一种发光特性可控的荧光粉制备方法及所得荧光粉与流程

文档序号:16533337发布日期:2019-01-05 10:57阅读:322来源:国知局
一种发光特性可控的荧光粉制备方法及所得荧光粉与流程

本发明涉及一种发光特性不同的一系列荧光粉的制备方法,具体涉及一种工艺简单、荧光粉发光特性可控的制备方法,还涉及发光特性不同的、发光波段从红光至绿光连续可调的一系列荧光粉,属于荧光粉及其制备技术领域。



背景技术:

硅酸盐基发光材料具有良好的化学稳定性及热稳定性、较高的光转换效率、较宽的激发带谱,且硅酸盐的原料来源丰富、合成工艺简单,因此一直是设计与开发的研究热点。铕离子掺杂硅酸盐荧光粉如eu2+离子发光的214相(m2sio4,m=ca,sr或ba)与315相(m3sio5,m=ca,sr或ba)由于具有宽的色域调整范围,良好的热稳定性,已逐步引起了大家的广大重视(us6429583,us6809347)。然而,eu2+离子掺杂的硅酸盐体系荧光粉在黄绿光区域色彩饱和度较高,在橙红区域一般需要借助高掺来改良相应发射特性,进而带来低的荧光猝灭温度等一系列问题。一般用来实现发光需求的手段是在体系内搭配不同基质材料的荧光粉,如利用紫外三基色法配制白光。但是多基质荧光粉间存在颜色再吸收、能量损耗大、配比难调控及不同基质的老化速率不同等问题,导致效率和色彩还原性受到影响且成本增加。所以单一基质材料实现光输出性能的可控调整成为了追求目标。

eu3+离子一般以5d0→7f1和5d0→7f2跃迁产生的红光发射为主,色纯度高,且浓度与温度猝灭较小。在硅酸盐基质中,结合eu2+离子常见的蓝绿光发射与eu3+离子的红光发射,可以有效实现宽波段的色域调制。然而,在高温固相烧结法、溶胶凝胶法和共燃烧法等目前常用的硅酸盐基发光材料制备方法中,eu3+离子极易在弱还原气氛中被还原为eu2+离子,因此难以实现eu2+与eu3+离子共存,更难以实现eu2+与eu3+离子掺杂比例的可控调制。

目前,报道中涉及eu2+与eu3+离子掺杂比例的调控技术,存在制备工艺复杂、条件可调性小、荧光粉发光特性不可控等不足。例如,文献1(rscadv.,2017,7,1711)中荧光粉是在弱还原气氛下经三次烧结达到eu2+与eu3+离子共存的状态,制备工艺复杂且难以调控离子掺杂比例;文献2(angew.chem.int.ed.,2015,54,11501-11503)为了实现eu2+与eu3+离子掺杂比例的调控,需要在真空条件使用特殊还原剂并需要控制温度梯度。



技术实现要素:

针对现有技术存在的不足,本发明提供了一种发光特性可控的荧光粉制备方法,该方法工艺简单、调节范围广、可控性高,通过荧光粉原料以及微波弱还原法可以得到一系列发光波段可控的eu2+,eu3+双掺杂的硅酸盐荧光粉。

本发明还提供了上述方法得到的一系列eu2+,eu3+双掺杂的硅酸盐荧光粉,该系列荧光粉制备过程可控,发光波段可从红光调节至绿光,能够满足不同的光输出特性需求,具有较广的应用前景。

本发明具体技术方案如下:

一种发光特性可控的荧光粉制备方法,该方法包括以下步骤:

(1)根据(eu3+x+ya+ym1-x-2y)2sio4的分子式,按照eu:a:m:si=2(x+y):2y:2(1-x-2y):1的摩尔比称取eu源、a源、m源、si源,将各原料混合均匀,经压制成块、预烧结、研磨成粉,得预烧结粉体,再经压制成块、再烧结、研磨成粉,得(eu3+x+ya+ym1-x-2y)2sio4荧光粉;

(2)将步骤(1)得到的(eu3+x+ya+ym1-x-2y)2sio4荧光粉在吸波剂的存在下进行微波处理,将部分eu3+还原为eu2+,通过微波控制,得到分子式为(eu2+xeu3+ya+ym1-x-2y)2sio4、发光波段为红光至绿光变化的一系列荧光粉,荧光粉的分子式可以简写为m2sio4:eu2+,eu3+

