一种非稀土高量子产率荧光材料及合成方法与流程

本发明涉及荧光材料合成领域，具体地说是一种非稀土高量子产率荧光材料及合成方法。

背景技术：

与传统照明相比，led具有环保、节能、体积小和寿命长等优点。在全球能源短缺的背景下，白光led在全球照明市场逐渐取代了白炽灯和荧光灯。当前应用显示和照明的荧光粉主要是稀土离子，ce³⁺和eu²⁺。稀土在能源材料和超导材料等领域发挥巨大的作用，荧光粉的成本主要来源于稀土离子。因此，寻找合适的稀土替代荧光材料具有十分重要的研究意义。在红色发射的不含稀土的磷光体方面已经取得了进展。例如，k2tif6：mn⁴⁺红色荧光粉，其量子产率高达98％。尽管已经确定了无稀土的高效红色磷光体，但寻找有效的无稀土蓝色磷光体一直具有挑战性，迄今为止发现的无稀土磷光体的量子效率为低于稀土同类产品，并且在实际使用方面没有竞争力。

现有技术的蓝光荧光材料，使用的是稀土，不但制备成本高，而且还容易污染环境，三废处理困难，治理费用高。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种非稀土高量子产率荧光材料及合成方法，其荧光材料使用了非稀土原料，而且具有高量子产率和高发光效率，制备成本低，环保、绿色、廉价。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种非稀土高量子产率荧光材料的合成方法，该方法包括以下具体步骤：

步骤a：按照比例称量原料后，放入玛瑙研钵中并添加过量无水乙醇进行研磨；

步骤b：原料充分混合后，将过量的乙醇干燥，并将混合研磨后的粉末用压力机以6~10mp的压强压制成粒径为16mm的颗粒；

步骤c：将颗粒置于氧化铝坩埚中，在箱式炉中以1℃/min的速度加热至840~860℃，并保持20~26小时；

步骤d：冷却至室温后，将颗粒研磨成粉末，再用压力机以6~10mp的压强压成粒径为16mm的颗粒，然后在840~860℃下再次煅烧20~26h，然后冷却至室温；

步骤e：将煅烧后的颗粒研磨成粉末，获得所述非稀土高量子产率荧光材料；其中：

所述荧光材料记为：m1-xga2-yb2o7:xbi³⁺yal³⁺，其中，x=0.001~0.075，y=0~1；主体化合物为：m1-xga2-yb2o7；掺杂非稀土元素为：xbi³⁺yal³⁺；m=sr或ba；

所述原料为：mco3、ga2o3、h3bo3及al2o3或/和bi2o3；

主体化合物为srga2b2o7时，srco3、ga2o3、h3bo3、al2o3、bi2o3的摩尔比为：1-x∶1-0.5y∶2.4∶o.5y∶0.5x；

主体化合物为baga2b2o7时，baco3、ga2o3、h3bo3、al2o3、bi2o3的摩尔比为：1-x∶1-0.5y∶2.4∶o.5y∶0.5x。

所述主体化合物是srga2b2o7和baga2b2o7中的一种。

所述非稀土元素是bi³⁺、al³⁺中的一种或两种的混合。

本发明以mco3（m=sr，ba）、ga2o3、h3bo3、al2o3、bi2o3为原材料。

本发明与现有技术相比突破了传统的稀土蓝光材料，使用了非稀土原料，而且具有高量子产率和高发光效率，sr1-xga2-yb2o7:xbi³⁺yal³⁺荧光粉的量子产率高达96.2％，ba1-xga2-yb2o7:xbi³⁺yal³⁺荧光粉的量子产率高达98.7%。此外，制备成本低，环保、绿色、廉价。

