一种钐掺杂硅酸锶橙红色荧光粉及其制备方法与流程

本发明涉及荧光粉及其制备方法，具体涉及一种钐掺杂硅酸锶橙红色荧光粉及其制备方法。

背景技术：

白光LED因其低能耗、长寿命、响应时间短、色稳定性好和无污染的特点超越了传统白炽灯和荧光灯被认为是最有前景的第四代绿色照明光源，有着广阔的应用前景和市场，被认为是必不可少的固态照明光源。目前，大多数市售的基于LED白光光源都是依靠荧光粉(YAG∶Ce³⁺)转换发射法，就是用蓝色GaN芯片激发黄色荧光粉来获得白光，我们知道这种商用方法十分成熟，并且成本低，操作简单，但是不可否认的是由于YAG中红光光谱的总能量远远低于黄绿光的比例，所以此方法下的白光光源发光效率也不高，色相差，显色指数低，色温很高。因此，有必要开发高效红色荧光粉在白光发光二极管中的应用。第二种方法就是用紫外LED照射RGB三色荧光粉，发出的白光由三种荧光粉的配比决定，这种方法的发光效率比第一种方法好很多，并且具有高显色指数和颜色可调等性能，是现代商用白光LED的主流趋势。由此，迫在眉睫的主要问题就是研究出高效的橙色和红色荧光粉。

由于稀土粒子掺杂的荧光粉独特的发光性能，窄线宽发射带，量子产率高和光稳定性等，它被确认为一种新的有前途的荧光材料已被用于各种不同的领域。稀土离子(例如Sm³⁺，Tb³⁺等)因为其拥有大量的能级和电子在4f-4f、5d-4f之间的跃迁等特性已被视为丰富的光资源，Sm³⁺掺杂的材料的激发光谱表现从350nm到420nm的宽带，可以被近紫外光辐射二极管管芯产生的350～410nm辐射有效激发，在400nm处显示出尖锐强烈的激发峰以及红色和橙红色发射峰的窄线特性，这种传输几乎是独立于晶格运动的，因为4f轨道位于强烈屏蔽外层填充的5S²和5P⁶轨道之间，这使得发射带的位置几乎不随晶格的变化而变化。发射光谱由位于红橙区的3个主要荧光发射峰组成，峰值分别位于570，606nm和653nm，对应了Sm³⁺的4G_5/2→6H_5/2，4G_5/2→6H_7/2和4G_5/2→6H_9/2特征跃迁发射，606nm的发射最强。故Sr2SiO4：Sm³⁺是一种适用于白光LED的优良的橙红色荧光粉。

众所周知，稀土离子掺杂的发光材料的光学性能受基体的影响很大，近年来，Sr₂SiO₄由于其特殊的结构特征，优异的物理和化学稳定性引起了相关人士的极大关注与兴趣。传统的Sr₂SiO₄：Sm³⁺荧光粉的获得是通过高温固相法，这种方法操作简单但是由于其烧结温度偏高，在最后研磨时可能会破坏激活剂所在的晶格位置而导致发光效率降低，组分不均匀，存在成分偏析现象，故其反应条件较为苛刻。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供了一种钐掺杂硅酸锶橙红色荧光粉及其制备方法，本发明以Sr₂SiO₄：Sm³⁺为研究对象，通过降低烧结温度并进行多次煅烧，相较于传统的固相法来说，它的反应条件较为温和，保温时间短，制备出的荧光粉纯度更高，晶相更加均匀，结晶度更好，且获得了优良的荧光粉发光性能。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种钐掺杂硅酸锶橙红色荧光粉制备方法，包括以下步骤：

1)按照摩尔比为(2.1～2.3)：1：(0.008～0.040)，分别称取原料SrCO₃，SiO₂，Sm₂O₃，在室温下充分研磨，再倒入乙醇将其进一步均匀研磨，直至原料干燥且混合均匀；

2)将步骤1)所得混合物倒入坩埚中，置于高温电阻炉中，自室温起升温至950～1050℃，保温2～3h，待其冷却至室温后，再倒入玛瑙研钵中捣碎研磨20min～40min；

