[發明專利]綠色發光七鋁酸十二鈣陶瓷及其制備方法

無效

• 申請號: 200910067109.6
• 申請日: 2009-06-09
• 公開（公告）號: CN101602601A
• 公開（公告）日: 2009-12-16
• 發明（設計）人: 劉玉學;李進輝;徐長山;劉益春;鐘殿強
• 申請（專利權）人: 東北師范大學
• 主分類號: C04B35/622
• 分類號: C04B35/622;C04B35/44;C09K11/80
• 代理公司: 長春市東師專利事務所
• 代理人: 劉延軍;趙 軍

技術領域

本發明屬于材料技術領域，具體涉及七鋁酸十二鈣綠色發光陶瓷及其制備方法。

背景技術

材料、能源和信息是現在社會進步發展的三大支柱，作為三大支柱之一的發光陶瓷材料在很大程度上決定和影響高新技術產業的發展，隨著光電子和信息探測技術的快速發展，需要有大量高性能的光學功能陶瓷材料來提供關鍵的物質基礎。自從20世紀60年代初出現Al₂O₃透明陶瓷以來打破了陶瓷不透明的傳統概念。

由于發光陶瓷具有陶瓷固有的耐高溫、耐腐蝕、高強度等特性外，還具有玻璃的光學性能，可望用于液晶顯示器、等離子屏幕、有機EL—電致發光、太陽能電池、光通訊等發光領域。找到一種對稱性低的透明陶瓷材料，且可被Er取代的有利于Er發射的基質透明陶瓷材料是必要的。

發明內容

本發明的目的就是解決上述問題，提供一種Er摻雜可見發光陶瓷及其有效的制備方法。

本發明采用寬帶隙氧化物七鋁酸十二鈣透明陶瓷作為摻雜的陶瓷材料。由于七鋁酸十二鈣透明陶瓷具有生產成本低、熱導率較高、抗熱沖擊力強。除此以外還具有熱穩定性好、密度小質量輕、自然界含量高、環境友好等特點。穩定性好有利于器件長時間工作、質量輕能應用于航天工業、自然界含量高有利于降低成本、環境友好有利于可持續發展。基于以上優點，發明一種有效簡單制備C12A7透明發光陶瓷是必要的。然而，由于鉺與鈣的離子半徑相近，鉺很容易取代鈣離子格位，鉺所處格位的晶體場對稱性低，從而有利于鉺的光發射。

本發明采用化學共沉淀法和電子束燒蝕的方法制備鉺摻雜的七鋁酸十二鈣(12CaO·7Al₂O₃)透明陶瓷，溶膠凝膠法可將鉺離子均勻地摻入到基質材料中，避免由于摻雜不均勻而導致鉺離子的發光淬滅效應的出現，減弱Er的發射強度。

本發明制備的方法具體步驟如下：

1.首先將純Al(NO₃)₃和Ca(NO₃)₂原料按照14∶12的化學劑量比在水相中于原子水平上均勻混合；

2.將純Er(NO₃)₃原料按照鉺與鋁的原子摩爾比0.5-2％進行摻雜，均勻混合后加入沉淀劑NH₃·H₂O，調節陽離子之間的距離。考慮到各陽離子的沉淀速度隨著PH值的變化而不同，導致產物的物相不單一，可將混合溶液緩慢倒入裝有過量NH₃·H₂O的燒杯中，以確保各陽離子能夠按照一定的比例均勻沉淀，不會導致相分離；

3.將得到的凝膠前驅體在90-120℃的溫度下進行烘干、去水；

4.將上述凝膠放到高溫爐中，在空氣氣氛下、1000-1200℃燒結6-8個小時，即得到了鉺摻雜的七鋁酸十二鈣粉體。

5.將得到的粉體樣品壓成直徑為20mm，厚為5mm的靶材，將靶材在1200-1300℃燒結7-9個小時小時后取出，放到真空室中用電子束燒蝕，燒蝕后經機械拋光得到透明陶瓷樣品。

12CaO.7Al₂O₃晶格常數是1.199nm，單胞包括兩個分子，十二個籠子。每個籠子的空間直徑為0.4nm。其化學公式可表示成[Ca₂₄Al₂₈O₆₄]⁴⁺+2O^2-：前面的部分代表晶格的框架結構，后一部分叫做“多余氧離子”，每個籠子平均有+1/3電荷。

本發明的積極效果是：

1.本發明采用寬帶隙氧化物七鋁酸十二鈣作為稀土鉺摻雜的基質材料，由于其帶隙寬達5.9eV，可使鉺發光的溫度淬滅效應減弱。

2.七鋁酸十二鈣的陽離子格位受到獨特的籠腔結構內部束縛的氧離子基團的調制作用，使得局部晶體場對稱性較低，有益于增強鉺的光發射。

3.本發明制備的鉺摻雜的七鋁酸十二鈣透明陶瓷，在可見光的綠色發射得到了很強的鉺的光發射，結果表明鉺摻雜的七鋁酸十二鈣透明陶瓷有望應用于全彩顯示以及光通訊等領域。

附圖說明

圖1是0.5％、1％和2％鉺摻雜的七鋁酸十二鈣透明陶瓷的發光光譜；

圖2是0.5％、1％和2％鉺摻雜的七鋁酸十二鈣透明陶瓷的激發發射譜；

圖3是0.5％、1％和2％鉺摻雜的七鋁酸十二鈣透明陶瓷的XRD譜圖。

具體實施方式