锌荧光粉，其发明内容包括：

所述荧光粉为稀土离子激活的柠檬酸锌有机盐络合物，其化学组成表示式为C₁₂H₁₄O₁₆Zn_3-x:xRe³⁺，其中：Re³⁺为Eu³⁺、Tb³⁺等稀土离子，x为稀土离子取代柠檬酸锌基质中锌离子的量，0.5％≤x≤20％，并进一步限定为1％≤x≤9％。