3)将步骤2)所得粉体倒入坩埚中，置于高温电阻炉中，自室温起升温至950～1050℃，保温4～5h，待其冷却至室温后，置于研钵中捣碎研磨20min～40min；

4)将步骤3)所得粉体倒入坩埚中，置于高温电阻炉中，自室温起升温至950～1050℃，保温2～3h，待其冷却至室温后取出并研磨成粉状即得本发明的荧光粉。

步骤1)中第一次研磨的时间为40min～60min，乙醇的加入量为3～5ml。

步骤2)所述研钵为玛瑙研钵。

步骤2)中的升温速率为1～2℃/min。

步骤3)中的升温速率为6～8℃/min。

步骤4)中的升温速率为6～8℃/min。

一种钐掺杂硅酸锶橙红色荧光粉，其化学组成式为Sr₂SiO₄：xSm³⁺，其中x＝0.016～0.080。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：本发明以Sr(CO₃)₂、SiO₂、Sm₂O₃为原料，与传统高温固相法相比，使用与之相比较低烧结温度并且多次煅烧，实现荧光粉Sr₂SiO₄：xSm³⁺(x＝0.010～0.080)粉体的固相法制备，降低烧结温度(200℃～300℃)来降低能耗，反应环境相对温和。

对制得的Sr₂SiO₄：xSm³⁺(x＝0.010～0.080)荧光粉经过XRD、SEM及荧光分光光度计测试与分析，可知通过本发明的固相法所制备出的Sr₂SiO₄：xSm³⁺(x＝0.016～0.080)粉体结晶性能较好，纯度接近100％，粒径分布较均匀，在紫外\近紫外(320～410nm)的激发下，发射峰位于600～615nm，显示出更加高效的橙红光。

附图说明

图1是本发明实施例3制得的Sr₂SiO₄：0.05Sm³⁺荧光粉的XRD图；

图2是本发明实施例4制得的Sr₂SiO₄：0.07Sm³⁺荧光粉的SEM图；

图3是本发明实施例4制得的Sr₂SiO₄：0.07Sm³⁺荧光粉的发射光谱图；

图4是本发明实施例4制得的Sr₂SiO₄：0.07Sm³⁺荧光粉的激发光谱图。

具体实施方式

以下，我们结合具体的实施例进一步对本发明做一个的详细说明。

实施例1

1)按照摩尔比为2.1：1：0.02，分别称取原料SrCO₃，SiO₂，Sm₂O₃，置于玛瑙研钵中在室温下充分研磨50min，再倒入乙醇将其进一步均匀研磨，直至原料干燥且混合均匀；

2)将步骤1)所得混合物置于坩埚中，放入高温电阻炉中，自室温起，将其以1℃/min速率升温至900℃，保温3h，待其冷却至室温后取出并倒入玛瑙研钵中捣碎研磨20min；

3)将步骤2)所得的粉体倒入坩埚中，置于高温电阻炉中，自室温起，将其以6℃/min速率升温至1000℃，保温4h，待其冷却至室温后取出并倒入玛瑙研钵中捣碎研磨20min；

4)将步骤3)所得的粉体倒入坩埚中，置于高温电阻炉中，自室温起，将其以6℃/min速率升温至1050℃，保温2h，待其冷却至室温后取出并研磨成粉；

5)所得的荧光粉即为目标产物Sr₂SiO₄：0.04Sm³⁺荧光粉。

实施例2

1)按照摩尔比为2.2：1：0.005，分别称取原料SrCO₃，SiO₂，Sm₂O₃，置于玛瑙研钵中在室温下充分研磨40min，再倒入乙醇将其进一步均匀研磨，直至原料干燥且混合均匀；

2)将步骤1)所得的混合物置于坩埚中，放入高温电阻炉中，自室温起，将其以2℃/min速率升温至1050℃，保温3h，待其冷却至室温后取出并倒入玛瑙研钵中捣碎研磨30min；

3)将步骤2)所得的粉体倒入坩埚中，置于高温电阻炉中，自室温起，将其以6℃/min速率升温至950℃，保温5h，待其冷却至室温后取出并倒入玛瑙研钵中捣碎研磨30min；

4)将步骤3)所得的粉体倒入坩埚中，置于高温电阻炉中，自室温起，将其以6℃/min速率升温至1000℃，保温3h，待其冷却至室温后取出研磨成粉；

5)所得的荧光粉即为目标产物Sr₂SiO₄：0.01Sm³⁺荧光粉。

实施例3

1)按照摩尔比为2.2：1：0.025，分别称取原料SrCO₃，SiO₂，Sm₂O₃，置于玛瑙研钵中在室温下充分研磨50min，再倒入乙醇将其进一步均匀研磨，直至原料干燥且混合均匀；