附图说明

图1是实施例2制备的荧光粉sr0.99ga1.5b2o7∶0.01bi³⁺0.5al³⁺的粉末x射线衍射图；

图2是实施例2制备的荧光粉sr0.99ga1.5b2o7∶0.01bi³⁺0.5al³⁺的荧光光谱图；

图3是实施例7制备的荧光粉ba0.995ga1.6b2o7∶0.005bi³⁺0.4al³⁺的粉末x射线衍射图；

图4是实施例7制备的荧光粉ba0.995ga1.6b2o7∶0.005bi³⁺0.4al³⁺的荧光光谱图；

图5是实施例5制备的荧光粉sr0.95ga2b2o7∶0.05bi³⁺的荧光光谱图；

图6是实施例11制备的荧光粉ba0.995ga2b2o7∶0.005bi³⁺的荧光光谱图。

具体实施方式

以下各实施例只是对本发明做进一步说明，并非用以限制本发明，凡为本发明等效实施，均应包含于本发明的权利要求范围之内。

实施例1

将0.7309克的srco3，0.8903克的ga2o3，0.7421克的h3bo3，0.0254克的al2o3和0.0116克的bi2o3放入玛瑙研钵中研磨。将混合的粉末压制成颗粒置于氧化铝坩埚中，在箱式炉中以1℃/min升温速度加热至850℃，并保温24h。冷却后，再次将得到的中间体彻底研磨，压成颗粒，然后在850℃下再次煅烧24小时，然后冷却至室温。最后，将煅烧产物研磨成白色粉末，并获得具有蓝色荧光的荧光粉，sr0.99ga1.9b2o7:0.01bi³⁺0.1al³⁺。

实施例2

将0.7308克的srco3，0.7028克的ga2o3，0.7421克的h3bo3，0.1274克的al2o3和0.0117克的bi2o3放入玛瑙研钵中研磨。将混合的粉末压制成颗粒。重复实施例1的步骤，获得具有蓝色荧光的荧光粉，其粉末x射线衍射图如图1所示，其荧光光谱图如图2所示。

实施例3

将0.7309克的srco3，0.4684克的ga2o3，0.7423克的h3bo3，0.2549克的al2o3和0.0116克的bi2o3放入玛瑙研钵中研磨。将混合的粉末压制成颗粒。重复实施例1的步骤，获得具有蓝色荧光的荧光粉，sr0.99ga1.0b2o7:0.01bi³⁺1al³⁺。

实施例4

将0.7347克的srco3，0.9372克的ga2o3，0.6804克的h3bo3和0.0056克的bi2o3放入玛瑙研钵中研磨。将混合的粉末压制成颗粒。重复实施例1的步骤，获得具有蓝色荧光的荧光粉，sr0.995ga2b2o7:0.005bi³⁺。

实施例5

将0.7013克的srco3，0.9374克的ga2o3，0.6801克的h3bo3和0.0582克的bi2o3放入玛瑙研钵中研磨。将混合的粉末压制成颗粒。重复实施例1的步骤，获得具有蓝色荧光的荧光粉，sr0.95ga2b2o7:0.05bi³⁺。荧光光谱图如图5所示。

实施例6

将0.9817克的baco3，0.8904克的ga2o3，0.7425克的h3bo3，0.0256克的al2o3和0.0059克的bi2o3放入玛瑙研钵中研磨。将混合的粉末压制成颗粒。重复实施例1的步骤，获得具有蓝色荧光的荧光粉，ba0.995ga1.9b2o7:0.005bi³⁺0.1al³⁺。

实施例7

将0.9818克的baco3，0.7498克的ga2o3，0.7421克的h3bo3，0.1019克的al2o3和0.0059克的bi2o3放入玛瑙研钵中研磨。将混合的粉末压制成颗粒。重复实施例1的步骤，获得具有蓝色荧光的荧光粉，ba0.995ga1.6b2o7:0.005bi³⁺0.4al³⁺。其粉末x射线衍射图如图3所示，其荧光光谱图如图4所示。

实施例8

将0.9818克的baco3，0.7028克的ga2o3，0.7422克的h3bo3，0.1274克的al2o3和0.0058克的bi2o3放入玛瑙研钵中研磨。将混合的粉末压制成颗粒。重复实施例1的步骤，获得具有蓝色荧光的荧光粉，ba0.995ga1.5b2o7:0.005bi³⁺0.5al³⁺。

实施例9

将3.9431克的baco3，3.7488克的ga2o3，2.968克的h3bo3和0.0048克的bi2o3放入玛瑙研钵中研磨。将混合的粉末压制成颗粒。重复实施例1的步骤，获得具有蓝色荧光的荧光粉，ba0.999ga2b2o7:0.001bi³⁺。

实施例10

将1.9685克的baco3，1.8745克的ga2o3，1.4845克的h3bo3和0.0059克的bi2o3放入玛瑙研钵中研磨。将混合的粉末压制成颗粒。重复实施例1的步骤，获得具有蓝色荧光的荧光粉，ba0.9975ga2b2o7:0.0025bi³⁺。

实施例11

将0.9818克的baco3，0.9371克的ga2o3，0.7424克的h3bo3和0.0059克的bi2o3放入玛瑙研钵中研磨。将混合的粉末压制成颗粒。重复实施例1的步骤，获得具有蓝色荧光的荧光粉，ba0.995ga2b2o7:0.005bi³⁺。其荧光光谱图如图6所示。

以上各实施例只是对本发明做进一步说明，并非用以限制本发明，凡为本发明等效实施，均应包含于本发明的权利要求范围之内。