一种光转换功能材料及其制备方法和应用的制作方法

一种光转换功能材料及其制备方法和应用的制作方法
【专利摘要】本发明涉及材料领域，具体为一种光转换功能材料及其制备方法和应用；所述光转换功能材料含有如下组成：M2(Si1-xAx)Oy:cEu2+,dDy3+，其中，所述M选自由Ba、Ca、Mg和Sr组成的元素组中的一种或一种以上，所述A选自Ga或Al中的一种或两种，且至少含有Ga；其中，x,y,c,d为参数，且y=c+1.5d-0.5x+4，0＜x≤1，0＜c≤0.5，0＜d≤0.5；该材料发光强度大，接近日光。本发明还提供上述材料的制备方法，包括下述步骤：按照化学计量比将含有组成元素的化合物原料与助熔剂混合后，进行还原焙烧得到光转换功能材料。该方法成本低、周期短、所得产品具有广阔的应用前景。
【专利说明】一种光转换功能材料及其制备方法和应用

【技术领域】
[0001] 本发明涉及材料领域，尤其涉及光学功能材料领域，具体为一种光转换功能材料 及其制备方法和应用。

【背景技术】
[0002] 白光LED具有低电压、低电流、体积小、寿命长、环保等优点，它必将替代白炽灯、 荧光灯等传统光源，成为21世纪的绿色照明光源。实现白光转换的关键技术之一是高效光 转换材料的合成，因此合成与白光LED相匹配的荧光粉材料自然成为研究的焦点。
[0003] 白光LED的实现目前主要采用荧光粉转换法，一种是蓝光芯片+黄色荧光粉：该 系列荧光粉存在红光和绿光成分不足，显色指数较低等缺点且白光发射体系二极管的电流 和工作温度的不稳定，管芯的蓝光发射和荧光粉的黄光发射都会产生一定的波长移动，导 致其白光发射不稳定；另一种则是采用近紫外芯片+红、绿、蓝三基色荧光粉中的两种或两 种以上得到白光，三基色荧光粉混合物之间存在配比调控和颜色再吸收的问题。近年来研 究较多的近紫外激发的LED用绿色硅酸盐荧光粉作为一类重要的发光材料，其激发光谱较 宽，可在近紫外线激发呈现较高的发光效率，发射光谱覆盖较大的波长范围。


