一種新型納米復合氧化鋅基紅色熒光材料的制備方法與流程

本發(fā)明屬于一種新型納米復合氧化鋅基紅色熒光材料的制備方法，具體的說是一種通過zno/eu2o3核/殼納米結(jié)構(gòu)來提高eu³⁺離子紅光發(fā)射效率的方法。

背景技術(shù)：

紅色熒光材料被廣泛應用于固態(tài)照明光源、新型平板顯示器、軍用電子元器件等領域，其在紅、綠、藍三基色熒光粉體系中的質(zhì)量分數(shù)高達60～80％。但是目前在三基色顯示材料中，紅色熒光材料被認為是最薄弱的一環(huán)，主要是因為對應于紅色發(fā)光的躍遷都是能隙很小的躍遷，很難與載流子傳輸層的能量匹配，不能有效地使電子和空穴在發(fā)光區(qū)復合、量子效率低、混合光顯色性差等，這些問題長期以來都未能很好的解決。另外，傳統(tǒng)紅色熒光材料的主要原料為價格昂貴的稀土氧化物y2o3和eu2o3，生產(chǎn)成本高。

因此，探索新型的紅色熒光材料是當前的研究熱點，而選擇合適的基質(zhì)材料被認為是比較有效的解決途徑。zno作為一種重要的寬帶隙半導體材料，因其價格低廉，對環(huán)境友好，其禁帶寬度為3.37ev，激子束縛能高達60mev，具有良好的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，是一種很好的基質(zhì)材料。此前，在zno基質(zhì)中適量摻雜具有光學活性的雜質(zhì)如過渡金屬離子和三價稀土離子(re)方面已經(jīng)做了大量細致的研究工作。例如，eu³⁺離子摻入zno基質(zhì)中，會有從基質(zhì)到稀土離子間的能量轉(zhuǎn)移，但是很少有關(guān)于尖銳紅光發(fā)射的報道。為了從zno中獲得強的eu³⁺發(fā)射，就要求基質(zhì)和eu³⁺離子間有有效的能量傳遞。

而利用不同的化學組分構(gòu)建核/殼結(jié)構(gòu)，可以得到集合不同材料的特殊性能于一體的材料。例如，核殼是不同的熒光材料，發(fā)光是可調(diào)的。eu2o3和zno因為有不同的特征顏色所以是非常有前景的候選材料。eu2o3的主要發(fā)光中心在613nm(紅光)，是三原色之一。眾所周知，zno發(fā)光帶較寬在藍-黃區(qū)，被認為是光發(fā)射器件的潛在材料。zno/eu2o3核/殼納米結(jié)構(gòu)可以增強基質(zhì)和eu³⁺離子間的有效的能量傳遞。但是目前還沒有關(guān)于zno/eu2o3紅色熒光材料的報道。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，采用核/殼納米結(jié)構(gòu)，提供一種成本低廉、耐低溫、發(fā)光較強的納米復合氧化鋅基紅色熒光材料的制備方法。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，制備該zno/eu2o3核/殼納米結(jié)構(gòu)所采用的原料及其重量配比是：

本發(fā)明制備方法的具體步驟是：

①、取(0.176g)eu2o3溶于(21g≈15ml)hno3(質(zhì)量分數(shù)為65.0％～68.0％)中，加熱攪拌大約10分鐘后溶解，形成粘稠液體，加入去離子水后繼續(xù)加熱，蒸發(fā)過量的硝酸,至ph值呈中性,冷卻至室溫后，倒入稱量瓶中加入去離子水，配置成濃度為0.001mol/l的eu(no3)3溶液，搖勻待用。

②、按比例稱量zn(no3)2·6h2o(1.339g)和nh4hco3(1.5812g)原料，與30ml的eu(no3)3混合在一起放在攪拌器上室溫攪拌六小時，然后將nh4hco3(碳酸氫銨)加入上述混合溶液中，不停攪拌，最后經(jīng)過濾，用去離子水和酒精分別洗滌三次后將所得沉淀放入80℃烘箱中干燥后得到白色粉末狀固體。

③、將②中得到的白色粉末狀固體放在白玉坩堝中蓋好蓋子，在馬弗爐中400℃燒結(jié)一小時之后取出降至室溫得到本發(fā)明目標產(chǎn)品，進行xrd物相測試，測試結(jié)果顯示本發(fā)明的目標產(chǎn)品是zno/eu2o3核/殼納米材料，并且沒有任何雜相。

本發(fā)明的優(yōu)點：

1、本發(fā)明采用工藝簡單的化學法，通過外殼層的eu2o3，有效提高了eu³⁺離子的紅光發(fā)射性能，為制備新型平板顯示器和固態(tài)照明光源提供重要的材料。

