WO2012083517A1 - 一种铟酸镓发光材料及其制备方法 - Google Patents

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gallium indium
solution
agent
preparing
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周明杰
刘军
马文波
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海洋王照明科技股份有限公司
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    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/87—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing platina group metals
    • C09K11/873—Chalcogenides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/62—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing gallium, indium or thallium
    • C09K11/621—Chalcogenides

Definitions

  • the present invention relates to the field of luminescent materials, and in particular to a gallium indium gallium silicate luminescent material doped with metal nanoparticles.
  • the invention also relates to a method for preparing a gallium indium luminescent material. Background technique
  • sulfide systems such as blue powder ZnS: Ag, Cl, SrGa 2 S 4 : Ce, green powder SrGa 2 S 4 : Eu and red powder Y 2 0 2 S: Eu
  • an oxide system such as blue powder Y 2 Si0 5 :Ce, green powder ZnGa 2 0 4 :Mn, Y 2 Si0 5 :Tb, Y 3 Al 5 0 12 :Tb and red powder Y 2 0 3 : Eu.
  • the sulfide series has a relatively high stability.
  • the oxide system not only has a lower conductivity than the sulfide series, but also needs to be improved in luminous intensity.
  • a surface of the luminescent material is coated with a conductive material such as ln 2 O 3 , SnO 2 , ZnO, etc., and a luminescent material having a certain conductivity is studied.
  • the present invention provides a gallium indium silicate luminescent material doped with metal nanoparticles having high conductivity and good chemical stability.
  • the chemical formula of the gallium indium luminescent material is: GaIn0 3 :zM; wherein M represents a metal nanoparticle, one or two selected from the group consisting of Ag, Au, Pt or Pd, and the range of ⁇ is 1 x 10 — 5 ⁇ ⁇ ⁇ 0.02.
  • Another object of the present invention is to provide a method for preparing the above gallium indium luminescent material, which is prepared as follows:
  • Step S1 adding a source compound of In and a source compound of Ga to a mixed solvent of water and ethanol in a volume ratio of 1:1 to 1:4 according to the stoichiometric ratio of the corresponding element in the general formula Galn0 3 a mixed solution containing In ions and Ga ions;
  • Step S2 adding a chelating agent and a crosslinking agent to the mixed solution prepared in the step S1, Chelating solution;
  • Step S3 adding the surface-treated M nanoparticle sol to the chelating solution prepared in step S2, heating and stirring in a water bath, followed by drying to obtain a precursor having a chemical formula of GaIn0 3 :zM; wherein, M Representing metal nanoparticles, one or two selected from the group consisting of Ag, Au, Pt or Pd, and the range of z is 1 x 10 - 5 ⁇ z ⁇ 0.02;
  • Step S4 the precursor obtained in the step S3 is subjected to calcination treatment, cooled, ground, and then subjected to calcination treatment, and then cooled and ground to obtain the gallium indium luminescent material having a chemical formula of GaIn0 3 :zM.
  • the source compound of In and the source compound of Ga are each a corresponding nitrate.
  • the chelating agent is citric acid monohydrate, and the molar amount of the chelating agent is added to the total metal ions (Ga ions and In ions, ie, trivalent Ga ions and trivalent In ions) in the mixed solution.
  • the ratio of the molar amount is 1:1 ⁇ 5:1;
  • the crosslinking agent is polyethylene glycol having a molecular weight of 2000-20000, and the ratio of the molar amount of the crosslinking agent added to the molar amount of Galn0 3 is 0 ⁇ 1:100.
  • the surface-treated M nanoparticle sol is obtained by the following steps:
  • Step S31 the source compound of the M is dissolved in water or a ratio of ethanol and water having a volume ratio of 1:7 to 4:1, and is prepared and diluted to a molar concentration of 2.4 x 10 - 4 ⁇ 3 x lO - 3 mol / a mixed solution of L containing M ions;
  • Step S32 sequentially adding an auxiliary agent and a reducing agent solution to the step S31, and stirring to obtain an M nanoparticle sol;
  • the auxiliary agent is polyvinylpyrrolidone, sodium citrate, cetyltridecyl bromide At least one of ammonium, sodium lauryl sulfate or sodium dodecyl sulfate; the auxiliary agent is added in an amount such that it is 1.5 10" 4 g in the finally obtained M nanoparticle sol.
  • the molar concentration of the reducing agent solution is lxl () - 3 mol / L ⁇ 1 lO" 2 mol / L;
  • the reducing agent in the reducing agent solution is hydrated Antimony, ascorbic acid or boron hydride At least one of sodium
  • the solvent in the reducing agent solution is water or ethanol in a volume ratio of 9: 1-1 : 1; the molar amount of the reducing agent added and the molar amount of M ions The ratio is 1.2:1 - 4.8:1 ;
  • Step S33 the M nanoparticle sol prepared in the step S32 is added to the solution containing the surface treatment agent, and stirred to obtain a surface-treated M nanoparticle sol; wherein the surface treatment agent is polyvinylpyrrolidone;
  • the treatment agent is added in an amount of 0.0002 g/mL to 0.1 g/mL.
  • the water bath heating and stirring process comprises: heating and stirring in a water bath at 60 to 90 ° C; the drying treatment process comprises: blast drying at 60 to 80 ° C, followed by 80 to: Dry in an oven at 150 °C.
  • the calcination treatment comprises: pre-firing treatment at 500 ° C to 900 ° C for 2 to 10 h; the calcination treatment comprises: calcination at 800 1300 ° C for 1 to 8 h.