进一步的,上述方法根据(eu3+x+ya+ym1-x-2y)2sio4荧光粉的不同以及eu3+被还原程度的不同,可以得到一系列的荧光粉,也可以称为eu2+,eu3+双掺杂的硅酸盐荧光粉,简称荧光粉。该系列荧光粉能够实现红光至绿光的发光波段,发光波段范围广,能够满足不同发光波段要求。

进一步的,本发明(eu2+xeu3+ya+ym1-x-2y)2sio4荧光粉中,优选的,x=0-0.1(不包括0),y=0-0.1,x+y=0-0.2(不包括0),即eu2+的掺加量为0-10at.%(不包括0),eu3+的掺加量为0-10at.%,eu2+、eu3+的总掺加量为0-20at.%。

进一步的,m元素为ca、sr和ba中的至少一种,优选为ca和sr。a元素为li、na和k中的至少一种,优选为li,a元素的作用是用于电荷补偿。

进一步的,步骤(1)中,所述eu源为氧化铕(eu2o3)、氯化铕(eucl3)、硫酸铕(eu2(so4)3)、硝酸铕(eu(no)3)、碳酸铕(eu2(co3)3)和乙酸铕(eu(ch2cooh)3)等中的至少一种,优选为eu2o3。

进一步的,步骤(1)中,所述a源为a的卤化物(ax,x=cl,br,i)、a的硫酸盐(a2so4)、a的硝酸盐(ano3)、a的碳酸盐(a2co3)、a的乙酸盐(ach2cooh)、a的氢氧化物(aoh)等中的至少一种,优选为a的碳酸盐,例如,当a为li、na、k时,a源优选为碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾,最优选为碳酸锂。

进一步的,步骤(1)中,所述m源为m的卤化物(mx2,x=cl,br,i)、m的硫酸盐(mso4)、m的硝酸盐(m(no3)2)、m的碳酸盐(mco3)、m的乙酸盐(m(ch2cooh)2)、m的氢氧化物(m(oh)2)等中的至少一种,优选为m的碳酸盐,例如,当m为ca、sr、ba时,m源优选为碳酸钙、碳酸锶、碳酸钡,最优选为碳酸钙和碳酸锶。

进一步的,步骤(1)中,所述si源为二氧化硅(sio2)、四氯化硅(sicl4)、碳酸硅(si(co3)2)、正硅酸四乙酯(sic8h20o4)等中的至少一种,优选为二氧化硅。

进一步的,步骤(1)中,经过两步烧结得到(eu3+x+ya+ym1-x-2y)2sio4荧光粉,第一步烧结为预烧结,第二步烧结为再烧结。其过程是:先将eu源、a源、m源、si源混合均匀,压制成块,然后升温进行预烧结,预烧结后研磨成粉,再次压制成块,然后升温进行再烧结,再烧结后研磨成粉,得到(eu3+x+ya+ym1-x-2y)2sio4荧光粉。优选的,各原料的混合方式为湿法混合,混合后在空气中干燥,所用的分散介质可以为醇溶液。优选的,预烧结的温度为800-1200℃,烧结时间一般为1-5h。优选的,再烧结的温度为1250-1650℃,烧结时间一般为3-10h。进一步的,步骤(1)中,各原料的混合方式优选为酒精溶液湿混后干燥,湿混时间为1h,干燥方式优选为空气干燥。

进一步的,步骤(1)中,两次研磨均研磨至粉体粒径为0.5-15mm。

进一步的,步骤(2)中,通过微波弱还原方法对步骤(1)的(eu3+x+ya+ym1-x-2y)2sio4荧光粉进行还原,实现eu2+和eu3+离子比例的调整,进而实现可控的光输出特性,为满足不同发光需求荧光粉的制备提供有效手段。所述微波弱还原方法指的就是荧光粉在吸波剂存在下进行微波处理,实现eu3+的可控还原。