2)将步骤1)所得的混合物置于坩埚中，置于高温电阻炉中，自室温起，将其以1℃/min速率升温至950℃，保温3h，待其冷却至室温后取出并倒入玛瑙研钵中捣碎研磨30min；

3)将步骤2)所得的粉体倒入坩埚中，置于高温电阻炉中，自室温起，将其以7℃/min速率升温至950℃，保温4h，待其冷却至室温后取出倒入玛瑙研钵中捣碎研磨30min；

4)将步骤3)所得的粉体倒入坩埚中，置于高温电阻炉中，自室温起，将其以7℃/min速率升温至1000℃，保温2h，待其冷却至室温后取出研磨成粉；

5)所得的荧光粉即为目标产物Sr₂SiO₄：0.05Sm³⁺荧光粉。

图1为该实施例下制得的Sr₂SiO₄：0.05Sm³⁺荧光粉的XRD图，从图中可以看出此样品是单斜方晶系的Sr₂SiO₄相，粉体结晶性能较好，无杂相生成，纯度接近100％。

实施例4

1)按照摩尔比为2.1：1：0.035，分别称取原料SrCO₃，SiO₂，Sm₂O₃，置于玛瑙研钵中在室温下充分研磨60min，再倒入乙醇将其进一步均匀研磨，直至原料干燥且混合均匀；

2)将步骤1)所得的混合物置于坩埚中，放入高温电阻炉中，自室温起，将其以2℃/min速率升温至1000℃，保温3h，待其冷却至室温后取出倒入玛瑙研钵中捣碎研磨40min；；

3)将步骤2)所得的粉体倒入坩埚中，置于高温电阻炉中，自室温起，将其以8℃/min速率升温至950℃，保温5h，待其冷却至室温后取出倒入玛瑙研钵中捣碎研磨40min；；

4)将步骤3)所得的粉体倒入坩埚中，置于高温电阻炉中，自室温起，将其以7℃/min速率升温至1000℃，保温3h，待其冷却至室温后取出并研磨成粉；

5)所得的荧光粉即为目标产物Sr₂SiO₄：0.07Sm³⁺荧光粉。

图2是该实施示例下的Sr₂SiO₄：0.07Sm³⁺荧光粉的SEM图，从图中可以看出，颗粒大小分布均匀，分散性好，没有出现明显的团聚现象，荧光粉相貌成型较好。

图3是该实施示例下的Sr₂SiO₄：0.07Sm³⁺荧光粉的发射光谱图，在紫外\近紫外(320～410nm)的激发下，发射峰位于600～615nm，对应了Sm³⁺的4G_5/2→6H_7/2特征跃迁发射，606nm的发射最强，显示出更加高效的橙红光。

图4是该实施示例下的Sr₂SiO₄：0.07Sm³⁺荧光粉的激发光谱图，从图中可知荧光体以505nm作为检测波长所得到的激发光谱中Sm³⁺离子在短波紫外光激发下可产生很强的荧光发射。

实施例5

1)按照摩尔比为2.3：1：0.04，分别称取原料SrCO₃，SiO₂，Sm₂O₃，置于玛瑙研钵中在室温下充分研磨50min，再倒入乙醇将其进一步均匀研磨，直至原料干燥且混合均匀；

2)将步骤1)所得的混合物置于坩埚中，放入高温电阻炉中，自室温起，将其以2℃/min速率升温至1050℃，保温2h，待其冷却至室温后取出倒入玛瑙研钵中捣碎研磨40min；

3)将步骤2)所得的粉体倒入坩埚中，置于高温电阻炉中，自室温起，将其以7℃/min速率升温至1050℃，保温4h，待其冷却至室温后取出倒入玛瑙研钵中捣碎研磨40min；

4)将步骤3)所得的粉体倒入坩埚中，置于高温电阻炉中，自室温起，将其以7℃/min速率升温至950℃，保温2h，待其冷却至室温后取出并研磨成粉；

5)所得的荧光粉即为目标产物Sr₂SiO₄：0.08Sm³⁺荧光粉。