  • the present invention has the following advantages:
  • the luminescent material GaIn0 3 :zM obtained by the present invention can increase the luminescent intensity of the luminescent material of the invention by more than 90% compared with the luminescent material Galn0 3 to which no metal ions are added;
  • the obtained luminescent material GaIn0 3 :zM does not require ball milling, has the advantages of good stability, uniform particle size, high luminous efficiency, etc., and can be used as a cathode ray excitation illuminating field in the field of field emission display or illumination;
  • the preparation method of the luminescent material of the invention is simple in operation, non-polluting, easy to control, low in equipment requirements, and advantageous for industrial production, and can be widely used in the field of preparation of luminescent materials.
  • FIG. 1 is a flow chart of a preparation process of a gallium indium silicate luminescent material according to the present invention
  • the present invention provides a gallium indium luminescent material having a chemical formula of: GaIn0 3 :zM; wherein M represents a metal nanoparticle selected from one or two of Ag, Au, Pt or Pd, z The value ranges from 1 ⁇ 10 to 5 ⁇ 0.02.
  • the invention also provides a preparation method of the above luminescent material; as shown in FIG. 1, the following steps are included: Step ⁇ , preparation of metal nanoparticle sol
  • auxiliary agent Dissolving the auxiliary agent in the above 1) solution under the condition of magnetic stirring, and making the auxiliary agent in the finally obtained M nanoparticle sol content of 1.5 ⁇ 10 ⁇ 4 g/mL ⁇ 2.1 ⁇ 10 ⁇ 3 g /mL;
  • auxiliary agent is polyvinylpyrrolidone (PVP), sodium citrate, cetyltrimethylammonium bromide, sodium lauryl sulfate or sodium dodecyl sulfate At least one type;
  • a surface treatment agent such as polyvinylpyrrolidone (PVP) is added to the M nanoparticle sol of the above 4), and stirred for 3 to 24 hours to prepare a Surface treatment agent treated M nanoparticle sol, spare; wherein, relative The surface treatment agent is added in an amount of 0.0002 g/mL to 0.1 g/mL in total volume.
  • PVP polyvinylpyrrolidone
  • Step B Preparation of GaIn0 3 :zM
  • the source compound of In and the source compound of Ga are added to a mixed solvent of water and ethanol in a volume ratio of 1:1 to 1:4, a mixed solution containing In ions and Ga ions; wherein, the source compound of In and the source compound of Ga are respectively corresponding nitrates;
  • the mixed solution prepared in 6) is sequentially added with a chelating agent, such as citric acid monohydrate and a crosslinking agent, such as polyethylene glycol having a molecular weight of 10,000, to obtain a chelating solution; wherein, the molar amount of the chelating agent is added.
  • a chelating agent such as citric acid monohydrate
  • a crosslinking agent such as polyethylene glycol having a molecular weight of 10,000
  • the precursor prepared in 8) is pre-fired at 500 ° C ⁇ 900 ° C for 2 ⁇ 10h, cooled, ground, and then calcined at 800 1300 ° C for l ⁇ 8h, cooled again, grinding,
  • the gallium indium luminescent material having a chemical formula of GaIn0 3 :zM was obtained.
  • the innovation of the present invention lies in: doping metal nanoparticles in the Galn0 3 luminescent material, and improving the luminescence intensity of the luminescent material by surface plasmon resonance generated on the surface of the metal particles.
  • SP Surface Plasmon
  • SPPs surface plasmon polaritons
  • the electromagnetic field induced by SPPs not only limits the propagation of light waves in the sub-wavelength size structure, but also generates and manipulates electromagnetic radiation from the optical frequency to the microwave band, achieving active control of light propagation, increasing the optical density of the luminescent material and Enhance its spontaneous emission rate. Moreover, using the coupling effect of surface plasmons, The internal quantum efficiency of the luminescent material can be greatly improved, thereby increasing the luminescent intensity of the luminescent material.
  • the molecular weight of the polyethylene glycol is from 2,000 to 20,000.
  • Example 1 Preparation of GaInO 3 by Sol-Gel Method : 2x l0 - 2 Au
  • chloroauric acid AuCl 3 'HCl' 43 ⁇ 40
  • chloroauric acid AuCl 3 'HCl' 43 ⁇ 40
  • 14 mg of sodium citrate and 6 mg of cetyltridecyl ammonium bromide were weighed.
  • chloroauric acid under magnetic stirring weigh 1.9 mg of sodium borohydride and 17.6 mg of ascorbic acid, respectively, and dissolve it into 10 mL of deionized water to obtain 10 mL of sodium borohydride at a concentration of 5 lO" 3 mol/L.
  • Aqueous solution and 10mL of lxl (T 2 mol / L aqueous solution of ascorbic acid; under magnetic stirring, first add 0.08mL of sodium borohydride aqueous solution to the aqueous chloroauric acid solution, stir the reaction for 5min, then add to the aqueous chloroauric acid solution 3.12mLl xl (T 2 mol / L aqueous solution of ascorbic acid, and then continue to react for 30min, that is, 20mL of Au content of 5x l (r 3 mol / L of Au nanoparticle sol; 2g of PVP, magnetic stirring for 8h, after surface treatment) Au nanoparticles.
  • the wet gel was dried overnight in a blast oven at 60 ° C, and dried at 110 ° C to obtain a precursor; the precursor was placed in a high temperature furnace, calcined at 500 ° C for 2 h, and cooled to room temperature. After grinding, it is placed in a high-temperature box furnace, calcined at 800 for 8 hours, naturally cooled, and then taken out.
