一种色度可调的高热稳定性荧光粉的制作方法

本发明属于荧光材料技术领域，具体涉及一种色度可调的高热稳定性荧光粉。

背景技术：

对于高功率的WLED(white-light-emitting diodes)而言，开发高工作温度下优良热稳定性的荧光粉是目前商业化高功率WLED的瓶颈。目前商用的荧光粉，在高工作温度下会发生荧光的猝灭现象，120℃的工作温度已经是高功率WLED能够实现高效输出效率的温度极限。因此如何设计开发新型的高热稳定性荧光粉对于实现高功率WLED的商业化是一个巨大的挑战。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种在近紫外光激发下色度可调的高热稳定性荧光粉。

针对上述目的，本发明色度可调的高热稳定性荧光粉的分子式为Sr8Zn1-xSc(PO4)7:xTb³⁺，式中0.02≤x≤0.14，优选0.12≤x≤0.14。

上述色度可调的高热稳定性荧光粉的制备方法为：按照Sr8Zn1-xSc(PO4)7:xTb³⁺的化学计量比，将反应原料Sr(NO3)2(99.9％)、ZnO(99.99％)、(NH4)2HPO4(98.5％)、Sc2O3(99.99％)和Tb4O7(99.99％)均匀混合，在900℃下保温4小时，再在1250℃下保温11小时后自然冷却至室温，得到Sr8Zn1-xSc(PO4)7:xTb³⁺荧光粉。

本发明通过在Sr8ZnSc(PO4)7基质中掺杂Tb³⁺离子，生成与Tb³⁺离子⁵D3能级相匹配且能级深浅不同的缺陷簇。在近紫外光370nm的激发下，缺陷簇作为陷阱捕获电子，在一定的热扰动下将电子转移给Tb³⁺离子的⁵D3能级，从而实现Sr8ZnSc(PO4)7:Tb³⁺荧光粉的色度可调以及高工作温度下的热稳定性。

在室温下，当Sr8ZnSc(PO4)7:Tb³⁺荧光粉被370nm激发，能级较浅的陷阱在热扰动下将捕获到的电子转移给Tb³⁺离子的⁵D3能级，从而弥补了随着Tb³⁺离子掺杂浓度增大时，⁵D3→⁵D4的非辐射跃迁引起的⁵D3→⁷FJ发射峰迅速衰减，从而实现随着掺杂浓度的不断增大使⁵D3→⁷FJ发射峰发光强度不会出现大幅度衰减，使Sr8ZnSc(PO4)7:xTb³⁺系列荧光粉的发光性能由蓝色发射⁵D3→⁷FJ和绿色发射⁵D4→⁷FJ两组共同影响，其色度随着Tb³⁺离子掺杂量的增加从亮蓝色(0.205,0.186)移动到亮绿色(0.245,0.411)，最终实现通过Tb³⁺离子掺杂量的变化得到Sr8ZnSc(PO4)7:xTb³⁺荧光粉的色度可调。

在工作温度高达150℃时，当近紫外光激发Sr8ZnSc(PO4)7:Tb³⁺荧光粉时，能级较深的陷阱在热扰动下将捕获到的电子转移给Tb³⁺离子的⁵D3能级，从而弥补了在高温下⁵D3→⁷FJ和⁵D4→⁷FJ发射峰的热猝灭现象，实现了Sr8ZnSc(PO4)7:xTb³⁺系列荧光粉在高温下零热猝灭的行为。

附图说明

图1是实施例1～4制备的样品在370nm近紫外光激发下的发射光谱。

图2是实施例1～4制备的样品在370nm近紫外光激发下⁵D3→⁷F5和⁵D4→⁷F5发射峰强度与Tb³⁺掺杂摩尔浓度之间的曲线关系。

图3是在CIE色度图中标出的实施例1～4制备的样品在370nm近紫外光激发下其发射峰的色坐标，点a、b、c和d依次代表实施例1、2、3、4样品。

图4是实施例1～4制备的样品随着温度升高发射峰⁵D3→⁷FJ积分面积与温度的关系曲线。

图5是实施例1～4制备的样品随着温度升高发射峰⁵D4→⁷FJ积分面积与温度的关系曲线。

图6是实施例3制备的样品在370nm近紫外光激发下随着温度升高的发光热猝灭光谱。

图7是实施例4制备的样品在370nm近紫外光激发下随着温度升高的发光热猝灭光谱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围不仅限于这些实施例。

实施例1

按照Sr8Zn0.98Sc(PO4)7:0.02Tb³⁺的化学计量比，将1.6930g(8mmol)Sr(NO3)2(99.9％)、0.0800g(0.98mmol)ZnO(99.99％)、0.9244g(7mmol)(NH4)2HPO4(98.5％)、0.0690g(0.5mmol)Sc2O3(99.99％)和0.0037g(0.005mmol)Tb4O7(99.99％)均匀混合，在900℃下保温4小时，再在1250℃下保温11小时后自然冷却至室温，得到Sr8Zn0.98Sc(PO4)7:0.02Tb³⁺荧光粉。