进一步的,步骤(2)中,微波频率为2-5ghz,功率优选为200-800w,时间优选为1-10min。

进一步的,步骤(2)中,所述吸波剂为碳粉、铁氧体、碳化硅和氧化锆等中的至少一种,优选为碳粉。

进一步的,步骤(2)中,所述吸波剂和(eu3+x+ya+ym1-x-2y)2sio4荧光粉不进行混合,即两者单独放置,通过对这两者的微波处理使荧光粉处于吸波剂的气氛中,从而实现eu3+的还原。可以采用特殊结构的微波反应装置来实现吸波剂和荧光粉的单独放置,优选的,微波反应装置为双层反应器,所述双层反应器包括外层壳体和同轴设置于外层壳体内的内层壳体,所述(eu3+x+ya+ym1-x-2y)2sio4荧光粉放于内层壳体中,所述吸波剂放于内层壳体和外层壳体之间的夹层中,其结构可以参照图1。

进一步的,步骤(2)中,双层反应器的外层壳体和内层壳体优选为允许微波透过的材料,例如刚玉坩埚,双层反应器的形状近似为柱形。

进一步的,步骤(2)中,优选吸波剂的加入量为(eu3+x+ya+ym1-x-2y)2sio4荧光粉质量的5-50倍。

进一步的,按照上述方法可以得到一系列发光波段从红光至绿光变化的荧光粉,分子式为(eu2+xeu3+ya+ym1-x-2y)2sio4,简写为m2sio4:eu2+,eu3+。该系列荧光粉也在本发明保护范围之内。该系列荧光粉所属空间群为pna21。

进一步的,所述荧光粉的激发波长为350-430nm,发射波长覆盖450-750nm。

进一步的,所述荧光粉的平均粒径为0.5-15μm。

本发明具有以下优势:

1、本发明通过荧光粉组分的选择、同时借助eu2+与eu3+离子不同的荧光光谱特性来实现对硅酸盐荧光粉发光特性的调整,并利用微波弱还原方法控制eu2+与eu3+离子的含量,进一步实现对荧光粉发射光谱中绿色(eu2+离子)与红色(eu3+离子)成分含量的可控调控。

2、本发明荧光粉的制备工艺简化、快速、能耗较低,工艺参数易于控制与调节,条件控制简单且可调节范围大,可以实现荧光粉光输出性能的可控调制,满足不同的发光需求。荧光粉生产周期短,生产效率高,对设备及条件的要求较低,利于实现材料器件一体化和集成化设计,因此具有产业化和批量生产的潜力。

附图说明

图1、本发明微波反应装置示意图。

图2、实施例1-4中m2sio4:eu2+,eu3+荧光粉的x射线粉末衍射数据。

图3、实施例1中m2sio4:eu2+,eu3+荧光粉的发射光谱,激发波长为395nm。

图4、实施例2中m2sio4:eu2+,eu3+荧光粉的发射光谱,激发波长为395nm。

图5、实施例3中m2sio4:eu2+,eu3+荧光粉的发射光谱,激发波长为395nm。

图6、实施例4中m2sio4:eu2+,eu3+荧光粉的发射光谱,激发波长为395nm。

图7、实施例5中m2sio4:eu2+,eu3+荧光粉的发射光谱,激发波长为395nm。

图8、实施例1-5中m2sio4:eu2+,eu3+荧光粉及实施例6的色坐标cie1931。

具体实施方式

下面通过附图和具体实施例对本发明进行进一步说明,下述说明仅是示例性的,并不对其内容进行限制。

实施例1

制备(eu2+0.005eu3+0.045a+0.045m0.905)2sio4荧光粉,步骤如下:

以eu2o3、li2co3、caco3、sr(no3)2和sio2作为初始原料,按照eu:li:(ca+sr):si的摩尔比为0.1:0.09:1.81:1进行配料,将各原料利用酒精溶液湿混1h,在室温下利用通风橱干燥后,得到均匀的混合粉体;

把混合粉体在40mpa下压制成块,放入刚玉坩埚中,在空气气氛中1100℃烧结2h,研磨后压制成块,再在空气气氛中1450℃烧结6h,降至室温,研磨至平均粒径为0.5-15μm。