【发明内容】

[0004] 本发明解决的技术问题是：当前绿色硅酸盐荧光粉仍存在发光效率偏低、粉体粒 度分布不均、120°C下发光强度维持率即热稳定性差的情况。
[0005] 本发明的目的在于提供一种光转换功能材料，在该体系中掺杂Sr、Mg、Ga、Al等元 素，使其在380nm?420nm的激发下发光。
[0006] 本发明的组分特点是，用两种碱土金属（Mg、Ca、Sr、Ba)互相取代，可以在晶格中 形成不同于主体晶格格位的新格位，由于新晶格位是相对于主体晶格位极少量的，所以只 是使基质发生轻微的红移或蓝移，通过XRD监测并未产生新相。第三主族元素 A1和Ga的加 入一方面取代了主体元素 Si的晶体格位，影响晶格参数，使晶格产生畸变，从而调节发光 波长，另一方面可以作为助熔剂降低焙烧温度，优化晶粒生长过程，细化晶粒，使晶粒球化。 Eu、Dy两种稀土离子共掺的体系中，在以Eu的发射光谱监控得到的激发光谱中观察到了 Dy 的发射光谱，而以Dy的发射光谱监控得到的激发光谱中仅观察到Dy的激发光谱，因此推断 在体系中可能发生从Dy到Eu的能量传递，一般当敏化离子的发射光谱与激活剂的激发光 谱相重叠时就会发生能量传递，通过实验分析，得知敏化离子Dy的发射光谱与激活剂Eu的 激发光谱相重叠，符合辐射传递的条件，因此Dy是敏化离子而Eu是激活剂，且该能量传递 过程为辐射再传递过程，Dy的掺入有效提高了 Eu的发光强度。
[0007] 具体来说，针对现有技术的不足，本发明提供了如下技术方案：
[0008] -种光转换功能材料，其特征在于，所述材料含有具有如下组成的材料： M2 (Si^Aj 0y: cEu2+，dDy3+，其中，所述Μ选自由Ba、Ca、Mg和Sr组成的元素组中的一种或一 种以上，所述A选自Ga或A1中的一种或两种，且至少含有Ga;其中，x，y，c，d为参数，且y =c+1. 5d_0. 5x+4,0 < x < 1，0 < c < 0. 5,0 < d < 0. 5。
[0009] 优选的，上述光转换功能材料中，M至少含有Si*。
[0010] 优选的，上述光转换功能材料中，A为Ga。
[0011] 优选的，上述光转换功能材料中，Μ为Sr和Mg的组合。
[0012] 优选的，上述光转换功能材料中，Μ为Ba和Ca的组合。
[0013] 优选的，上述光转换功能材料中，Μ为Ba和Ca的组合，且A为Ga。
[0014] 优选的，上述光转换功能材料中，Μ为Ba、Ca、Mg和Sr的组合。
[0015] 优选的，上述光转换功能材料中，A为Ga和A1的组合。
[0016] 优选的，上述光转换功能材料中材料的组成为SruMgwSia^Gaa.Ou^Eu'i Dy 〇. 〇i'Bai. 9^3-0, iSio gGag jAlo^Os. 775 · Eu 〇.〇i，Dy 〇 01> Sr〇 5Mg〇 5Ba〇 5Ca〇 5Si〇 99Ga〇 0104 2〇5：Eu 〇 〇3 ，Dy ο. i2 或 Sr!.4Mga2Baa 2Caa 2Sia 5Gaa iAlo. 403.775: Eu Dy 0.01。
[0017] 优选的，上述光转换功能材料中，所述材料在400nm激发光下的发射光谱主发射 峰位为 500-535nm。
[0018] 优选的，上述光转换功能材料中，所述材料的分散系数为0. 709-0. 985。
[0019] 优选的，上述光转换功能材料中，所述材料与Sr2Si04:Eu 2+，Dy3+相比的相对亮度为 109-170。
[0020] 优选的，上述光转换功能材料中，所述材料与Sr2Si04:Eu 2+，Dy3+相比，在150°C的热 稳定性为109-148%。
[0021] 本发明还提供上述光转换功能材料的制备方法，包括下述步骤：
[0022] 按照化学计量比将含有组成元素的化合物原料与助熔剂混合后，进行还原焙烧得 到光转换功能材料，其中含Si的化合物原料为氧化物，所述其他化合物原料为组成元素的 氧化物、碳酸盐、硝酸盐和或草酸盐。
[0023] 优选的，上述光转换功能材料的制备方法中，所述化合物原料包含Eu203、Dy 203和 含有Μ元素的碳酸盐，以及可选择添加的Si02。
[0024] 优选的，上述光转换功能材料的制备方法中，所述助熔剂选自卤化铵、碱土金属氟 化物、碱土金属氯化物或硼酸的一种或一种以上。
[0025] 优选的，上述光转换功能材料的制备方法中，助熔剂选自含有Μ元素的氟化物或 η3βο3〇
[0026] 优选的，上述光转换功能材料的制备方法中，所述还原气氛选自N2+H2、C0或C中的 一种或一种以上。
[0027] 优选的，上述光转换功能材料的制备方法中，所述还原气氛为N2+H2，所述H 2的体 积百分比为60?100%。
[0028] 优选的，上述光转换功能材料的制备方法中，焙烧温度为1200°C?1500°C。
[0029] 优选的，上述光转换功能材料的制备方法中，所述焙烧温度为1350?1450°C。
[0030] 优选的，上述光转换功能材料的制备方法中，焙烧时间为4?6小时。
[0031] 优选的，上述光转换功能材料的制备方法中，所述焙烧过程包括两次升温过程，第 一次升温后的温度为700?800°C，恒温0. 5?1. 5小时。
[0032] 本发明还提供一种光转换功能材料，其特征在于，由上述光转换功能材料的制备 方法制得。
[0033] 本发明还提供上述光转换功能材料在LED照明领域的应用。
[0034] 本发明提供的功能材料是一种新型光转换功能材料，在该体系中掺杂Sr、Mg、Ga、 A1等元素，使其在380nm?420nm的激发光下发射绿光，进一步通过调整Sr、Mg、Ga、A1的 比例，可以使该光转换功能材料的发光波长在490nm?540nm进行调节。
[0035] 本发明将Eu2+和Dy3+进行共掺杂，有效的弥补了 Dy3+红光发射不足的缺陷，样品在 近紫外光激发下，发光强度大，接近日光。
[0036] 本发明提供的制备方法，利用常见的廉价化合物为原材料，制备周期短，所得产品 具有广阔的应用前景。
[0037] 采用本发明所述方法制备的稀土元素激活碱土硅酸盐光转换功能材料分散性好、 发光强度高。

【专利附图】

【附图说明】
[0038] 图1为实施例1所制备的Dy3+Q.Q4的激发光谱。
[0039] 图2为实施例1所制备的Dy3+Q.Q4的发射光谱。
[0040] 图3为实施例2的XRD谱图。

【具体实施方式】
[0041] 本发明提供一种光转换功能材料的制备方法，包括下述步骤：①按照产品组分的 化学计量比准确称取原料，原料为含有M、Si、A、Eu、Dy元素的氧化物、碳酸盐、硝酸盐或草 酸盐，其中Μ为选自Ba、Ca、Mg、Sr组中的一种或几种，均匀混合后加入少量的助熔剂，助熔 剂为选自卤化铵、碱土金属氟化物、碱土金属氯化物、硼酸中的一种或几种；②将原料进行 还原焙烧，还原气氛选自N 2+H2、CO、C中的一种或几种，温度为1200°C?1500°C，焙烧时间 3?8小时；③焙烧产物经过破碎、洗涤、过筛和烘干后处理过程即得最终产物。
[0042] 下面对本发明做详细描述，所述是对本发明的解释而不是限定。
[0043] 在下面的实施例中，所用的各试剂和仪器的型号和来源如表1和表2所不。
[0044] 表1实施例中所用试剂及型号信息表
[0045]