实施例2

按照Sr8Zn0.90Sc(PO4)7:0.10Tb³⁺的化学计量比，将1.6930g(8mmol)Sr(NO3)2(99.9％)、0.0733g(0.9mmol)ZnO(99.99％)、0.9244g(7mmol)(NH4)2HPO4(98.5％)、0.0690g(0.5mmol)Sc2O3(99.99％)和0.0187g(0.025mmol)Tb4O7(99.99％)均匀混合，在900℃下保温4小时，再在1250℃下保温11小时后自然冷却至室温，得到Sr8Zn0.90Sc(PO4)7:0.10Tb³⁺荧光粉。

实施例3

按照Sr8Zn0.88Sc(PO4)7:0.12Tb³⁺的化学计量比，将1.6930g(8mmol)Sr(NO3)2(99.9％)、0.0716g(0.88mmol)ZnO(99.99％)、0.9244g(7mmol)(NH4)2HPO4(98.5％)、0.0690g(0.5mmol)Sc2O3(99.99％)和0.0243g(0.03mmol)Tb4O7(99.99％)均匀混合，在900℃下保温4小时，再在1250℃下保温11小时后自然冷却至室温，得到Sr8Zn0.88Sc(PO4)7:0.12Tb³⁺荧光粉。

实施例4

按照Sr8Zn0.86Sc(PO4)7:0.14Tb³⁺的化学计量比，将1.6930g(8mmol)Sr(NO3)2(99.9％)、0.0700g(0.86mmol)ZnO(99.99％)、0.9244g(7mmol)(NH4)2HPO4(98.5％)、0.0690g(0.5mmol)Sc2O3(99.99％)和0.0262g(0.035mol)Tb4O7(99.99％)均匀混合，在900℃下保温4小时，再在1250℃下保温11小时后自然冷却至室温，得到Sr8Zn0.86Sc(PO4)7:0.14Tb³⁺荧光粉。

发明人对实施例1～4制备的样品进行了发光性能和热稳定性能测试，结果见图1～7。

由图1可见，随着x的增大，所得样品的⁵D4→⁷FJ系列发射峰均增强，而⁵D3→⁷FJ系列发射峰先增强随后有较微弱的降低。由图2可见，所得样品的⁵D4→⁷F5发射峰强度始终随着x的增加而增强，而⁵D3→⁷F5发射峰强度随着x的增加先增强随后有较微弱的降低，但是其强度没有出现大幅度的衰减。在已经报道的掺Tb³⁺的荧光粉中，由于⁵D3→⁵D4非辐射跃迁，⁵D3→⁷FJ很容易猝灭，很难观测到⁵D3→⁷FJ的蓝色发射峰。因此在已经报道的掺Tb³⁺的荧光粉中只能观测到⁵D4→⁷FJ的绿色发射峰。但是对于Sr8ZnSc(PO4)7:Tb³⁺荧光粉，当其在室温下被370nm激发，能级较浅的陷阱在热扰动下将捕获到的电子转移给Tb³⁺离子的⁵D3能级，从而弥补了随着Tb³⁺离子掺杂浓度增大大量⁵D3→⁵D4非辐射跃迁引起的⁵D3→⁷FJ发射峰迅速衰减，从而实现随着掺杂浓度的不断增大使⁵D3→⁷FJ发射峰发光强度不会出现大幅度的衰减。图3显示随着x的增大，荧光粉中蓝色发射峰⁵D3→⁷FJ和绿色发射峰⁵D4→⁷FJ共同影响荧光粉整体的发光行为，因此，x的增大使荧光粉的色度从亮蓝色(0.205,0.186)变化到亮绿色(0.245,0.411)。因此在Sr8Zn1-xSc(PO4)7:xTb³⁺荧光粉中可以通过调节x得到需要的荧光粉发光颜色。

由图4～7可见，随着温度升高，实施例1～4制备的样品的⁵D3→⁷FJ和⁵D4→⁷FJ发射峰强度都被增强，在温度高达150℃时实施例1～4制备的样品的⁵D3→⁷FJ发射峰均具有零热猝灭行为，在温度高达250℃时实施例1～4制备的样品的⁵D4→⁷FJ发射峰仍然具有零热猝灭行为。其中，x＝0.02、0.12和0.14的样品在温度高达225℃时⁵D3→⁷FJ发射峰仍然具有零热猝灭行为，x＝0.12的样品表现出最优异的热稳定性，其在75℃和175℃时，⁵D3→⁷FJ发射峰的发光强度分别增大为其在室温下的1.28和1.19倍，⁵D4→⁷FJ发射峰的发光强度分别增大为其在室温下的1.19和1.18倍。