一种荧光粉及其制备方法与应用与流程
本发明涉及一种荧光粉及其制备方法与应用。
背景技术：
目前，获得白光led最常见的方式是通过将蓝色ingan芯片与黄色荧光粉(y3al5o12：ce3+(yag：ce3+))结合，两者发出的光混合而形成白光。但是，由于较低的显色指数(cri)和较高的相关色温(cct)，限制了这种方式的进一步应用。因此，这种策略不能长期有效地满足一般照明要求。上述问题可以通过将近紫外led芯片与蓝、绿、红三基色荧光粉相结合而得到解决。然而，在这种三基色荧光粉系统中，由于蓝色和绿色荧光粉存在强烈吸收蓝色发射光的问题，导致整个体系的发光效率相对较低。此外，该三基色荧光粉系统中的发光组件非常复杂且昂贵，并且难以控制色彩平衡。
与以上两种方法相比，将单个稀土离子掺杂到适当的发光基质中并通过单芯片激发是获得白光led最简单、最直接的方法。磷光体是一种发光基质，其发光方式为光致发光，通过基质中活性剂的发光颜色调节。研究表明，活化剂周围环境的变化对于4f和5d的能级具有不同程度的影响，从而可以改变活化剂的发光颜色以调节基体的发光。在基于磷光体的材料中，通过元素替代使主体晶格的整体性质或者晶格参数得到修改，从而实现活化剂的周围环境变化而改变磷光体基质中活化剂的发光颜色，引起可调谐/白光的发射。
我们知道，对于修改和优化基于磷光体的材料以满足各种照明要求而言，以可控制的模式调节光致发光是十分重要的技术。因此，对于磷光体的元素取代设计是开发具有所需性能的新型磷光体的有前途的方法。然而元素取代设计存在不同元素之间电荷、尺寸、配位数等不匹配的因素，导致通过该方法设计出来的化合物不能够稳定形成晶格。如何进行元素取代正是这种方法的难点与挑战。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明提供了一种荧光粉及其制备方法与应用。本发明的荧光粉通过在磷光体基质中掺杂铕离子而制备，能有效实现白光发射，具有发光强度高、易于制备的优点，在光致发光领域有着巨大的市场前景和应用价值。本发明的制备方法简单、原料价格低廉、设备要求低、重复性好、适合大规模生产。
本发明采用以下技术方案：
一种荧光粉，化学式为sr3-x-yla1+x(po4)3-x(sio4)x：yeu，其中，0.01≤x≤0.3；eu包括eu2+和eu3+，0.001≤y≤0.5。
优选地，x＝0.01、0.03、0.05、0.07、0.1、0.15、0.2、0.25、0.3。
优选地，y＝0.1。
本发明通过在基质中单掺杂铕离子实现白光发射。本发明中，eu包括eu2+和eu3+，即eu2+和eu3+这两种价态的铕离子同时存在。eu2+离子占据两种类型的sr发光中心，一是eu2+占据sro9格位发射位于大约420nm处的蓝光发射带，另一个是eu2+占据sro6格位发射位于大约510nm处的绿光发射带；eu3+占据lao6发光中心发射典型的红光发射峰。通过结合eu2+的蓝光与绿光和eu3+的红光得到白光。
本发明通过元素取代设计出sr3-xla1+x(po4)3-x(sio4)x作为基质，然后选择具有相同配位数、相似的尺寸、以及相近的电荷数的硅酸根和磷酸根，形成稳定的晶格。通过实验验证了该晶体结构在允许范围内没有发生实质性的大变，因此晶体结构保持不变。但硅酸根和磷酸根之间细微的差异，可以用于调节活化剂的微观环境，从而实现活化剂的周围环境变化，改变磷光体基质中活化剂的发光颜色而引起可调谐/白光的发射。
上述的荧光粉的制备方法，包括以下步骤：
(1)按化学式sr3-x-yla1+x(po4)3-x(sio4)x：yeu中的化学计量，将含sr2+的化合物、含la3+的化合物、磷酸盐化合物、含si4+的化合物、含eu的化合物于有机溶剂中混合均匀，得到前体；
(2)对前体进行干燥，得到干燥粉末；
(3)干燥粉末在还原性气氛中进行烧结，得到荧光粉。
优选地，所述含sr2+的化合物为srco3。
优选地，所述含la3+的化合物为la2o3。
优选地，所述磷酸盐化合物为(nh4)2hpo4。
优选地，所述含si4+的化合物为sio2。
优选地，所述含eu的化合物为eu2o3。
优选地，有机溶剂为无水乙醇。
优选地，混合均匀后对混合物进行研磨40-50分钟。
优选地，步骤(2)中，所述干燥在60-80℃进行1小时。
优选地，所述还原性气氛为h2和ar的混合气，所述h2在混合气中的摩尔百分比为5％；所述烧结在1300℃进行4小时。
优选地，所述混合气的气流量为0.1-1l/min，进一步优选地0.2-0.5l/min。此外，也可以根据反应容器的大小以及荧光粉的生产量进行调整。
本发明的荧光粉的粒径为0.5-10μm。
上述的荧光粉在发光材料中的应用。
本发明的有益效果
