一种绿色荧光粉及其制备方法与流程

本发明属于材料学领域，涉及一种稀土发光材料，具体来说是一种绿色荧光粉及其制备方法。

背景技术：

当前能源问题严峻，节能环保成为各国关心的大事，一些国家禁止使用和逐步淘汰白炽灯，推广节能荧光灯。近几年来，节能的紧凑型和直管型荧光灯在中国获得更大的发展。白光发光二极管(white light-emitting diodes， WLEDs)白光LED照明光源与白炽灯、荧光灯相比具有使用寿命长、效率高、抗恶劣环境、光谱范围宽、可视距离远、绿色环保无污染、节能、安全、显色性好、无频闪和体积小等优点等显著优点，在照明和显示领域具有广阔的应用前景，被称为新一代照明光源。

目前稀土磷酸盐材料主要被用作绿色荧光粉和蓝色荧光粉，也有少量红色荧光粉。由于绿色荧光粉的发光峰值波长与视感度曲线的峰值波长几乎一致，对三基色荧光粉的发光效率影响最大，因此研究高效的绿色荧光粉一直是人们极为重视的课题。LED用绿色荧光粉主要分为几大体系：硫化物荧光粉、铝酸盐系荧光粉、磷酸盐系荧光粉、硼酸盐荧光粉、硅酸盐系荧光粉和硅基氮（氧）化物系。在诸多体系荧光粉中，磷酸盐是一类发光性能优良的基质材料，作为铝酸盐荧光粉的替代物出现，磷酸盐制备温度比铝酸盐低，颗粒比铝酸盐细，发光亮度高、发光效率高和物理化学性质稳定。在日本已替代了铝酸盐体系荧光粉并应用于制灯中，在国内也有个别单位从事了这项探索性研究，但未能实用。

中国专利“一种稀土磷酸盐前驱体绿色荧光粉、绿色荧光粉及其制备方法”（CN 101767780 A）公开了一种液相法制备新型绿色荧光粉的方法，提供了一种热稳定性好，粒度适中的高效荧光粉的制备方法，但是主要存在的问题是发光效率、光亮度达不到实用要求，而且工艺不易控制。

中国专利“一种稀土磷酸盐绿色荧光粉及其制备方法”（CN 105733582 A）公开了一种稀土磷酸盐绿色荧光粉的制备方法，所得粉体具有纯度高、结晶好、粒度均匀、发光稳定的特点，但荧光粉量子效率较低，制备温度要求较高。

技术实现要素：

针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种绿色荧光粉及制备方法，所述的这种绿色荧光粉及制备方法要解决现有技术中的绿色荧光粉发光效率、光亮度达不到实用要求，而且工艺不易控制的技术问题；同时要解决荧光粉量子效率较低，制备温度要求较高的技术问题。

本发明提供了一种绿色荧光粉，其化学特征表达式为Sr9-xMg1.5(PO4)7:xTb³⁺，其中0<x≤0.3。

本发明提供了上述的一种绿色荧光粉的制备方法，按照摩尔比称取Sr、Mg、Tb对应的化合物与磷酸盐，混合均匀，研磨50-120min后加入一个反应容器，在1100-1300℃的CO或氮氢混合气氛的高温炉中煅烧5-10个小时，自然冷却并研磨成粉末，即得到单基质磷酸盐发绿光荧光粉，化学特征表达式为Sr9-xMg1.5(PO4)7:xTb³⁺，其中0<x≤0.3。

进一步的，所述的 Sr²⁺、Mg²⁺的化合物选自其碳酸盐、硝酸盐、氧化物中的任意一种或者一种以上的组合；含有PO4^3-的化合物选自磷酸三铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵中的任意一种或者一种以上的组合；含有Tb³⁺的化合物选自氧化物或者硝酸盐中的任意一种。

磷酸盐是一类发光性能良好的基质材料，它的制备温度低、发光效率高、物理化学性质稳定、能有效的吸收紫外光子能量。因此，对于获得合成温度低、发光效率高、物理化学性能更加稳定，制备工艺简单的绿色荧光粉具有非常重要的意义。

本发明和已有技术相比，其技术进步是显著的。本发明解决了现有技术中的荧光粉量子效率较低的问题，通过本发明的方法制备的荧光粉量子效率较高，绿光可调，方法简单，相关工艺成熟、稳定、成本低，且本发明制备出的荧光粉性能优良，适用于批量稳定生产出荧光粉产品。

