一种非稀土离子掺杂的硅酸盐黄色荧光粉及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及发光材料及其制备方法和用途，具体地说是一种非稀土离子掺杂的硅酸盐黄色荧光粉及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002]在照明领域，白光LED被认为是取代传统的白炽灯、荧光灯和高强度气体放电灯的第四代照明光源。基于发光二极管的(Light-EmittingD1de，LED)白光LED器件具有高效、节能、环保、体积小、寿命长、可靠性高等优点，被广泛应用在各种照明和显示领域。
[0003]目前，实现白光LED的途径主要有两种:(I)蓝光LED芯片激发黄色荧光粉，蓝光和黄光混合成白光；(2)紫光(或紫外)LED芯片激发红、绿、蓝三种荧光粉，红、绿、蓝光混合成白光。基于第一种白光LED的形成机理，行业内的技术人员积极开展了黄色荧光粉基质的研究，如日亚化学(Nichia)专利US5998925研发了化学通式为(Yh，SnkMAl^GayhOcCe3+;又如，欧司朗(Osram)专利US6669866报道了化学通式为(Tbity，Rex, Cey )3 (AlGa)5OM简写TAG = Ce3+)的黄色荧光粉，等等。在这些荧光粉中，大家更为公知且应用更加成熟的黄色荧光粉主要是YAG: Ce3+，它能够被440-480nm的蓝光LED芯片有效激发，与蓝光互补形成白光；而且YAG:Ce3+荧光粉的发射光谱相当宽广，对波长的误差容忍度相对较大，让封装者在制造白光LED时可以提高效率而降低成本，更适合用于高色温的白光LED，这也是YAG: Ce3+荧光粉只所以受到业界广泛使用的主要原因。但是，YAG:