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/殼納米結構來提高eu³⁺離子紅光發射效率的方法。

背景技術：

紅色熒光材料被廣泛應用于固態照明光源、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量分數高達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，主要是因為對應于紅色發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光區復合、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，具有良好的化學穩定性和熱穩定性，是一種很好的基質材料。此前，在zno基質中適量摻雜具有光學活性的雜質如過渡金屬離子和三價稀土離子(re)方面已經做了大量細致的研究工作。例如，eu³⁺離子摻入zno基質中，會有從基質到稀土離子間的能量轉移，但是很少有關于尖銳紅光發射的報道。為了從zno中獲得強的eu³⁺發射，就要求基質和eu³⁺離子間有有效的能量傳遞。

而利用不同的化學組分構建核/殼結構，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，發光是可調的。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的主要發光中心在613nm(紅光)，是三原色之一。眾所周知，zno發光帶較寬在藍-黃區，被認為是光發射器件的潛在材料。zno/eu2o3核/殼納米結構可以增強基質和eu³⁺離子間的有效的能量傳遞。但是目前還沒有關于zno/eu2o3紅色熒光材料的報道。

技術實現要素：

本發明的目的是克服現有技術的不足，采用核/殼納米結構，提供一種成本低廉、耐低溫、發光較強的納米復合氧化鋅基紅色熒光材料的制備方法。

本發明的目的是這樣實現的，制備該zno/eu2o3核/殼納米結構所采用的原料及其重量配比是：

本發明制備方法的具體步驟是：

①、取(0.176g)eu2o3溶于(21g≈15ml)hno3(質量分數為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加熱，蒸發過量的硝酸,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℃燒結一小時之后取出降至室溫得到本發明目標產品，進行xrd物相測試，測試結果顯示本發明的目標產品是zno/eu2o3核/殼納米材料，并且沒有任何雜相。

本發明的優點：

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

2、本發明不但操作簡單，而且具有環保、經濟、便捷、操作簡單等優點，易于實現大規模生產，同時該方法制備zno/eu2o3核/殼納米結構的光致發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是本發明目標產品zno/eu2o3核/殼納米材料和純zno的xrd譜圖的對比圖。

圖2是本發明目標產品zno/eu2o3核/殼納米結構的透射電鏡圖、(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)和本發明目標產品光致發光譜圖的對比圖。

圖4是本發明目標產品從80到300k(從上至下)的變溫發光譜圖。

具體實施方式

本發明所需的原料如下：

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(質量分數為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加熱，蒸發過量的硝酸,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℃燒結一小時之后取出降至室溫得到本發明目標產品，進行xrd物相測試，測試結果顯示本發明的目標產品是zno/eu2o3核/殼納米材料，并且沒有任何雜相。(見圖1)。

本發明制備的zno/eu2o3核/殼納米結構的透射電鏡圖(見圖2)，從圖2可以看到許多不同顏色的納米結構，這是為了區別核/殼結構的不同化學組分，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出清晰的核殼結構，淺色的核被深色的殼包裹著。內部核的直徑在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和本發明制備的zno/eu2o3核/殼納米結構光致發光譜圖的對比圖。從圖中我們可以清楚地看到本發明的目標產品在612nm處有很強的eu³⁺離子的特征峰，通過比較可以發現本發明目標產品zno/eu2o3中eu³⁺的發光強度是zeo樣品的25倍，zmeo樣品的9倍，這意味著，本發明的目標產品大大提高了eu³⁺離子的紅光發射強度。

圖4是本發明目標產品從80到300k的變溫發光譜圖，紅色的光譜是80k時測的譜線，還是可以看到很強的與4f殼層轉移有關的eu³⁺的發光。所以本發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境,并且也可廣泛用于航天器涂層顏料。