  • the desired luminescent material GaInO 3 : 2xl0_ 2 Au.
  • the wet gel was dried overnight in a blast oven at 70 ° C, and dried at 120 ° C to obtain a precursor; the precursor was placed in a high temperature furnace, calcined at 800 ° C for 4 h, and cooled to room temperature. After grinding, it is placed in a high-temperature box furnace, calcined at 1000 for 3 hours, and naturally cooled. After removal, the desired luminescent material GaInO 3 : lxl0 - 3 Ag is obtained.
  • the wet gel was dried overnight in a blast oven at 80 ° C, and dried at 150 ° C to obtain a precursor; the precursor was placed in a high temperature furnace, calcined at 900 ° C for 10 h, and cooled to room temperature. After grinding, it is placed in a high-temperature box furnace, calcined at 1200 for 2 hours, and naturally cooled. After removal, the desired luminescent material GaInO 3 : lx l0_ 4 Pt is obtained.
  • Example 4 Preparation of GaInO 3 by Sol-Gel Method : lx l0 - 4 Pd
  • the wet gel was dried overnight in a blast oven at 80 ° C, and dried at 120 ° C to obtain a precursor; the precursor was placed in a high temperature furnace, calcined at 800 ° C for 4 h, and cooled to room temperature. After grinding, it is placed in a high-temperature box furnace, calcined at 1300 for 1 hour, and naturally cooled. After removal, the desired luminescent material GaInO 3 : lx l0_ 5 Pd is obtained.
  • Example 5 embodiment sol - gel method Preparation GaInO 3: 2x l0- 5 Pt / Au
  • the wet gel was dried overnight in a blast oven at 80 ° C, and then dried at 100 ° C to obtain a precursor; the precursor was placed in a high temperature furnace, calcined at 850 ° C for 5 h, and cooled to room temperature. After grinding, it is placed in a high-temperature box furnace, calcined at 1300 for 1 hour, and naturally cooled. After removal, the desired luminescent material Galn0 3 : 2 X 10 - 5 Pt/Au is obtained.
  • the wet gel was dried overnight in a blast oven at 75 ° C, and then dried at 80 ° C to obtain a precursor; the precursor was placed in a high temperature furnace, calcined at 600 ° C for 5 h, and cooled to room temperature. After grinding, it is placed in a high-temperature box furnace, calcined at 900 for 4 hours, and naturally cooled. After removal, the desired luminescent material GaInO 3 : 4x l0 - 4 Ag is obtained.