将上述粉体放入小刚玉坩埚中,搭盖小刚玉坩埚盖(非密封),将小刚玉坩埚放入放有碳粉大刚玉坩埚中,盖好盖子作为微波双层反应器,粉体与碳粉的质量比为1:5,将刚玉坩埚放入家用变频微波炉(频率2.45ghz)中,200w处理1min,自然冷却至室温,研磨后得到(eu2+0.005eu3+0.045a+0.045m0.905)2sio4荧光粉,荧光粉平均粒径为0.5-15μm。

所得荧光粉经xps确定组分为(eu2+0.005eu3+0.045a+0.045m0.905)2sio4;如图2所示,荧光粉物相与理论衍射匹配,空间群为pna21;如图3所示,其发射主峰位于580.5nm/590nm/594nm/613nm/620nm/623nm/704nm;如图8所示,其cie色坐标为(0.60378,0.35996),对应红色。

实施例2

制备(eu2+0.02eu3+0.1a+0.1m0.78)2sio4荧光粉,步骤如下:

以eu2o3、li2co3、caco3、baco3和sic8h20o4作为初始原料,按照eu:li:(ca+ba):si的摩尔比为0.24:0.2:1.56:1进行配料,将各原料利用酒精溶液湿混1h,在室温下利用通风橱干燥后,得到均匀的混合粉体;

把混合粉体在40mpa下压制成块,放入刚玉坩埚中,在空气气氛中800℃烧结5h,研磨后压制成块,再在空气气氛中1300℃烧结10h,降至室温,研磨至平均粒径为0.5-15μm。

将上述粉体放入小刚玉坩埚中,搭盖小刚玉坩埚盖(非密封),将小刚玉坩埚放入放有碳化硅粉大刚玉坩埚中,盖好盖子作为微波双层反应器,粉体与碳化硅粉的质量比为1:10,将刚玉坩埚放入家用变频微波炉中,600w处理2min,自然冷却至室温,研磨后得到(eu2+0.02eu3+0.1a+0.1m0.78)2sio4荧光粉,荧光粉平均粒径为0.5-15μm。

所得荧光粉经xps确定组分为(eu2+0.02eu3+0.1a+0.1m0.78)2sio4;如图2所示,荧光粉物相与理论衍射匹配,空间群为pna21;如图4所示,其发射峰位于502nm/580.5nm/590nm/594nm/613nm/620nm/623nm/704nm,发射波段覆盖450-750nm;如图8所示,其cie色坐标为(0.50486,0.41010),对应橙色。

实施例3

制备(eu2+0.1eu3+0.08a+0.08m0.74)2sio4荧光粉,步骤如下:

以eu2o3、k2co3、caco3、srco3和sio2作为初始原料,按照eu:k:(ca+sr):si的摩尔比为0.36:0.16:1.48:1进行配料,将各原料利用酒精溶液湿混1h,在室温下利用通风橱干燥后,得到均匀的混合粉体;

把混合粉体在40mpa下压制成块,放入刚玉坩埚中,在空气气氛中1100℃烧结3h,研磨后压制成块,再在空气气氛中1450℃烧结6h,降至室温,研磨至平均粒径为0.5-15μm。

将上述粉体放入小刚玉坩埚中,搭盖小刚玉坩埚盖(非密封),将小刚玉坩埚放入放有碳粉大刚玉坩埚中,盖好盖子作为微波双层反应器,粉体与碳粉的质量比为1:50,将刚玉坩埚放入家用变频微波炉中,400w处理7min,自然冷却至室温,研磨后得到(eu2+0.1eu3+0.08a+0.08m0.74)2sio4荧光粉,荧光粉平均粒径为0.5-15μm。

所得荧光粉经xps确定组分为(eu2+0.1eu3+0.08a+0.08m0.74)2sio4;如图2所示,荧光粉物相与理论衍射匹配,空间群为pna21;如图5所示,其发射峰位于502nm/580.5nm/590nm/594nm/613nm/620nm/623nm/704nm,发射波段覆盖450-750nm;如图8所示,其cie色坐标为(0.42081,0.43610),对应黄色。

实施例4

制备(eu2+0.08eu3+0.02a+0.02m0.88)2sio4荧光粉,步骤如下:

以eu2o3、li2co3、caco3、srco3和sio2作为初始原料,按照eu:li:(ca+sr):si的摩尔比为0.2:0.04:1.76:1进行配料,将各原料利用酒精溶液湿混1h,在室温下利用通风橱干燥后,得到均匀的混合粉体;

