一种闪烁陶瓷粉体@氧化硅气凝胶复合发光材料的制备及应用

本发明属于氧化硅气凝胶制备，更具体地说，本发明涉及一种闪烁陶瓷粉体@氧化硅气凝胶复合发光材料的制备及应用。

背景技术：

1、以发光二极管(led)为代表的固态照明器件，在家庭照明、植物照明、汽车照明等领域发挥着重要作用。然而，传统的led芯片元件受限于俄歇复合，因此存在严重的光衰和照明光色不稳定的问题，极大地限制了它在超高亮度和超大功率照明及显示场景的应用。因此，基于激光二极管(ld)的激光照明受到大家关注，并在深海照明、汽车照明、医用照明等特种照明领域展现出广阔的市场应用潜力。一方面，激光元件体积小，更加利于生产，更加省电。另一方面，激光激发荧光粉的效率高，不存在“效率滚降”现象。但目前通过蓝光ld芯片或近紫外ld芯片远程激发荧光材料获得白光的方式受发光饱和以及光提取的影响，使得发光效率与颜色稳定性的提升受到限制。

技术实现思路

1、本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

2、为了实现本发明的这些目的和其它优点，提供了一种闪烁陶瓷粉体@氧化硅气凝胶复合发光材料的制备方法，包括以下步骤：

3、步骤一、将hno3溶液加热，再将稀土氧化物tb4o7加入到hno3溶液中，混合搅拌反应至得到无色透明溶液；

4、步骤二、将溶液挥干，再加入去离子水溶解，重复2～4次，去除过量hno3，直至溶液ph呈中性，然后将al(no3)3·9h2o、gd(no3)3·6h2o、ce(no3)3·6h2o以及柠檬酸加入溶液中并搅拌，反应，得到淡黄色凝胶；

5、步骤三、将淡黄色凝胶干燥、研磨成粉末，高温烧结，得到闪烁陶瓷粉体；

6、步骤四、将正硅酸乙酯、去离子水和乙醇混合搅拌，加入闪烁陶瓷粉体，继续搅拌，加入氨水催化，持续搅拌，待接近凝胶状态时转移至适当模具中，形成湿凝胶，用乙醇浸泡，再使用乙醇超临界干燥，得到闪烁陶瓷粉体@氧化硅气凝胶复合发光材料。

7、优选的是，所述步骤一中，hno3溶液的体积分数为40～60％，加热至80～100℃。

8、优选的是，所述步骤一中，hno3溶液与tb4o7的体积质量比为20ml:0.6～0.8g；混合搅拌反应0.5～1.5h。

9、优选的是，所述步骤二中，al(no3)3·9h2o、gd(no3)3·6h2o、ce(no3)3·6h2o、柠檬酸与步骤一中的tb4o7的摩尔比为18～22:6～10:0.05～0.15:30～36:0.8～1.0。

10、优选的是，所述步骤二中，搅拌0.5～1.5h；反应为在70～90℃下反应3～4h。

11、优选的是，所述步骤三中，干燥温度为130～170℃；高温烧结的具体方法为：以5～15℃/min的升温速率升温至550～650℃保温0.5～1.5h，再升温至1400～1600℃保温2～4h。

12、优选的是，所述步骤四中，氨水的浓度为1.5～2.5mol/l；正硅酸乙酯、去离子水、乙醇和氨水的体积比为1:1:4:0.2～0.3。

13、优选的是，所述步骤四中，闪烁陶瓷粉体的加入量为正硅酸乙酯和闪烁陶瓷粉体总质量的5％～20％，其中正硅酸乙酯的质量＝v正硅酸乙酯*0.51，v正硅酸乙酯为正硅酸乙酯的体积(ml)。

14、优选的是，所述步骤四中，混合搅拌20～40min；继续搅拌0.5～1.5h；乙醇浸泡20～28h。

15、优选的是，所述步骤三中，还包括在高温烧结前，对凝胶进行预处理，预处理的具体方法为：将eu2o3溶于硝酸溶液中，再将淡黄色凝胶切割成立方块加入到溶液中，搅拌2～5min，取出立方块烘干，置于超声波悬浮装置中，在真空条件下，打开超声驻波发生器，使立方块稳定悬浮，打开高频感应加热器，加热处理10～30min后，取出立方块经去离子水洗涤3～5次、干燥，研磨成粉末。

16、优选的是，所述eu2o3与步骤一中的tb4o7的摩尔比为0.01～0.1:0.8～1.0；所述硝酸溶液的体积分数为5～15％；所述eu2o3与硝酸溶液的质量体积比为0.03～0.05g:100～150ml；所述立方块的尺寸为3～5mm*3～5mm*3～5mm；所述真空为10-1～10pa；所述加热处理的温度为500～700℃。

17、一种如上所述的制备方法制备的闪烁陶瓷粉体@氧化硅气凝胶复合发光材料在激光照明中的应用。

18、本发明至少包括以下有益效果：

19、(1)本发明提供了一种以正硅酸乙酯为硅源，闪烁陶瓷粉体为发光基质，制备用于激光照明的闪烁陶瓷粉体@氧化硅气凝胶复合发光材料的方法，其优势在于能够提高发光材料的热稳定性，避免由热猝灭效应导致的发光强度衰减；氧化硅气凝胶颗粒作为散射中心，可避免激光直接穿透荧光材料，提高光致转换效率，可避免在激光入射界面的反射损耗以及转换光在出射界面的全反射损耗。