  • FIG. 2 is a comparison chart of luminescence spectra of a phosphor prepared in Example 6 of the present invention under a cathode ray excitation at an acceleration voltage of 7.0 Kv; wherein curve a is a metal nanoparticle GaInO 3 : 4 x 10" 4 Ag luminescent material added; Emission spectrum; curve b is the emission spectrum of the luminescent material Galn0 3.
  • Fig. 1 after the Ag metal is doped, the luminescence intensity of the luminescent material is increased by 85%; and the integrated area is increased by 97%.

Description

一种铟酸镓发光材料及其制备方法 技术领域
本发明涉及发光材料领域， 尤其涉及一种掺杂金属纳米粒子的铟酸镓 铟酸镓发光材料。 本发明还涉及一种铟酸镓发光材料的制备方法。 背景技术
目前， 商用的场发射激发用的发光材料主要有两类： 硫化物体系， 如 蓝粉 ZnS:Ag,Cl, SrGa2S4:Ce, 绿粉 SrGa2S4:Eu和红粉 Y202S:Eu, 和氧化物体 系， 如蓝粉 Y2Si05:Ce,绿粉 ZnGa204:Mn, Y2Si05:Tb,Y3Al5012:Tb和红粉 Y203:Eu。 但是， 硫化物系列具有较高的稳定性较差。 氧化物系不仅电导率 不如硫化物系列， 而且发光强度有待提高。 为了提高发光材料的导电性， 人们通过对发光材料的表面包覆导电物质， 如 ln203、 Sn02、 ZnO等， 以及 研究具有一定导电性能的发光材料。 发明内容
为了解决上述问题， 本发明提供一种导电性高、 化学稳定性好的掺杂 金属纳米粒子的铟酸镓发光材料。
该铟酸镓发光材料的化学通式为： GaIn03:zM; 其中， M表示金属纳米 粒子，选自 Ag、Au、Pt或 Pd中的一种或两种，ζ的取值范围为 1 x10— 5≤ζ≤0.02。
本发明的另一目的在于提供上述铟酸镓发光材料的制备方法， 其制备 流程如下：
步骤 Sl、 按照学通式 Galn03中相应元素的化学计量比， 将 In的源化 合物和 Ga的源化合物加入到体积比为 1 :1~1 :4的水和乙醇的混合溶剂中， 制得含 In离子和 Ga离子的混合溶液；
步骤 S2、 往步骤 S1 中制得的混合溶液中加入螯合剂和交联剂， 制得 螯合溶液；
步骤 S3、 往步骤 S2中制得的螯合溶液中加入经表面处理过的 M纳米 粒子溶胶， 并水浴加热搅拌， 随后干燥处理， 得到化学通式为 GaIn03:zM 的前驱体； 其中， M表示金属纳米粒子， 选自 Ag、 Au、 Pt或 Pd中的一种 或两种， z的取值范围为 1 x 10— 5≤z≤0.02 ;
步骤 S4、 将步骤 S3中制得的前驱体经预烧处理， 冷却、 研磨， 接着经 过煅烧处理， 再次冷却、 研磨， 制得化学通式为 GaIn03:zM的所述铟酸镓 发光材料。
上述制备方法的步骤 S1中， 所述 In的源化合物和 Ga的源化合物分别 为各自对应的硝酸盐。
上述制备方法的步骤 S2中， 所述螯合剂为一水合柠檬酸， 所述螯合剂 的加入摩尔量与混合溶液中总金属离子 （Ga离子和 In离子， 即三价 Ga离 子和三价 In 离子） 的摩尔量之比为 1:1 ~ 5:1； 所述交联剂为分子量为 2000-20000的聚乙二醇，所述交联剂加入的摩尔量与 Galn03的摩尔量之比 为 0~1 :100。
上述制备方法的步骤 S3 中， 所述经表面处理过的 M纳米粒子溶胶是 釆用如下步骤制得：
步骤 S31、称取 M的源化合物溶解到水或体积比为 1 :7~4:1的乙醇和水 的中， 配制及稀释成摩尔浓度为 2.4x lO-4~3 x lO-3mol/L的含 M离子的混合 溶液；
步骤 S32、 往步骤 S31 中依次加入助剂和还原剂溶液， 搅拌， 得到 M 纳米粒子溶胶； 其中， 所述助剂为聚乙烯砒咯烷酮、 柠檬酸钠、 十六烷基 三曱基溴化铵、 十二烷基硫酸钠或十二烷基磺酸钠中的至少一种； 所述助 剂的加入量使其能在最终得到的 M 纳米粒子溶胶中的含量为 1.5 10"4g/mL ~ 2.1 l 0"3g/mL； 所述还原剂溶液的摩尔浓度为 l x l()-3mol/L ~ 1 lO"2mol/L; 所述还原剂溶液中的还原剂物质为水合肼、 抗坏血酸或硼氢 化钠中的至少一种， 所述还原剂溶液中的溶剂为水或体积比为 9: 1-1 : 1 的水和乙醇； 所述还原剂物质的加入摩尔量与 M 离子的摩尔量之比为 1.2:1 - 4.8:1 ;
步骤 S33、 将步骤 S32制得的 M纳米粒子溶胶加入含表面处理剂的溶 液中， 搅拌， 制得表面处理过的 M纳米粒子溶胶； 其中， 所述表面处理剂 为聚乙烯吡咯烷酮； 所述表面处理剂的加入量为 0.0002 g/mL ~0.1g/mL。