把混合粉体在40mpa下压制成块,放入刚玉坩埚中,在空气气氛中1100℃烧结2h,研磨后压制成块,再在空气气氛中1650℃烧结3h,降至室温,研磨至平均粒径为0.5-15μm。

将上述粉体放入小刚玉坩埚中,搭盖小刚玉坩埚盖(非密封),将小刚玉坩埚放入放有碳粉大刚玉坩埚中,盖好盖子作为微波双层反应器,粉体与碳粉的质量比为1:25,将刚玉坩埚放入家用变频微波炉中,600w处理8min,自然冷却至室温,研磨后得到(eu2+0.08eu3+0.02a+0.02m0.88)2sio4荧光粉,荧光粉平均粒径为0.5-15μm。

所得荧光粉经xps确定组分为(eu2+0.08eu3+0.02a+0.02m0.88)2sio4;如图2所示,荧光粉物相与理论衍射匹配,空间群为pna21;如图6所示,其发射峰位于510nm/580.5nm/590nm/594nm/613nm/620nm/623nm/704nm,发射波段覆盖450-750nm;如图8所示,其cie色坐标为(0.36113,0.46963),对应黄绿色。

实施例5

制备(eu2+0.009eu3+0.001a+0.001m0.989)2sio4荧光粉,步骤如下:

以eu2co3、k2co3、caco3、srco3和sio2作为初始原料,按照eu:li:(ca+sr):si的摩尔比为0.02:0.002:1.978:1进行配料,将各原料利用酒精溶液湿混1h,在室温下利用通风橱干燥后,得到均匀的混合粉体;

把混合粉体在40mpa下压制成块,放入刚玉坩埚中,在空气气氛中1200℃烧结1h,研磨后压制成块,再在空气气氛中1450℃烧结8h,降至室温,研磨至平均粒径为0.5-15μm。

将上述粉体放入小刚玉坩埚中,搭盖小刚玉坩埚盖(非密封),将小刚玉坩埚放入放有氧化锆粉大刚玉坩埚中,盖好盖子作为微波双层反应器,粉体与氧化锆粉的质量比为1:20,将刚玉坩埚放入家用变频微波炉中,800w处理10min,自然冷却至室温,研磨后得到(eu2+0.009eu3+0.001a+0.001m0.989)2sio4荧光粉,荧光粉平均粒径为0.5-15μm。

所得荧光粉经xps确定组分为(eu2+0.009eu3+0.001a+0.001m0.989)2sio4,其物相属于空间群pna21;如图7所示,其发射峰位于515nm;如图8所示,其cie色坐标为(0.27698,0.52531),对应绿色。

实施例6

按照实施例4的方法制备荧光粉,不同的是,荧光粉的分子式为(eu2+0.1eu3+0.06a+0.06m0.78)2sio4。

用该荧光粉制备发光器件,发光器件的主要工作部件为(eu2+0.1eu3+0.06a+0.06m0.78)2sio4荧光粉和发射波长为395nm的蓝光led芯片;发光器件制备方法如下:

将硅树脂与实施例3得到的(eu2+0.1eu3+0.06a+0.06m0.78)2sio4荧光粉按质量比1:1混合均匀,均匀旋涂在395nm的蓝光led芯片上,干燥固化,即得白光led发光器件。本实施例中无需添加其他的荧光粉,当此器件接通电源后,利用蓝光led发出的蓝光和荧光粉吸收蓝光所发出的荧光即可实现白光输出。

如图8所示,所得发光器件cie色坐标为(0.3900,0.3882),显色指数可达82.8,相关色温3975k。

实施例7

制备(eu2+0.003eu3+0.002a+0.002m0.993)2sio4荧光粉,步骤如下:

以eu2o3、li2co3、caco3、sr(no3)2和sio2作为初始原料,按照eu:li:(ca+sr):si的摩尔比为0.01:0.004:1.986:1进行配料,将各原料利用酒精溶液湿混1h,在室温下利用通风橱干燥后,得到均匀的混合粉体;

