一种荧光粉及其制备方法与流程

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种荧光粉及其制备方法。

背景技术：

荧光粉在受到自然光、日光灯光、紫外光等照射后，把光能储存起来，在停止光照射后，再缓慢地以荧光的方式释放出来，所以在夜间或者黑暗处，仍能看到发光，持续时间长达几小时至十几小时。激发和发射波段的设计对于LED荧光粉、激光照明荧光粉、长距离夜视监控等都是十分重要，两者缺一不可。荧光粉的激发波段主要和稀土掺杂离子在不同基质中的进阶跃迁有关，目前主要通过在荧光粉基质中掺杂稀土元素来控制荧光粉的激发波段。

对于目前的许多荧光材料，本领域技术人员希望得到以可见光作为激发光源实现特定发射波长的荧光材料。然而，在现有的荧光材料中由于稀土离子特有的发光性质以及其较高的能级结构，使得实现荧光粉在可见光区范围内的激发变得十分困难。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种能够在可见光到近红外范围内被激发的荧光粉及其制备方法，通过采用窄带隙的基质材料掺杂稀土离子的方法淹没部分能级，实现荧光粉的激发波段向可见区范围内移动。

本发明的具体技术方案如下：

本发明提供了一种荧光粉，如式(Ⅰ)所示：

Bi₂O₃:xRe (Ⅰ)；

其中，Re为稀土元素，选自Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Eu和Lu中的一种或多种；

x为Re的掺杂摩尔量，0.001≤x≤0.1。

本发明还提供了一种上述荧光粉的制备方法，为：将含Bi化合物和含Re化合物混合，进行烧结，得到所述荧光粉；

其中，Re选自Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Eu和Lu中的一种或多种；

所述含Bi化合物和含Re化合物中Bi和Re的摩尔比为2:x；0.001≤x≤0.1。

优选的，所述含Bi化合物选自Bi的氧化物；

所述含Re化合物选自Re的氧化物和/或Re的硝酸盐。

优选的，所述Bi的氧化物为Bi₂O₃。

优选的，所述烧结的温度为600～1000℃。

优选的，所述烧结的时间为4～8h。

优选的，所述烧结的气氛为空气气氛。

优选的，所述烧结采用高温管式炉。

优选的，所述混合的容器为研钵。

本发明提供了一种荧光粉，其化学稳定性好，激发效率高，能在可见光区范围内被激发，发射红色到近红外多种色光。该荧光粉的化学组成表达式为Bi₂O₃:xRe，其中Re是掺杂到基体材料中的稀土元素，为Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或Lu；其制备原材料价格低廉，对设备要求低，制备工艺简单易行，可重复性好，得到的产品稳定性高，易于大规模推广和生产应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为实施例1中所制备的荧光粉的X射线衍射图；

图2为实施例1中所制备的荧光粉的漫反射谱；

图3为实施例1中所制备的荧光粉的激发光谱；

图4为实施例1中所制备的荧光粉的反射光谱；

图5为实施例2中所制备的荧光粉的漫反射谱；

图6为实施例2中所制备的荧光粉的激发光谱；

图7为实施例2中所制备的荧光粉的反射光谱；

图8为实施例3中所制备的荧光粉的激发光谱；

图9为实施例3中所制备的荧光粉的反射光谱；

图10为实施例4中所制备的荧光粉的激发光谱；

图11为实施例4中所制备的荧光粉的发射光谱；

图12为实施例5中所制备的荧光粉的激发光谱；

图13为实施例5中所制备的荧光粉的发射光谱。

具体实施方式

为了提供一种性能优异，能够在可见光到近红外范围内被激发的荧光粉，本发明通过采用窄带隙的基质材料掺杂稀土离子的方法淹没部分能级，实现荧光粉的激发波段向可见区范围内移动。

本发明提供了一种荧光粉，如式(Ⅰ)所示：

Bi₂O₃:xRe (Ⅰ)；

其中，Re为稀土元素，选自Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Eu和Lu中的一种或多种，更优选为Nd、Sm、Er、Tm或Eu；

x为Re的掺杂摩尔量，0.001≤x≤0.1，优选为0.001≤x≤0.08，更优选为0.003≤x≤0.07，最优选为x＝0.001、0.002、0.005或0.1。

本发明还提供了上述荧光粉的制备方法，为：将含Bi化合物和含Re化合物混合，进行烧结，得到所述荧光粉；

其中，Re选自Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Eu和Lu中的一种或多种；

所述含Bi化合物和含Re化合物中Bi和Re的摩尔比为2:x，0.001≤x≤0.1。

本发明对所述制备原料的来源并没有特殊的限制，为市售即可。在本发明中，含Bi化合物选自Bi的氧化物，最优选为Bi₂O₃；含Re化合物选自Re的氧化物或Re的硝酸盐，最优选为Re的氧化物。