上述制备方法的步骤 S3 中， 所述水浴加热搅拌过程包括： 60~90°C下 水浴加热搅拌； 所述干燥处理过程包括： 先于 60~80°C下鼓风干燥， 随后于 80〜： 150 °C烘箱干燥。
上述制备方法的步骤 S4 中， 所述预烧处理包括： 500°C~900°C下预烧 处理 2~10h; 所述煅烧处理包括： 800 1300 °C下煅烧处理 l~8h。 与现有技术相比， 本发明具有如下优点：
1、 本发明所得到的发光材料 GaIn03:zM与未加入金属离子的发光材料 Galn03相比， 本发明的发光材料发光强度可以提高 90%以上；
2、 所得到的发光材料 GaIn03:zM不需要球磨， 具有稳定性好、 粒度均 匀、 发光效率高等优点， 可以作为阴极射线激发发光应用于场发射显示或 照明领域；
3、 本发明的发光材料制备方法操作简单， 无污染， 易于控制， 设备要 求低， 利于工业化生产， 可广泛应用于发光材料的制备领域中。 附图说明
图 1为本发明铟酸镓发光材料的制备工艺流程图；
图 2是本发明实施例 6制备的荧光粉在加速电压为 7.0Kv下的阴极射 线激发下的发光光谱对比图； 其中， 曲线 a 是添加金属纳米粒子 GaInO3:4x l0"4 Ag发光材料的发射光谱； 曲线 b是发光材料 Galn03的发射 光谱。 具体实施例
本发明提供的一种铟酸镓发光材料，其化学通式为： GaIn03:zM; 其中， M表示金属纳米粒子， 选自 Ag、 Au、 Pt或 Pd中的一种或两种， z的取值 范围为 1χ10-5≤ζ≤0.02。
本发明还提供上述发光材料的制备方法； 如图 1所示， 包括如下步骤： 步骤 Α, 金属纳米粒子溶胶的制备
1 )称取 Μ的源化合物溶解到水或体积比为 1:7~4:1的乙醇和水的中， 配制及稀释成摩尔浓度为 2.4xlO-4~3xlO-3mol/L的含 M离子的混合溶液； 其中， M表示金属纳米粒子， 选自 Ag、 Au、 Pt或 Pd中的一种或两种， M 的源化合物为硝酸银、 氯金酸、 氯铂酸、 氯化钯中一种或两种；
2)在磁力搅拌的状态下， 将助剂溶解到上述 1 )溶液中， 并使助剂能 在最终得到的 M纳米粒子溶胶中的含量为 1.5xlO-4g/mL~2.1xlO-3g/mL;其 中， 所述助剂为聚乙烯砒咯烷酮 （PVP)、 柠檬酸钠、 十六烷基三曱基溴化 铵、 十二烷基硫酸钠或十二烷基磺酸钠中的至少一种；
3)称取还原剂物质溶解到水或体积比为 9:1~1:1 的水和乙醇的混合溶 剂中， 配制成浓度范围为 lxlO-3mol/L ~ Ixl0"2mol/L的还原剂溶液； 其中， 所述还原剂物质为水合肼、 抗坏血酸或硼氢化钠中的至少一种；
4)在磁力搅拌的环境下， 按还原剂与 M离子的摩尔量之比为 1.2:1 ~ 4.8:1 的比例， 往上述 2 )所得到的含助剂的 M纳米粒子溶胶溶液中加入上 述 3)得到的还原剂溶液， 搅拌， 使整个体系反应 10min~45min后即得到 M纳米粒子溶胶；
5 )根据 4 )制备的 M纳米溶胶的总体积数， 称取表面处理剂， 如聚乙 烯吡咯烷酮 （PVP) 的溶液加入上述 4) 的 M纳米粒子溶胶中， 搅拌处理 3~24h, 制得经表面处理剂处理过的 M纳米粒子溶胶， 备用； 其中， 相对 于总体积数， 该表面处理剂的加入量为 0.0002 g/mL ~0.1g/mL。
步骤 B、 GaIn03:zM的制备
6)、 按照学通式 Galn03中各元素的化学计量比， 将 In的源化合物和 Ga的源化合物加入到体积比为 1 : 1~1 :4的水和乙醇的混合溶剂中， 制得含 In离子和 Ga离子的混合溶液； 其中， 所述 In的源化合物和 Ga的源化合物 分别为各自对应的硝酸盐；
7)、 往 6)中制得的混合溶液依次加入螯合剂， 如一水合柠檬酸和交联 剂， 如分子量为 10000 的聚乙二醇， 制得螯合溶液； 其中， 螯合剂的加入 摩尔量与混合溶液中总金属离子（三价 Ga离子 -Ga3+,和三价 In离子 -In3+ ) 的摩尔量之比为 1 : 1 ~ 5: 1； 交联剂加入的摩尔量与 Galn03的摩尔量之比为 0~1 :100。
8)、 往 7)中制得的螯合溶液中加入 5)中制得的经表面处理过的 M纳米 粒子溶胶，并于 60~90°C下水浴加热搅拌 2~6h, 随后于 60~80°C下鼓风以及 于 80~150°C烘箱干燥处理， 得到 GaIn03:zM前驱体；
9)、 将 8)中制得的前驱体经 500°C~900°C下预烧处理 2~10h, 冷却、 研 磨， 再于 800 1300 °C下煅烧处理 l~8h, 再次冷却、 研磨， 制得化学通式为 GaIn03:zM的所述铟酸镓发光材料。
本发明的创新点在于： 在 Galn03发光材料中掺杂金属纳米粒子， 通过 金属粒子表面产生的表面等离子体共振来提高发光材料的发光强度。 这是 因为表面等离子体（ Surface Plasmon, SP )是一种沿金属和介质界面传播的 波， 其振幅随离开界面的距离而指数衰减。 当在发光材料表面粘附金属粒 子时， 表面等离子体激元（ Surface plasmon polaritons, SPPs) 的性质、 色散 关系、 激发模式、 耦合效应等都将产生重大的变化。 SPPs引发的电磁场， 不仅仅能够限制光波在亚波长尺寸结构中传播， 而且能够产生和操控从光 频到微波波段的电磁辐射， 实现对光传播的主动操控， 增大发光材料的光 学态密度和增强其自发辐射速率。 而且， 利用表面等离子体的耦合效应， 可大大提高发光材料的内量子效率， 从而提高发光材料的发光强度。 下面结合附图， 对本发明的较佳实施例作进一步详细说明。
