CN102719243A

CN102719243A - 一种锰离子激活红色长余辉发光材料及其制备方法

Info

Publication number: CN102719243A
Application number: CN2012101783777A
Authority: CN
Inventors: 雷炳富; 张浩然; 刘应亮; 刘晓瑭; 郑明涛; 肖勇
Original assignee: South China Agricultural University
Current assignee: South China Agricultural University
Priority date: 2012-06-01
Filing date: 2012-06-01
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2032-06-01
Also published as: CN102719243B

Abstract

本发明公开了一种锰离子激活红色长余辉发光材料及其制备方法，属于长余辉发光材料技术领域。本发明的锰离子激活红色长余辉发光材料的组成为AlN:Mn²⁺，其中AlN为基质，Mn²⁺为激活离子。上述材料的制备方法是以氮化铝和碳酸锰为原料，充分混合后置于氮化硼坩埚内，加盖，在氮气气氛下灼烧，冷却后即得锰离子激活红色长余辉发光材料。本发明的制备方法操作简单，制备的长余辉发光材料性能良好，其余辉时间在暗环境中持续2小时以上。该长余辉发光材料生产成本低廉，产品化学性质稳定，蓬松非常易研磨，无放射性，不会对环境造成危害。

Description

一种锰离子激活红色长余辉发光材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种长余辉发光材料，具体涉及一种锰离子激活的新型红光发射长余辉发光材料及其制备方法。

背景技术

长余辉发光材料即蓄光型发光材料作为一种重要的弱光照明材料，以其不需要特殊的外场、对环境友好、无放射性、耐侯性优异以及节能等诸多优点，在太阳能转换和利用方面有着巨大的应用潜力。自从1996年发现Eu²⁺激活的碱土铝酸盐具有的优秀长余辉发光性能以来，国内外科学工作者对这类材料的研究和应用做了大量的工作，成为研究的热点。目前，碱土铝酸盐体系蓝色和绿色长余辉发光材料的生产工艺日趋成熟并实现了商业化，其应用范围已涵盖工农业生产及人们生活的许多方面。然而，作为三基色中重要一种原色的红色长余辉发光材料其性能尚不能与铝酸盐材料相匹配(如色度差、亮度低、余辉时间短、化学及物理稳定性差、含有害性物质、辐射激发波长过短等)，远不能达到实际应用的要求。因而，长波段黄光或红光发射长余辉发光材料的研究与新体系探索，已经成为长余辉发光研究领域的前沿课题。

氮化铝(AlN)作为常用的陶瓷原料，具有良好的电绝缘性和热传导性能，而且化学稳定性很高，是一种性能优良的结构和功能材料，然而氮化铝体系作为长余辉发光材料基质的研究尚未见相关报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的锰离子激活红色长余辉发光材料。

本发明的另一目的是提供上述锰离子激活红色长余辉发光材料的制备方法。

本发明通过以下技术方案实现上述目的：

一种锰离子激活红色长余辉发光材料，组成为AlN:Mn²⁺，其中AlN为基质，Mn²⁺为激活离子。

该锰离子激活红色长余辉发光材料基质材料为AlN，无需加入其它能量捕集剂，通过单一的Mn²⁺离子激活剂就可以产生优良的红光长余辉发射，Mn²⁺的红光发射来自于Mn²⁺离子的d电子跃迁。在激发条件下，基质所吸收的外来能量一部分会转移并被发光材料中的陷阱能级存储起来。随后，在室温热能的激励下，所存储的能量被缓慢释放出并传递给激活离子，最终以锰离子的发光形式释放出来。

该长余辉发光材料经254 nm紫外光照射后，具有高亮度红色长余辉发射特性，可用于公共场所停电时，人群疏散安全出口的显示、消防通道的标志以及其它若干特定场合的警示等。本发明所制备的红色长余辉发光材料其激发波长位于254 nm左右，可以大量利用它制成长余辉灯管。

上述锰离子激活红色长余辉发光材料，Mn²⁺掺杂量按摩尔百分比计优选为0.1~10%，其中掺杂量为2.5%为最佳，产品发光效果最好。Mn²⁺优选以碳酸锰的形式掺杂。

上述锰离子激活红色长余辉发光材料的制备方法，是以氮化铝和碳酸锰为原料，充分混合后置于氮化硼坩埚内，加盖，在氮气气氛下灼烧，冷却后即得锰离子激活红色长余辉发光材料。该方法中所述氮化铝和碳酸锰优选为分析纯或高纯。灼烧温度优选为1600℃~1750℃，最佳为1750℃，灼烧时间优选为1~3小时。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明所涉及的红光发射长余辉发光材料制备方法简单，制备的长余辉性能良好，其余辉时间在暗环境中至少持续2小时以上。该长余辉发光材料生产成本低廉，产品化学性质稳定，蓬松非常易研磨，无放射性，不会对环境造成危害。