进一步的，所述烧结的温度为600～1000℃，时间为4～8h。

进一步的，所述烧结的气氛为空气气氛。

进一步的，所述烧结采用高温管式炉，所述高温管式炉优选为马弗炉。

进一步的，所述混合的容器为研钵。

更进一步的，为提高烧制效果，在烧结前还可以对混合物进行预热，其温度优选为500～600℃，预热时间优选为2～3h。

下面将结合本发明说明书附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域技术人员应当理解，对本发明的具体实施例进行修改或者对部分技术特征进行同等替换，而不脱离本发明技术方案的精神，均应涵盖在本发明保护的范围中。

以下实施例中待测样品的X射线衍射检测采用北京普析XD-2X射线衍射仪；激发光谱检测采用爱丁堡FLS-980荧光光谱仪；漫反射光谱检测采用Evolution-220紫外可见分光光度计；激发光谱检测采用爱丁堡FLS-980荧光光谱仪。

实施例1

按照荧光粉的化学组成：Bi₂O₃:0.005Nd³⁺，分别称取Bi₂O₃和Nd₂O₃，其摩尔比例为1:0.005，充分混合并在研钵中研磨均匀后放进高温管式炉进行烧结，在800℃下空气环境中烧制6h，得到所述荧光粉。

对本实施例中得到的荧光粉进行分析，结果如图1～图4所示。图1的X射线衍射图证明得到氧化铋纯相；在图2的漫反射光谱图中500～850nm处出现了明显的吸收峰，说明所制备的荧光粉可被此范围内的波长有效激发；图3为1077nm波长检测下所得的激发光谱，图中在450～650nm中出现明显激发峰，说明该荧光粉可被可见光激发；图4为在577nm波长下激发所得的发射光谱，1077nm波长处显示出明显的发射峰，说明该荧光粉可发射近红外光。。

实施例2

按照荧光粉的化学组成：Bi₂O₃:0.005Er³⁺，分别称取Bi₂O₃和Er₂O₃，其摩尔比例为1:0.005，充分混合并在研钵中研磨均匀后放进高温管式炉进行烧结，在800℃下空气环境中烧制6h，得到所述荧光粉。

对本实施例中得到的荧光粉进行分析，结果如图5～图7所示。在图5的漫反射光谱图中500～850nm处出现了明显的吸收峰，说明所制备的荧光粉可被此范围内的波长有效激发；图6为1547nm波长下所得的激发光谱，在450～700nm处出现了明显激发峰，说明该荧光粉可被可见光激发；图7为在516nm波长下激发所得的发射光谱，图中在1547nm波长处显示出明显的发射峰，说明该荧光粉可发射近红外光。

实施例3

按照荧光粉的化学组成：Bi₂O₃:0.001Tm³⁺，分别称取Bi₂O₃和Tm₂O₃，其摩尔比例为1:0.001，充分混合并在研钵中研磨均匀后放进高温管式炉进行烧结，在800℃下空气环境中烧制6h，得到所述荧光粉。

对本实施例中得到的荧光粉进行分析，结果如图8和图9所示。图8为810nm波长下检测所得的激发光谱，在600～750nm处出现明显激发峰，说明该荧光粉可被可见光激发。图9为在673nm波长下激发所得的发射光谱，图中在810nm波长处显示出明显的发射峰，说明该荧光粉可发射近红外光。

实施例4

按照荧光粉的化学组成：Bi₂O₃:0.02Eu³⁺，分别称取Bi₂O₃和Eu₂O₃，其摩尔比例为1:0.02，充分混合并在研钵中研磨均匀后放进高温管式炉进行烧结，在800℃下空气环境中烧制6h，得到所述荧光粉。

对本实施例中得到的荧光粉进行分析，结果如图10和图11所示。图10为612nm波长下检测所得的激发光谱，图中在450～550nm中出现明显激发峰，说明该荧光粉可被可见光激发；图11为在465nm波长下激发所得的发射光谱，图中在612nm波长处显示出明显的发射峰，说明该荧光粉可发射红光。

实施例5

按照荧光粉的化学组成：Bi₂O₃:0.1Sm³⁺，分别称取Bi₂O₃和Sm₂O₃，其摩尔比例为1:0.1，充分混合并在研钵中研磨均匀后放进高温管式炉进行烧结，在800℃下空气环境中烧制6h，得到所述荧光粉。

对本实施例中得到的荧光粉进行分析，结果如图12和图13所示。图12为653nm波长下检测所得的激发光谱，图中在450～550nm中出现明显激发峰，说明该荧光粉可被可见光激发；图13为在490nm波长下激发所得的发射光谱，在653nm波长处显示出明显的发射峰，说明该荧光粉可发射红光。

以上所述实施例，均为本发明的部分实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他任何未背离本发明精神实质和基本原理而做的各种变形、简化、替代、改进、修饰及简单的组合和置换都属于本发明保护范围之内。