【权利要求】
1. 一种光转换功能材料，其特征在于，所述材料含有具有如下组成的材料WjSihAx) Oy:cEu2' dDy3.，其中，所述Μ选自由Ba、Ca、Mg和Sr组成的元素组中的一种或一种以 上，所述A选自Ga或A1中的一种或两种，且至少含有Ga;其中，x, y, c，d为参数，且 y=c+l. 5d-〇. 5x+4,0 < x ^ 1,0 < c ^ 0. 5,0 < d ^ 0. 5〇
2. 根据权利要求1所述的光转换功能材料，其中，M至少含有Sr。
3. 根据权利要求1所述的光转换功能材料，其中，A为Ga。
4. 根据权利要求2或3所述的光转换功能材料，其中，Μ为Sr和Mg的组合。
5. 根据权利要求1所述的光转换功能材料，其中，Μ为Ba和Ca的组合。
6. 根据权利要求1所述的光转换功能材料，其中，Μ为Ba和Ca的组合，且A为Ga。
7. 根据权利要求1所述的光转换功能材料，其中，Μ为Ba、Ca、Mg和Sr的组合。
8. 根据权利要求1或7所述的光转换功能材料，其中，A为Ga和A1的组合。
9. 根据权利要求1所述的光转换功能材料，材料组成为SruMguSidGadCU^Eu2 〇.οι，Dy 〇.〇i'Ba!.9Ca0. jSio. 5Ga0. jAIq.403.775 : Eu2+〇. 01, Dy3+〇. 01, Sr〇. 5Mg〇. 5Ba〇. 5Ca〇. 5Si〇. 99Ga〇. 0104.205: Eu 〇. 〇3, Dy 〇. i2 或 SrL 4Mg0.2Ba0.2Ca 0.2Si0.5Ga0. jAIq.403.775 : Eu 〇.01, Dy 0.01。
10. 根据权利要求1所述的光转换功能材料，所述材料在400nm激发光下的发射光谱主 发射峰位为500-535nm。
11. 根据权利要求1所述的光转换功能材料，所述材料的分散系数为〇. 709-0. 985。
12. 根据权利要求1所述的光转换功能材料，所述材料与Sr2Si04:Eu2+，Dy 3+相比的相对 亮度为109-170。
13. 根据权利要求1所述的光转换功能材料，所述材料与Sr2Si04:Eu2+，Dy 3+相比，在 150°C的热稳定性为109-148%。
14. 权利要求1~13任一项所述的光转换功能材料的制备方法，包括下述步骤： 按照化学计量比将含有组成元素的化合物原料与助熔剂混合后，进行还原焙烧得到光 转换功能材料，其中含Si的化合物原料为氧化物，所述其他化合物原料为组成元素的氧化 物、碳酸盐、硝酸盐和或草酸盐。
15. 根据权利要求14所述的光转换功能材料的制备方法，其中，所述化合物原料包含 Eu203、Dy203和含有Μ元素的碳酸盐，以及可选择添加的Si0 2。
16. 根据权利要求14或15所述的光转换功能材料的制备方法，其中，所述助熔剂选自 卤化铵、碱土金属氟化物、碱土金属氯化物或硼酸的一种或一种以上。
17. 根据权利要求14~16任一项所述的光转换功能材料的制备方法，其中，助熔剂选自 含有Μ元素的氟化物或Η3Β0 3。
18. 根据权利要求14~17任一项所述的光转换功能材料的制备方法，其中，所述还原气 氛选自N2+H2、C0或C中的一种或一种以上。
19. 根据权利要求18所述的光转换功能材料的制备方法，其中，所述还原气氛为N2+H2， 所述H 2的体积百分比为6(Γ100%。
20. 根据权利要求14~19任一项所述的光转换功能材料的制备方法，其中，焙烧温度为 1200°C ?1500°C，优选为 1350?1450°C。
21. 根据权利要求18~20任一项所述的光转换功能材料的制备方法，其中，焙烧时间为 4?6小时。
22. 根据权利要求14~21任一项所述的光转换功能材料的制备方法，其中，所述焙烧过 程包括两次升温过程，第一次升温后的温度为70(T80(TC，恒温0. 5~1. 5小时。
23. -种光转换功能材料，其特征在于，由权利要求14~22任一项所述的光转换功能材 料的制备方法制得。
24. 权利要求1~13或权利要求23任一项所述光转换功能材料在LED照明领域的应用。
【文档编号】H01L33/50GK104232081SQ201410391646
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年8月11日 优先权日:2014年8月11日
【发明者】罗新宇, 刘洋, 王明, 杨小丽, 严群 申请人:北京大学工学院包头研究院