以下实施例中， 聚乙二醇的分子量为 2000~20000。 实施例 1 溶胶 -凝胶法制备 GaInO3:2x l0—2 Au
Au纳米颗粒溶胶的制备
称取 20.6mg氯金酸（ AuCl3'HCl'4¾0 )溶解到 16.8mL的去离子水中； 当氯金酸完全溶解后， 称取 14mg柠檬酸钠和 6mg十六烷基三曱基溴化铵， 并在磁力搅拌的环境下溶解到氯金酸水溶液中； 称取 1.9mg硼氢化钠和 17.6mg 抗坏血酸分别溶解到 10mL 去离子水中， 得到 10mL 浓度为 5 lO"3mol/L的硼氢化钠水溶液和 10mL浓度为 l x l(T2mol/L的抗坏血酸水溶 液； 在磁力搅拌的环境下， 先往氯金酸水溶液中加入 0.08mL硼氢化钠水溶 液， 搅拌反应 5min后再往氯金酸水溶液中加入 3.12mLl x l(T2mol/L的抗坏 血酸水溶液， 之后继续反应 30min, 即得 20mLAu含量为 5x l(r3mol/L的 Au纳米颗粒溶胶； 加入 2gPVP, 磁力搅拌 8h, 得经表面处理后的 Au纳米 颗粒。
GaInO3:2x l0—2 Au的制备
取 5.0ml lmol/L的 In(N03)3、 5ml 1 mol/L的 Ga(N03)3溶液于烧杯中， 加入 5ml水和 15ml乙醇溶液，将含有 2.1012g一水合柠檬酸的 10ml水 -10ml 乙醇混合溶液加入到上述溶液中； 然后滴加 20mL 上述经处理过的 5x lO"3mol/L的 Au纳米颗粒溶胶； 将获得的溶液置于 60°C的水浴中加热搅 拌直至形成湿凝胶。
将湿凝胶在 60°C的鼓风干燥箱中干燥一夜， 再在 110°C干燥完全， 得 到前躯体； 将前驱体置于高温炉中， 在 500°C下预烧 2h, 冷却至室温， 研 磨后再将其置于高温箱式炉中， 在 800下煅烧 8h, 自然冷却， 取出后即得 所需发光材料 GaInO3:2xl0_2 Au。 实施例 2 溶胶 -凝胶法制备 GaInO3:lxl0-3 Ag
Ag纳米颗粒溶胶的制备
称取 3.40mg硝酸银 ( AgN03 )溶解到 2.3ml乙醇和 16.1ml去离子水中； 当硝酸银完全溶解后，称取 42mg柠檬酸钠在磁力搅拌的环境下溶解到硝酸 银水溶液中； 称取 5.7mg硼氢化钠溶到 9mL去离子水和 1ml乙醇中， 得到 lOmL浓度为 1.5xlO-2mol/L的硼氢化钠水溶液； 在磁力搅拌的环境下， 往 硝酸银水溶液中一次性加入 1.6mL1.5xlO"2mol/L 的硼氢化钠水溶液， 之后 继续反应 lOmin, 即得 20mL银含量为 lxlO—3mol/L的 Ag纳米颗粒溶胶； 加入 4mgPVP, 并磁力搅拌 12h, 得经表面处理后的 Ag纳米颗粒。
GaInO3:l l0"3 Ag的制备
取 5.0ml lmol/L的 In(N03)3、 5ml 1 mol/L的 Ga(N03)3溶液于烧杯中， 加入 5ml水和 30ml乙醇溶液； 将含有 4.2028g一水合柠檬酸（金属离子物 质的量的 2倍） 的 10ml水 -20ml乙醇混合溶液加入到上述溶液中； 再加入 0.5g的聚乙二醇（分子量为 10000) , 溶解完全。 然后滴加 5mL上述经处 理过的 lxl0-3mol/L的 Ag纳米颗粒溶胶于烧杯中； 将获得的溶液置于 70°C 的水浴中加热搅拌直至形成湿凝胶。
将湿凝胶在 70°C的鼓风干燥箱中干燥一夜， 再在 120°C干燥完全， 得到 前躯体； 将前驱体置于高温炉中， 在 800°C下预烧 4h, 冷却至室温， 研磨 后再将其置于高温箱式炉中， 在 1000下煅烧 3h, 自然冷却， 取出后即得所 需发光材料 GaInO3:lxl0-3 Ag。 实施例 3 溶胶 -凝胶法制备 GaIn03:lxl(r4 Pt
Pt纳米颗粒溶胶的制备
称取 5.18mg氯铂酸（ ¾PtCl6'6¾0 )溶解到 13.6ml乙醇和 3.4mL的去 离子水中； 当氯铂酸完全溶解后， 称取 8.0mg柠檬酸钠和 12.0mg十二烷基 磺酸钠， 并在磁力搅拌的环境下溶解到氯铂酸水溶液中； 称取 0.38mg硼氢 化钠溶解到 5ml 乙醇和 5mL去离子水中， 得到 10mL浓度为 l x l(r3mol/L 的硼氢化钠水溶液， 同样配制 10mL浓度为 I x l0_2mol/L的水合肼溶液； 磁 力搅拌的环境下， 先往氯铂酸水溶液中滴加 0.4mL硼氢化钠水溶液， 搅拌 反应 5min,然后再往氯铂酸水溶液中滴加 2.6mLl x l(T2mol/L的水合肼溶液， 之后继续反应 40min,即得 20mLPt含量为 5x l(r4mol/L的 Pt纳米颗粒溶胶； 加入 20mg PVP, 磁力搅拌 12h, 得经表面处理后的 Pt纳米颗粒。
GaIn03:l x lO— 4 Pt的制备
取 5.0ml lmol/L的 In(N03)3、 5ml 1 mol/L的 Ga(N03)3溶液于烧杯中， 加入 5ml水和 60ml乙醇溶液； 将含有 6.3042g一水合柠檬酸（金属离子物 质的量的 3倍）的 10ml水 -40ml乙醇混合溶液加入到上述溶液中；再加 1.5g 聚乙二醇（分子量为 20000 ) , 溶解完全。 然后滴加上述经处理过的 lmL