2、本發(fā)明不但操作簡單，而且具有環(huán)保、經(jīng)濟、便捷、操作簡單等優(yōu)點，易于實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，同時該方法制備zno/eu2o3核/殼納米結(jié)構(gòu)的光致發(fā)光強度得到了很大的提高(見圖3)，合成工藝安全、快捷。

附圖說明

圖1是本發(fā)明目標產(chǎn)品zno/eu2o3核/殼納米材料和純zno的xrd譜圖的對比圖。

圖2是本發(fā)明目標產(chǎn)品zno/eu2o3核/殼納米結(jié)構(gòu)的透射電鏡圖、(a)純zno的tem圖；(b)純zno的高分辨tem圖；(c)zno/eu2o3樣品的tem圖；(d)zno/eu2o3樣品的高分辨tem。

圖3是制備eu摻雜zno(zeo)、mg、eu共摻雜zno納米花(zmeo)和本發(fā)明目標產(chǎn)品光致發(fā)光譜圖的對比圖。

圖4是本發(fā)明目標產(chǎn)品從80到300k(從上至下)的變溫發(fā)光譜圖。

具體實施方式

本發(fā)明所需的原料如下：

硝酸鋅(zn(no3)2·6h2o，沈陽國藥集團化學試劑有限公司)為分析純；

氧化銪(eu2o3，沈陽國藥集團化學試劑有限公司)為分析純；

硝酸(hno3，沈陽第一試劑廠化學試劑)為分析純；

碳酸氫銨(nh4hco3，沈陽國藥集團化學試劑有限公司)為分析純；

①、取(0.176g)eu2o3溶于(21g≈15ml)hno3(質(zhì)量分數(shù)為65.0％～68.0％)中，加熱攪拌大約10分鐘后溶解，形成粘稠液體，加入去離子水后繼續(xù)加熱，蒸發(fā)過量的硝酸,至ph值呈中性,冷卻至室溫后，倒入稱量瓶中加入去離子水，配置成濃度為0.001mol/l的eu(no3)3溶液，搖勻待用。

②、按比例稱量zn(no3)2·6h2o(1.339g)和nh4hco3(1.5812g)原料，與30ml的eu(no3)3混合在一起放在攪拌器上室溫攪拌六小時，然后將nh4hco3加入上述混合溶液中，不停攪拌，最后經(jīng)過濾，用去離子水和酒精分別洗滌三次后將所得沉淀放入80℃烘箱中干燥后得到白色粉末狀固體。

③、將②中得到的白色粉末狀固體放在白玉坩堝中蓋好蓋子，在馬弗爐中400℃燒結(jié)一小時之后取出降至室溫得到本發(fā)明目標產(chǎn)品，進行xrd物相測試，測試結(jié)果顯示本發(fā)明的目標產(chǎn)品是zno/eu2o3核/殼納米材料，并且沒有任何雜相。(見圖1)。

本發(fā)明制備的zno/eu2o3核/殼納米結(jié)構(gòu)的透射電鏡圖(見圖2)，從圖2可以看到許多不同顏色的納米結(jié)構(gòu)，這是為了區(qū)別核/殼結(jié)構(gòu)的不同化學組分，紅色代表eu2o3-殼，綠色代表zno-核。插圖是著色前zno/eu2o3的tem圖，可以看到不同的灰度呈現(xiàn)出清晰的核殼結(jié)構(gòu)，淺色的核被深色的殼包裹著。內(nèi)部核的直徑在10～20nm而殼的厚度在2～4nm。

圖3是沉淀法制備的eu摻雜zno、mg、eu共摻雜zno和本發(fā)明制備的zno/eu2o3核/殼納米結(jié)構(gòu)光致發(fā)光譜圖的對比圖。從圖中我們可以清楚地看到本發(fā)明的目標產(chǎn)品在612nm處有很強的eu³⁺離子的特征峰，通過比較可以發(fā)現(xiàn)本發(fā)明目標產(chǎn)品zno/eu2o3中eu³⁺的發(fā)光強度是zeo樣品的25倍，zmeo樣品的9倍，這意味著，本發(fā)明的目標產(chǎn)品大大提高了eu³⁺離子的紅光發(fā)射強度。

圖4是本發(fā)明目標產(chǎn)品從80到300k的變溫發(fā)光譜圖，紅色的光譜是80k時測的譜線，還是可以看到很強的與4f殼層轉(zhuǎn)移有關(guān)的eu³⁺的發(fā)光。所以本發(fā)明制備的這種紅色熒光材料，更適用于寒冷的北方等惡劣的環(huán)境,并且也可廣泛用于航天器涂層顏料。