一种近紫外有效激发的绿色荧光粉及其制备方法和应用与流程

本发明属于绿色荧光粉领域，具体涉及一种近紫外有效激发的绿色荧光粉及其制备方法和应用。

背景技术：

近年来，宽禁带ganled紫外芯片制造技术得到快速发展，目前从254-400nm的led芯片均可以制造出来，尤其是330-400nm的紫外芯片技术更加成熟，可以作为紫外白光和特种光源开发的激发光源。

目前已经研发了一些绿色荧光粉，但是存在着发光效率低，激发光源不匹配，发光色温漂移大等问题，尤其蓝光激发的绿粉其光效普遍是偏低的。

因此，有必要研究一种适合于近紫外激发的宽谱高光效绿色荧光粉。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种近紫外有效激发的绿色荧光粉，所述绿色荧光粉具有粒径小、发光效率高、能量利用率高、易于制备的优点，对于光致发光领域有着巨大的市场前景及应用价值。

本发明还提供了所述绿色荧光粉的制备方法，具有操作简单、条件温和易控制、制备效率高、能耗少、适合大规模生产的优点。本发明还提供了所述的绿色荧光粉在白光led技术和多级绿色激发光源中的应用。

本发明采用以下技术方案：

一种近紫外有效激发的绿色荧光粉，所述绿色荧光粉的组成表达式为y3-xal5o12:xce³⁺，x为ce³⁺离子取代y³⁺离子的掺杂摩尔数，x＝0.06-0.09。更优选的，x＝0.08。

优选的，绿色荧光粉的平均粒径为30-300nm，粒度大小可以进行有效调控。

优选的，绿色荧光粉的激发波长为330-350nm；更优选的，绿色荧光粉的激发波长为342nm。

优选的，绿色荧光粉的发射波长为520-580nm；更优选的，绿色荧光粉的发射波长为542nm。

优选的，发光光谱的半高宽为50-70nm。

所述的绿色荧光粉的制备方法，包括以下步骤：

1)按照y3-xal5o12:xce³⁺的化学计量比称取氧化钇、氧化铈和氧化铝；

2)将步骤1)中称量好的氧化钇、氧化铈和氧化铝混合，并加入柠檬酸和稀硝酸，进行加热反应，得到凝胶；

3)将步骤2)得到的凝胶进行干燥，得到蓬松泡沫状固体；

4)将步骤3)得到的蓬松泡沫状固体进行烧结，退火，得到绿色荧光粉。

优选的，步骤1)中，x为ce³⁺离子取代y³⁺离子的掺杂摩尔数，x＝0.06-0.09。更优选的，x＝0.08。

优选的，步骤2)中，加热反应的温度为60-80℃，加热反应的时间为4-12h。更优选的，加热反应的温度为80℃，加热反应的时间为6-8h。

在步骤2)中，柠檬酸为助溶剂，本领域技术人员可以根据实际需要调整柠檬酸的用量。

优选的，步骤2)中，稀硝酸的浓度为10-30％。更优选的，稀硝酸的浓度为25％。

在步骤2)中，稀硝酸主要是用来溶解氧化钇、氧化铈和氧化铝，本领域技术人员可以根据实际需要调整稀硝酸的体积。

优选的，步骤2)中，还可以添加有机溶剂或乙酸，颗粒度大小可以有效调控，颗粒尺寸在30-300nm范围内可调。

优选的，步骤3)中，采用两步优化法对凝胶进行干燥，第一步在60-90℃温度下进行预烘干处理，预烘干处理的时间为4-12h；第二步在110-130℃温度下进行稳固烘干处理，稳固烘干处理的时间为8-24h。

更优选的，第一步在80℃温度下进行预烘干处理，预烘干处理的时间为6-8h；第二步在120℃温度下进行稳固烘干处理，稳固烘干处理的时间为12-16h。

预烘干处理有利于离子的缩聚，提高均匀性，再进行稳固烘干处理，即可使凝胶充分烘干，得到蓬松泡沫状固体。

优选的，步骤4)中，采取分段处理法进行烧结，第一阶段在300-400℃温度下进行预烧结处理，预烧结处理时间为0.5-2h；第二阶段在700-900℃温度下进行高温烧结处理，高温烧结处理时间为3-5h。

更优选的，第一阶段在350℃温度下进行预烧结处理，预烧结处理时间为1h；第二阶段在900℃温度下进行高温烧结处理，高温烧结处理时间为4h。

采取分段处理法进行烧结可以节省烧结时间，降低能耗，烧结所得产物的均匀性更好，材料结构的形成和颗粒均匀度比较理想，颗粒度大小可以有效调控。

所述绿色荧光粉可以用在以330-350nm波段近紫外芯片激发的白光led技术上，也可以用作多级绿色激发光源。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

1.本发明采用自主创新的溶胶-凝胶法制备的近紫外有效激发的绿色荧光粉颗粒尺寸小，可以达到纳米级别，且纯度高、均匀度高。

2.本发明提供的近紫外有效激发的绿色荧光粉，具有发光效率高、发光均匀不刺眼、能量利用率高、化学稳定性好的优点。

3.本发明提供的近紫外有效激发的绿色荧光粉的制备方法工艺简单易于操作，采用自主创新的溶胶-凝胶法结合两步烘干和分段烧结的方法，使得溶胶-凝胶过程时间大大缩短1-2.5小时，而且颗粒度大小可以有效调控，颗粒尺寸在30-300nm范围内可调；预烘干处理有利于离子的缩聚，提高均匀性，再进行稳固烘干处理，即可使凝胶充分烘干，得到蓬松泡沫状固体；烧结温度低，耗时短，比固相法烧结温度低500℃以上。因此，制备过程所消耗的能量少，节省能耗和成本，对生产条件和设备要求不高，安全可控，适用于工业化生产。