5x lO_4mol/L的 Pt纳米颗粒溶胶于烧杯中；将获得的溶液置于 80°C的水浴中 加热搅拌直至形成湿凝胶。
将湿凝胶在 80°C的鼓风干燥箱中干燥一夜， 再在 150°C干燥完全， 得到 前躯体； 将前驱体置于高温炉中， 在 900°C下预烧 10h, 冷却至室温， 研磨 后再将其置于高温箱式炉中， 在 1200下煅烧 2h, 自然冷却， 取出后即得所 需发光材料 GaInO3:l x l0_4 Pt。 实施例 4 溶胶 -凝胶法制备 GaInO3:l x l0-4Pd
Pd纳米颗粒溶胶的制备
称取 0.43mg氯化钯（PdCl2'2¾0 )溶解到 3.5mL乙醇和 5ml去离子水 中； 当氯化钯完全溶解后，称取 ll .Omg柠檬酸钠和 4.0mg十二烷基硫酸钠， 并在磁力搅拌的环境下溶解到氯化钯水溶液中； 称取 3.8mg硼氢化钠溶到 8mL去离子水和 2ml乙醇中， 得到浓度为 1 χ l(r2mol/L的硼氢化钠还原液； 在磁力搅拌的环境下，往氯化钯水溶液中快速加入 0.48mLl x lO-2mol/L的硼 氢化钠水溶液， 之后继续反应 20min, 即得 20mLPd含量为 I x l0_4mol/L的 Pd纳米颗粒溶胶； 加入 lOmgPVP, 并磁力搅拌 8h, 得经表面处理后的 Pd 纳米颗粒。
GaIn03: l x l(r4Pd的制备
取 5.0ml lmol/L的 In(N03)3、 5ml 1 mol/L的 Ga(N03)3溶液于烧杯中， 加入 5ml水和 20ml乙醇溶液； 将含有 8.4056g一水合柠檬酸（金属离子物 质的量的 4倍） 的 10ml水 -20ml乙醇混合溶液加入到上述溶液中； 再加入 3g聚乙二醇（分子量为 6000 ) ,溶解完全。然后滴加上述经处理过的 0.5mL I x l0_4mol/L的 Pd纳米颗粒溶胶于烧杯中； 将获得的溶液置于 90 °C的水浴 中加热搅拌直至形成湿凝胶。
将湿凝胶在 80°C的鼓风干燥箱中干燥一夜， 再在 120 °C干燥完全， 得到 前躯体； 将前驱体置于高温炉中， 在 800°C下预烧 4h, 冷却至室温， 研磨 后再将其置于高温箱式炉中， 在 1300下煅烧 lh, 自然冷却， 取出后即得所 需发光材料 GaInO3: l x l0_5 Pd。 实施例 5 溶胶 -凝胶法制备 GaInO3:2x l0—5Pt/Au
Pt/Au纳米颗粒溶胶的制备
称取 10.7mg 氯金酸 （ AuCl3'HC14¾0 ) 和 13.56mg 氯铂酸 ( H2PtCl6-6H20 )溶解到 28mL的去离子水中； 当完全溶解后， 称取 22mg 柠檬酸钠和 20mgPVP, 并在磁力搅拌的环境下溶解到上述混合溶液中； 称 取新制备的 5.7mg硼氢化钠溶到 10mL去离子水中， 得到 10mL 浓度为 1.5 lO"2mol/L 的硼氢化钠水溶液； 在磁力搅拌的环境下， 往上述混合溶液 中一次性加入 4mL1.5x l(T2mol/L的硼氢化钠水溶液， 之后继续反应 20min, 即得 30mL 总金属浓度为 1.7x lO-3mol/L 的 Pt/Au纳米颗粒溶胶； 之后往 Pt/Au纳米颗粒溶胶中加入 lOOmgP VP, 并磁力搅拌 6h, 得经表面处理后的 Pt/Au纳米颗粒。
Galn03:2 10"5Pt/Au的制备
取 5.0ml lmol/L的 In(N03)3、 5ml 1 mol/L的 Ga(N03)3溶液于烧杯中， 加入 5ml水和 20ml乙醇溶液； 将含有 10.507g一水合柠檬酸（金属离子物 质的量的 5倍） 的 10ml水 -20ml乙醇混合溶液加入到上述溶液中； 再加入 2.5g的聚乙二醇（分子量为 2000 ) , 溶解完全。 然后滴加上述经处理过的 0.06mL 1.7 x lO-3mol/L的 Pt/Au纳米颗粒溶胶于烧杯中； 将获得的溶液置于 80°C的水浴中加热搅拌直至形成湿凝胶。
将湿凝胶在 80 °C的鼓风干燥箱中干燥一夜， 再在 100°C干燥完全， 得到 前躯体； 将前驱体置于高温炉中， 在 850°C下预烧 5h, 冷却至室温， 研磨后 再将其置于高温箱式炉中， 在 1300下煅烧 lh, 自然冷却， 取出后即得所需 发光材料 Galn03 :2 X 10—5Pt/Au。 实施例 6 溶胶 -凝胶法制备 GaInO3:4x l 0—4 Ag
Ag纳米颗粒溶胶的制备
称取 3.40mg硝酸银 ( AgN03 )溶解到 18.4mL的去离子水中； 当硝酸银 完全溶解后，称取 42mg柠檬酸钠在磁力搅拌的环境下溶解到硝酸银水溶液 中； 称取 5.7mg 硼氢化钠溶到 10mL 去离子水中， 得到 10mL 浓度为 1.5 lO"2mol/L 的硼氢化钠水溶液； 在磁力搅拌的环境下， 往硝酸银水溶液 中一次性加入 1.6mL1.5 x lO"2mol/L的硼氢化钠水溶液，之后继续反应 lOmin, 即得 20mL银含量为 l x l0-3mol/L的 Ag纳米颗粒溶胶； 加入 4mgPVP, 并 磁力搅拌 12h, 得经表面处理后的 Ag纳米颗粒。
Galn03:4x 10—4 Ag的制备
取 5.0ml lmol/L的 In(N03)3、 5ml 1 mol/L的 Ga(N03)3溶液于烧杯中， 加入 5ml水和 20ml乙醇溶液； 将含有 4.2028g一水合柠檬酸（金属离子物 质的量的 2倍） 的 10ml水 -20ml乙醇混合溶液加入到上述溶液中； 再加入 2g聚乙二醇（分子量为 10000 ) ,溶解完全。然后滴加上述经处理过的 2 mL I x l0_3mol/L的 Ag纳米颗粒溶胶于烧杯中； 将获得的溶液置于 75°C的水浴 中加热搅拌直至形成湿凝胶。