附图说明

图1. 实例1中所述产物的XRD谱图。

图2. 实例2中所述产物的激发和发射光谱。激发和监控波长分别为245 nm和600 nm。

图3. 实例2中所述产物在停止激发不同时间后测得的余辉发射光谱。测试前先用紫外线激发样品5分钟。

图4. 实例2中所述产物的余辉衰减曲线。测试前先用紫外线激发样品5分钟。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

称取分析纯氮化铝(AlN)1.6231 g，分析纯碳酸锰(MnCO₃)0.0460 g，其中Mn²⁺离子的掺杂浓度为0.1%（摩尔百分比）。在玛瑙乳钵中湿法充分研匀后，装入氮化硼坩埚中，压实，加盖后将坩埚放入到高温炉内，加热到1700℃，恒温1-3小时。随炉冷却至室温得近白色粉末。经XRD鉴定，产物为氮化铝纯相，图1所示为所得样品的XRD谱图。发射光谱包括一个从570nm到700 nm的宽带。经254 nm紫外光照射1分钟，发光材料呈现明显的红色长余辉发射，余辉时间约为0.5小时。

实施例2

称取分析纯氮化铝(AlN)1.5985 g，分析纯碳酸锰(MnCO₃) 0.1150 g，其中Mn²⁺离子的掺杂浓度为2.5%（摩尔百分比）。在玛瑙乳钵中湿法充分研匀后，装入氮化硼坩埚中，压实，加盖后将坩埚放入到高温炉内，加热到1750℃，恒温3小时。随炉冷却至室温得近白色粉末。经XRD鉴定，产物为氮化铝纯相，发射光谱包括一个从570nm到700 nm的宽带，半峰宽为43 nm。经254 nm紫外光照射1分钟，发光材料呈现出强的红光长余辉发射，余辉时间约为2小时。图2为该样品的激发和发射光谱。在紫外灯照射下，测得该样品发光色坐标为x = 0.63，y = 0.29。图3为该样品在停止激发不同时间后测得的余辉发射光谱，所得结果表明余辉发光中心同样来源于Mn²⁺离子的d电子跃迁。

实施例3

称取分析纯氮化铝(AlN)1.4756 g，分析纯碳酸锰(MnCO₃) 0.4598 g，其中Mn²⁺离子的掺杂浓度为10%。在玛瑙乳钵中湿法充分研匀后，装入氮化硼坩埚中，压实，加盖后将坩埚放入到高温炉内，加热到1700℃，恒温3小时。随炉冷却后所得粉末样品的体色为灰白色。经XRD鉴定，产物主相为氮化铝，同时含有少量的Al₂O₃，发射光谱包括一个从570 nm到700 nm的宽带。经254 nm紫外光照射1分钟，发光材料呈现明显的红光长余辉发射，余辉时间约为20分钟。

实施例4

称取分析纯氮化铝(AlN)1.5985 g，分析纯碳酸锰(MnCO₃) 0.1150 g，其中Mn²⁺离子的掺杂浓度为2.5%。在玛瑙乳钵中湿法充分研匀后，装入氮化硼坩埚中，压实，加盖后将坩埚放入到高温炉内，加热到1600℃，恒温3小时。随炉冷却后所得粉末样品的体色为近白色。经XRD鉴定，产物主相为氮化铝，同时含有若干种其它未明相组分。在紫外灯照射下，样品同时发出红色和绿色两种不同的发光颜色，其中红色发光部分有明显的红色发光，绿色发光部分没有长余辉发光现象。

以上实施例虽然对本发明作了进一步说明，但本发明的保护范围不限于实施例，本领域技术人员或者研究人员在本发明技术方案基础上进行的未脱离权利要求所述内容的各种变换均在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种锰离子激活红色长余辉发光材料，其特征在于材料组成为AlN:Mn²⁺，其中AlN为基质，Mn²⁺为激活离子。

2.根据权利要求1所述锰离子激活红色长余辉发光材料，其特征在于Mn²⁺掺杂量按摩尔百分比为0.1~10%。

3.根据权利要求2所述锰离子激活红色长余辉发光材料，其特征在于Mn²⁺掺杂量按摩尔百分比为2.5%。

4.根据权利要求1所述锰离子激活红色长余辉发光材料，其特征在于Mn²⁺以碳酸锰的形式掺杂。

5.权利要求1~4任一权利要求所述锰离子激活红色长余辉发光材料的制备方法，其特征在于以氮化铝和碳酸锰为原料，充分混合后置于氮化硼坩埚内，加盖，在氮气气氛下灼烧，冷却后即得锰离子激活红色长余辉发光材料。

6.根据权利要求5所述锰离子激活红色长余辉发光材料的制备方法，其特征在于所述氮化铝和碳酸锰为分析纯或高纯。

7.根据权利要求5所述锰离子激活红色长余辉发光材料的制备方法，其特征在于灼烧温度为1600℃~1750℃，灼烧时间为1~3小时。