附图说明

图1为本发明的Sr9-xMg1.5(PO4)7: 0.1Tb³⁺的X射线衍射谱图。

图2为本发明的Sr9-xMg1.5(PO4)7: 0.3Tb³⁺的发射光谱。

图3为本发明的Sr9-xMg1.5(PO4)7: 0.01Tb³⁺的色度坐标图。

具体实施方式

实施例1：

一种绿色荧光粉Sr9-xMg1.5(PO4)7: xTb³⁺（x=0.01）的制备方法，包括如下步骤：

a. 称取碳酸锶3.2032 g，碱式碳酸镁0.3446 g，氧化铽0.0064 g，磷酸二氢铵0.5602 g，置于研钵中；

b. 将a所得混合物研磨50min，然后加入酒精研磨60min；

c. 将b所得混合物放入坩埚舟中将坩埚置于双温区管式炉中，在CO还原气氛下1300℃煅烧9小时后，自然冷却并研磨成粉末，即得到单基质磷酸盐发绿光荧光粉。

Sr9-xMg1.5(PO4)7: xTb³⁺（x=0.01）在230nm紫外光的激发下，发射光谱的发射主峰位于 544nm，绿光发射强烈且纯正。附图3为该实施例中Sr9-xMg1.5(PO4)7: 0.01Tb³⁺的色度坐标图，由图可知所制备的绿色荧光粉的色度坐标为（0.271，0.409）。

实施例2：

一种绿色荧光粉Sr9-xMg1.5(PO4)7: xTb³⁺（x=0.05）的制备方法，包括如下步骤：

a.称取碳酸锶3.1766 g，碱式碳酸镁0.3558 g，硝酸铽0.1329 g，磷酸二氢铵0.5790 g，置于研钵中；

b.将a所得混合物研磨120min，然后加入酒精再研磨50min；

d. 将b所得混合物放入坩埚舟中并置于双温区管式炉中，在CO还原气氛下1200℃煅烧8小时后，自然冷却并研磨成粉末，即得到单基质磷酸盐发绿光荧光粉。

Sr9-xMg1.5(PO4)7: xTb³⁺（x=0.05）在230nm紫外光的激发下，发射光谱的发射主峰位于 544nm，绿光发射强烈且纯正，所制备的绿色荧光粉的色度坐标为（0.276，0.423）。

实施例3：

一种绿色荧光粉Sr9-xMg1.5(PO4)7: xTb³⁺（x=0.1）的制备方法，包括如下步骤：

a.称取碳酸锶3.1407 g，碱式碳酸镁0.3708 g，氧化铽0.0693 g，磷酸二氢铵0.6042 g，置于研钵中；

b.将a所得混合物研磨70 min，然后加入丙酮研磨50 min；

c.将b所得混合物放入坩埚舟中并置于双温区管式炉中，在CO还原气氛下1100℃煅烧10小时后，自然冷却并研磨成粉末。

附图1为该实施例的X射线衍射图谱，所有发射谱线均与Sr9Mg1.5(PO4)7标准出峰位置一致。所得的晶体为单一的Sr9Mg1.5(PO4)7: Tb³⁺三方晶体，Tb³⁺在晶体中取代了Sr³⁺的位置，其结构不发生变化，不含其它杂相。Sr9-xMg1.5(PO4)7: xTb³⁺（x=0.1）在230nm紫外光的激发下，发射光谱的发射主峰位于 544nm，绿光发射强烈且纯正，所制备的绿色荧光粉的色度坐标为（0.278，0.456）。

实施例4：

一种绿色荧光粉Sr9-xMg1.5(PO4)7: xTb³⁺（x=0.2）的制备方法，包括如下步骤：

a.锶2.0573 g，碳酸镁0.2471 g，氧化铽0.0797 g，磷酸二氢铵1.2157 g，置于研钵中；

b.将a所得混合物研磨110min，然后加入丙酮研磨40min；

c.将b所得混合物放入坩埚舟中并置于双温区管式炉中，在CO还原气氛下1300℃煅烧5小时后，自然冷却并研磨成粉末，即得到单基质磷酸盐发绿光荧光粉。

Sr9-xMg1.5(PO4)7: xTb³⁺（x=0.2）在230nm紫外光的激发下，发射光谱的发射主峰位于 544nm，绿光发射强烈且纯正，所制备的绿色荧光粉的色度坐标为（0.281，0.473）。

实施例5：

一种绿色荧光粉Sr9-xMg1.5(PO4)7: xTb³⁺（x=0.3）的制备方法，包括如下步骤：

a.碳酸锶2.9590 g，碳酸镁0.4024 g，氧化铽0.2519 g，磷酸二氢铵0.7319 g，置于研钵中；

b.将a所得混合物研磨120min，然后加入丙酮研磨60min；

c.将b所得混合物放入坩埚舟中并置于双温区管式炉中，在CO还原气氛下1300℃煅烧6小时后，自然冷却并研磨成粉末，即得到单基质磷酸盐发绿光荧光粉。

附图2为该实施例中Sr9-xMg1.5(PO4)7: 0.3Tb³⁺的发射光谱，在230nm紫外光的激发下，具有很高发光强度，得到发射波长为545nm的荧光粉。所制备的绿色荧光粉的色度坐标为（0.283，0.491）。