(1)本发明提供一种在基质中掺杂铕离子的白光荧光粉，在保证晶体结构不改变的前提下，通过合理设计基质中[la3++sio44-]和[sr2++po43-]两组的含量以及铕离子在基质材料中的掺杂比例，有效发射强度较强的白光；
(2)本发明的荧光粉与现有的白光发光材料相比，发光效率明显提高且易于制备，在发光材料的应用中具有巨大的潜力；
(3)本发明的制备方法简单、原料价格低廉、设备要求低、重复性好、适合大规模生产。
附图说明
图1为实施例1所制备的荧光粉的x射线衍射图；
图2为实施例5所制备的荧光粉的x射线衍射图；
图3为实施例1所制备的荧光粉的sem形貌图；
图4为实施例5所制备的荧光粉的sem形貌图；
图5为实施例1所制备的荧光粉的激发和发射光谱图；
图6为实施例5所制备的荧光粉的激发和发射光谱图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式详细说明本发明。
实施例1
一种荧光粉，化学式为sr2.89la1.01(po4)2.99(sio4)0.01：0.1eu。
上述的荧光粉的制备方法，包括以下步骤：
(1)按化学式sr2.89la1.01(po4)2.99(sio4)0.01：0.1eu中的化学计量，将0.64gsrco3、0.247gla2o3、0.592g(nh4)2hpo4、0.001gsio2、0.026geu2o3于无水乙醇中混合均匀，混合物研磨40分钟，得到前体；
(2)在60℃对前体进行干燥1小时，得到干燥粉末；
(3)干燥粉末在5％h2和95％ar的混合气中在1300℃进行4小时烧结，得到荧光粉。
实施例2
一种荧光粉，化学式为sr2.85la1.05(po4)2.95(sio4)0.05：0.1eu。
上述的荧光粉的制备方法，包括以下步骤：
(1)按化学式sr2.85la1.05(po4)2.95(sio4)0.05：0.1eu中的化学计量，将0.631gsrco3、0.257gla2o3、0.584g(nh4)2hpo4、0.0045gsio2、0.026geu2o3于无水乙醇中混合均匀，混合物研磨40分钟，得到前体；
(2)在60℃对前体进行干燥1小时，得到干燥粉末；
(3)干燥粉末在5％h2和95％ar的混合气中在1300℃进行4小时烧结，得到荧光粉。
实施例3
一种荧光粉，化学式为sr2.8la1.1(po4)2.9(sio4)0.1：0.1eu。
上述的荧光粉的制备方法，包括以下步骤：
(1)按化学式sr2.8la1.1(po4)2.9(sio4)0.1：0.1eu中的化学计量，将0.62gsrco3、0.269gla2o3、0.574g(nh4)2hpo4、0.009gsio2、0.026geu2o3于无水乙醇中混合均匀，混合物研磨40分钟，得到前体；
(2)在70℃对前体进行干燥1小时，得到干燥粉末；
(3)干燥粉末在5％h2和95％ar的混合气中在1300℃进行4小时烧结，得到荧光粉。
实施例4
一种荧光粉，化学式为sr2.7la1.2(po4)2.8(sio4)0.2：0.1eu。
上述的荧光粉的制备方法，包括以下步骤：
(1)按化学式sr2.7la1.2(po4)2.8(sio4)0.2：0.1eu中的化学计量，将0.598gsrco3、0.293gla2o3、0.555g(nh4)2hpo4、0.018gsio2、0.026geu2o3于无水乙醇中混合均匀，混合物研磨40分钟，得到前体；
(2)在70℃对前体进行干燥1小时，得到干燥粉末；
(3)干燥粉末在5％h2和95％ar的混合气中在1300℃进行4小时烧结，得到荧光粉。
实施例5
一种荧光粉，化学式为sr2.6la1.3(po4)2.7(sio4)0.3：0.1eu。
上述的荧光粉的制备方法，包括以下步骤：
(1)按化学式sr2.6la1.3(po4)2.7(sio4)0.3：0.1eu中的化学计量，将0.576gsrco3、0.318gla2o3、0.535g(nh4)2hpo4、0.027gsio2、0.026geu2o3于无水乙醇中混合均匀，混合物研磨40分钟，得到前体；
(2)在80℃对前体进行干燥1小时，得到干燥粉末；
(3)干燥粉末在5％h2和95％ar的混合气中在1300℃进行4小时烧结，得到荧光粉。
实验例1
对实施例1、实施例5的所得到的荧光粉进行x射线衍射分析，得到的结果分别如图1、图2所示。
实验例2
利用扫描电子显微镜(sem)对实施例1、实施例5的所得到的荧光粉进行观察，得到的结果分别如图3、图4所示。
实验例3
对实施例1、实施例5的所得到的荧光粉进行激发和发射光分析，得到的结果分别如图5、图6所示。
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