把混合粉体在40mpa下压制成块,放入刚玉坩埚中,在空气气氛中1100℃烧结2h,研磨后压制成块,再在空气气氛中1450℃烧结6h,降至室温,研磨至平均粒径为0.5-15μm。

将上述粉体放入小刚玉坩埚中,搭盖小刚玉坩埚盖(非密封),将小刚玉坩埚放入放有碳粉大刚玉坩埚中,盖好盖子作为微波双层反应器,粉体与碳粉的质量比为1:5,将刚玉坩埚放入家用变频微波炉中,200w处理4min,自然冷却至室温,研磨后得到(eu2+0.003eu3+0.002a+0.002m0.993)2sio4荧光粉,荧光粉平均粒径为0.5-15μm。

所得荧光粉经xps确定组分为(eu2+0.003eu3+0.002a+0.002m0.993)2sio4,其物相属于空间群pna21;其发射峰位于503nm/580.5nm/590nm/594nm/613nm/620nm/623nm/704nm,发射波段覆盖450-750nm,cie色坐标为(0.40823,0.44196),对应黄色。

实施例8

制备(eu2+0.08eu3+0.04a+0.04m0.84)2sio4荧光粉,步骤如下:

以eu2o3、li2co3、caco3、baco3和sic8h20o4作为初始原料,按照eu:li:(ca+ba):si的摩尔比为0.24:0.08:1.68:1进行配料,将各原料利用酒精溶液湿混1h,在室温下利用通风橱干燥后,得到均匀的混合粉体;

把混合粉体在40mpa下压制成块,放入刚玉坩埚中,在空气气氛中800℃烧结5h,研磨后压制成块,再在空气气氛中1300℃烧结10h,降至室温,研磨至平均粒径为0.5-15μm。

将上述粉体放入小刚玉坩埚中,搭盖小刚玉坩埚盖(非密封),将小刚玉坩埚放入放有铁氧体粉大刚玉坩埚中,盖好盖子作为微波双层反应器,粉体与铁氧体粉的质量比为1:10,将刚玉坩埚放入家用变频微波炉中,600w处理7min,自然冷却至室温,研磨后得到(eu2+0.08eu3+0.04a+0.04m0.84)2sio4荧光粉,荧光粉平均粒径为0.5-15μm。

所得荧光粉经xps确定组分为(eu2+0.08eu3+0.04a+0.04m0.84)2sio4,其物相属于空间群pna21;其发射峰位于508nm/580.5nm/590nm/594nm/613nm/620nm/623nm/704nm,发射波段覆盖450-750nm,cie色坐标为(0.38647,0.44915),对应黄绿色。

实施例9

制备(eu2+0.07eu3+0.08a+0.08m0.77)2sio4荧光粉,步骤如下:

以eu2o3、k2co3、caco3、srco3和sio2作为初始原料,按照eu:k:(ca+sr):si的摩尔比为0.3:0.16:1.54:1进行配料,将各原料利用酒精溶液湿混1h,在室温下利用通风橱干燥后,得到均匀的混合粉体;

把混合粉体在40mpa下压制成块,放入刚玉坩埚中,在空气气氛中900℃烧结2h,研磨后压制成块,再在空气气氛中1250℃烧结6h,降至室温,研磨至平均粒径为0.5-15μm。

将上述粉体放入小刚玉坩埚中,搭盖小刚玉坩埚盖(非密封),将小刚玉坩埚放入放有铁氧体粉大刚玉坩埚中,盖好盖子作为微波双层反应器,粉体与铁氧体粉的质量比为1:50,放入家用变频微波炉中,400w处理7min,自然冷却至室温,研磨后得到(eu2+0.07eu3+0.08a+0.08m0.77)2sio4荧光粉,荧光粉平均粒径为0.5-15μm。

所得荧光粉经xps确定组分为(eu2+0.07eu3+0.08a+0.08m0.77)2sio4,其物相属于空间群pna21;其发射峰位于502nm/580.5nm/590nm/594nm/613nm/620nm/623nm/704nm,发射波段覆盖450-750nm,cie色坐标为(0.53352,0.39640),对应橙色。

以上实施例是对本发明具体实施方式的列举,当然本发明还可有其它多种实施例,在不背离本发明精神及其实质的情况下,熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形,但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

当前第1页1 2 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1