20、(2)本发明采用溶胶-凝胶法制备具有良好发光性能的闪烁陶瓷粉体，其中gd(no3)3·6h2o以及ce(no3)3·6h2o的选用使得荧光发射峰处于黄光区，材料呈现黄色发光更适用于激光照明领域中由蓝色激光与黄光混合最终合成白光的方式，能够实现更加高效的发光；此外，gd(no3)3·6h2o以及ce(no3)3·6h2o的选用提高了材料发光的内量子产率，减少了转换光在传输过程中的损失，这对于激光照明器件的应用具有重要帮助，不仅有利于提高激光照明器件的照明稳定性，还可以实现激光照明器件的节能环保特性。

21、(3)本发明还在高温烧结前，将凝胶浸入eu2o3的硝酸溶液中，在凝胶表面包覆eu，改善其表面缺陷，后续经过热处理，部分eu通过热扩散和超声波作用进入材料内部，改善其微观结构，进一步提高材料的内量子产率，此外，采用超声波悬浮加热，加热更均匀，加热效率更高，且无污染，得到的材料更纯净。

22、(4)本发明制备的闪烁陶瓷粉体@氧化硅气凝胶复合发光材料具有良好的发光性能以及发光热稳定性，内量子产率高，可应用于节能环保、激光照明等军民两用领域。

23、本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

技术特征：

1.一种闪烁陶瓷粉体@氧化硅气凝胶复合发光材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种闪烁陶瓷粉体@氧化硅气凝胶复合发光材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，hno3溶液的体积分数为40～60％，加热至80～100℃。

3.如权利要求1所述的一种闪烁陶瓷粉体@氧化硅气凝胶复合发光材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，hno3溶液与tb4o7的体积质量比为20ml:0.6～0.8g；混合搅拌反应0.5～1.5h。

4.如权利要求1所述的一种闪烁陶瓷粉体@氧化硅气凝胶复合发光材料的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，al(no3)3·9h2o、gd(no3)3·6h2o、ce(no3)3·6h2o、柠檬酸与步骤一中的tb4o7的摩尔比为18～22:6～10:0.05～0.15:30～36:0.8～1.0。

5.如权利要求1所述的一种闪烁陶瓷粉体@氧化硅气凝胶复合发光材料的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，搅拌0.5～1.5h；反应为在70～90℃下反应3～4h。

6.如权利要求1所述的一种闪烁陶瓷粉体@氧化硅气凝胶复合发光材料的制备方法，其特征在于，所述步骤三中，干燥温度为130～170℃；高温烧结的具体方法为：以5～15℃/min的升温速率升温至550～650℃保温0.5～1.5h，再升温至1400～1600℃保温2～4h。

7.如权利要求1所述的一种闪烁陶瓷粉体@氧化硅气凝胶复合发光材料的制备方法，其特征在于，所述步骤四中，氨水的浓度为1.5～2.5mol/l；正硅酸乙酯、去离子水、乙醇和氨水的体积比为1:1:4:0.2～0.3。

8.如权利要求1所述的一种闪烁陶瓷粉体@氧化硅气凝胶复合发光材料的制备方法，其特征在于，所述步骤四中，闪烁陶瓷粉体的加入量为正硅酸乙酯和闪烁陶瓷粉体总质量的5％～20％。

9.如权利要求1所述的一种闪烁陶瓷粉体@氧化硅气凝胶复合发光材料的制备方法，其特征在于，所述步骤四中，混合搅拌20～40min；继续搅拌0.5～1.5h；乙醇浸泡20～28h。

10.一种如权利要求1～9任一项所述的制备方法制备的闪烁陶瓷粉体@氧化硅气凝胶复合发光材料在激光照明中的应用。

技术总结本发明公开了一种闪烁陶瓷粉体@氧化硅气凝胶复合发光材料的制备及应用，包括：以Tb<subgt;4</subgt;O<subgt;7</subgt;、Al(NO<subgt;3</subgt;)<subgt;3</subgt;·9H<subgt;2</subgt;O、Gd(NO<subgt;3</subgt;)<subgt;3</subgt;·6H<subgt;2</subgt;O、Ce(NO<subgt;3</subgt;)<subgt;3</subgt;·6H<subgt;2</subgt;O以及柠檬酸为原料，采用溶胶‑凝胶法制备闪烁陶瓷粉体；将正硅酸乙酯、去离子水和乙醇混合搅拌，加入闪烁陶瓷粉体，继续搅拌，加入氨水催化，持续搅拌，待接近凝胶状态时转移至适当模具中，形成湿凝胶，用乙醇浸泡，再使用乙醇超临界干燥，得到闪烁陶瓷粉体@氧化硅气凝胶复合发光材料。本发明制备的闪烁陶瓷粉体@氧化硅气凝胶复合发光材料具有良好的发光性能以及发光热稳定性，内量子产率高，可应用于节能环保、激光照明等军民两用领域。技术研发人员：任洪波,朱家艺,毕于铁,高燕,冯杰受保护的技术使用者：西南科技大学技术研发日：技术公布日：2024/6/20