将湿凝胶在 75°C的鼓风干燥箱中干燥一夜， 再在 80°C干燥完全， 得到 前躯体； 将前驱体置于高温炉中， 在 600°C下预烧 5h, 冷却至室温， 研磨 后再将其置于高温箱式炉中， 在 900下煅烧 4h, 自然冷却， 取出后即得所 需发光材料 GaInO3:4x l0—4 Ag。
图 2是本发明实施例 6制备的荧光粉在加速电压为 7.0Kv下的阴极射 线激发下的发光光谱对比图； 其中， 曲线 a 是添加金属纳米粒子 GaInO3:4x l0"4 Ag发光材料的发射光谱； 曲线 b是发光材料 Galn03的发射 光谱。 由图 1可见， 掺杂 Ag金属后， 发光材料的发光强度上看提高 85%; 从积分面积上看提高 97%。
应当理解的是， 上述针对本发明较佳实施例的表述较为详细， 并不能 因此而认为是对本发明专利保护范围的限制， 本发明的专利保护范围应以 所附权利要求为准。

Claims

权利要求书
1、 一种铟酸镓发光材料， 其特征在于， 该发光材料的化学通式为： GaIn03:zM; 其中， M表示金属纳米粒子， 选自 Ag、 Au、 Pt或 Pd中的一 种或两种， z的取值范围为 1 χ 10_5≤ζ≤0.02。
2、 一种铟酸镓发光材料的制备方法， 其特征在于， 包括如下步骤： 步骤 Sl、 按照学通式 Galn03中相应元素的化学计量比， 将 In的源化 合物和 Ga的源化合物加入到水和乙醇的混合溶剂中， 制得含 In离子和 Ga 离子的混合溶液；
步骤 S2、 往步骤 S1 中制得的混合溶液中加入螯合剂和交联剂， 制得 螯合溶液；
步骤 S3、 往步骤 S2中制得的螯合溶液中加入经表面处理过的 M纳米 粒子溶胶， 并水浴加热搅拌， 随后干燥处理， 得到化学通式为 GaIn03:zM 的前驱体； 其中， M表示金属纳米粒子， 选自 Ag、 Au、 Pt或 Pd中的一种 或两种， z的取值范围为 1 x 10— 5≤z≤0.02;
步骤 S4、 将步骤 S3 中制得的前驱体经预烧处理， 冷却、 研磨， 接着 经过煅烧处理， 再次冷却、 研磨， 制得化学通式为 GaIn03:zM的所述铟酸 镓发光材料。
3、 根据权利要求 2所述的铟酸镓发光材料的制备方法，其特征在于， 所述步骤 S1中， 所述 In的源化合物和 Ga的源化合物分别为各自对应的硝 酸盐。
4、 据权利要求 2所述的铟酸镓发光材料的制备方法， 其特征在于， 所述步骤 S2中， 所述螯合剂为一水合柠檬酸， 所述螯合剂的加入摩尔量与 混合溶液中总金属离子 （Ga离子和 In离子） 的摩尔量之比为 1 :1 ~ 5:1。
5、 据权利要求 2或 4所述的铟酸镓发光材料的制备方法， 其特征在 于， 所述步骤 S2中， 所述交联剂为分子量为 2000~20000的聚乙二醇， 所 述交联剂加入的摩尔量与 Galn03的摩尔量之比为 0~1 :100。
6、 根据权利要求 2所述的铟酸镓发光材料的制备方法，其特征在于， 所述步骤 S3 中， 所述经表面处理过的 M纳米粒子溶胶是釆用如下步骤制 付：
步骤 S31、称取 Μ的源化合物溶解到水或体积比为 1 :7~4:1的乙醇和水 的中， 配制及稀释成摩尔浓度为 2.4xlO-4~3xlO-3mol/L的含 M离子的混合 溶液；
步骤 S32、 往步骤 S31 中依次加入助剂和还原剂溶液， 搅拌， 得到 M 纳米粒子溶胶；
步骤 S33、 将步骤 S32制得的 M纳米粒子溶胶加入含表面处理剂的溶 液中， 搅拌， 制得表面处理过的 M纳米粒子溶胶。
7、 根据权利要求 6所述的铟酸镓发光材料的制备方法，其特征在于， 所述步骤 S32中，
所述助剂为聚乙烯砒咯烷酮、 柠檬酸钠、 十六烷基三曱基溴化铵、 十 二烷基硫酸钠或十二烷基磺酸钠中的至少一种； 所述助剂的加入量使其能 在最终得到的 M纳米粒子溶胶中的含量为 1.5xlO_4g/mL ~ 2.1 xlO_3g/mL;
所述还原剂溶液的摩尔浓度为 1 X 10"3mol/L - l xl 0"2mol/L； 所述还原剂 溶液中的还原剂物质为水合肼、 抗坏血酸或硼氢化钠中的至少一种， 所述 还原剂溶液中的溶剂为水或水和乙醇的混合溶剂； 所述还原剂物质的加入 摩尔量与 M离子的摩尔量之比为 1.2:1 ~ 4.8:1。
8、 根据权利要求 6所述的铟酸镓发光材料的制备方法，其特征在于， 所述步骤 S33 中， 所述表面处理剂为聚乙烯吡咯烷酮； 所述表面处理剂的 加入量为 0.0002 g/mL ~0.1g/mL 。
9、 根据权利要求 2所述的铟酸镓发光材料的制备方法，其特征在于， 所述步骤 S3 中， 所述水浴加热搅拌过程包括： 60~90°C下水浴加热搅拌； 所述干燥处理过程包括： 先于 60~80°C下鼓风干燥， 随后于 80~150°C烘箱 干燥。
10、 根据权利要求 2所述的铟酸镓发光材料的制备方法，其特征在于， 所述步骤 S4中， 所述预烧处理包括： 500°C~900°C下预烧处理 2~10h; 所述 煅烧处理包括： 800 1300 °C下煅烧处理 l~8h。
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