4.本发明的绿色荧光粉可以用在以330-350nm波段近紫外芯片激发的白光led技术上，也可以用作多级绿色激发光源。

附图说明

图1为实施例1制备的y2.92al5o12:0.08ce³⁺近紫外有效激发的绿色荧光粉的扫描电镜图。

图2为实施例1制备的y2.92al5o12:0.08ce³⁺近紫外有效激发的绿色荧光粉的发射光谱图。

图3为实施例1制备的y2.92al5o12:0.08ce³⁺近紫外有效激发的绿色荧光粉的激发光谱图。

其中，图2和图3的纵坐标采用归一化法处理。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

一种组成表达式为y2.92al5o12:0.08ce³⁺的近紫外有效激发的绿色荧光粉的制备方法，包括以下步骤：

1)按照y2.92al5o12:0.08ce³⁺的化学计量比称取氧化钇、氧化铈和氧化铝；

2)将步骤1)中称量好的氧化钇、氧化铈和氧化铝混合，并加入柠檬酸和25％稀硝酸，在80℃温度下进行加热反应6h，得到凝胶；

3)采用两步优化法对步骤2)得到的凝胶进行干燥，第一步在80℃温度下进行预烘干处理，预烘干处理的时间为6h；第二步在120℃温度下进行稳固烘干处理，稳固烘干处理的时间为12h，得到蓬松泡沫状固体；

4)采取分段处理法对步骤3)得到的蓬松泡沫状固体进行烧结，第一阶段在350℃温度下进行预烧结处理，预烧结处理时间为1h；第二阶段在900℃温度下进行高温烧结处理，高温烧结处理时间为4h，退火，得到绿色荧光粉。

对制备得到的绿色荧光粉进行表征和光谱测试，测试结果如下：

图1为实施例1制得的绿色荧光粉的扫描电镜图，从图中可以看出，绿色荧光粉具有完整的石榴石型立方晶体系的结构，这是典型的yag型荧光粉的特性，还可以看出，这些颗粒基本都达到了纳米级别。

图2为实施例1制得的绿色荧光粉的发射光谱图，从图中可以看出，发射光谱峰值波长为542nm。

图3为实施例1制得的绿色荧光粉的激发光谱图，从图中可以看出，激发光谱峰值波长为342nm。

以上表征说明，实施例1制备的绿色荧光粉是适合于近紫外激发的宽谱高光效绿色荧光粉。

实施例2

一种组成表达式为y2.91al5o12:0.09ce³⁺的近紫外有效激发的绿色荧光粉的制备方法，包括以下步骤：

1)按照y2.91al5o12:0.09ce³⁺的化学计量比称取氧化钇、氧化铈和氧化铝；

2)将步骤1)中称量好的氧化钇、氧化铈和氧化铝混合，并加入柠檬酸和10％稀硝酸，在60℃温度下进行加热反应12h，得到凝胶；

3)采用两步优化法对步骤2)得到的凝胶进行干燥，第一步在60℃温度下进行预烘干处理，预烘干处理的时间为12h；第二步在110℃温度下进行稳固烘干处理，稳固烘干处理的时间为24h，得到蓬松泡沫状固体；

4)采取分段处理法对步骤3)得到的蓬松泡沫状固体进行烧结，第一阶段在300℃温度下进行预烧结处理，预烧结处理时间为2h；第二阶段在700℃温度下进行高温烧结处理，高温烧结处理时间为5h，退火，得到绿色荧光粉。

对制备得到的绿色荧光粉进行表征和光谱测试，所得产物具有完整的石榴石型立方晶体系的结构，发射光谱峰值波长为547nm，激发光谱峰值波长为344nm，是适合于近紫外激发的宽谱高光效绿色荧光粉。

实施例3

一种组成表达式为y2.94al5o12:0.06ce³⁺的近紫外有效激发的绿色荧光粉的制备方法，包括以下步骤：

1)按照y2.94al5o12:0.06ce³⁺的化学计量比称取氧化钇、氧化铈和氧化铝；

2)将步骤1)中称量好的氧化钇、氧化铈和氧化铝混合，并加入柠檬酸和30％稀硝酸，在70℃温度下进行加热反应8h，得到凝胶；

3)采用两步优化法对步骤2)得到的凝胶进行干燥，第一步在90℃温度下进行预烘干处理，预烘干处理的时间为4h；第二步在130℃温度下进行稳固烘干处理，稳固烘干处理的时间为8h，得到蓬松泡沫状固体；

4)采取分段处理法对步骤3)得到的蓬松泡沫状固体进行烧结，第一阶段在400℃温度下进行预烧结处理，预烧结处理时间为0.5h；第二阶段在800℃温度下进行高温烧结处理，高温烧结处理时间为3h，退火，得到绿色荧光粉。

对制备得到的绿色荧光粉进行表征和光谱测试，所得产物具有完整的石榴石型立方晶体系的结构，发射光谱峰值波长为538nm，激发光谱峰值波长为337nm，是适合于近紫外激发的宽谱高光效绿色荧光粉。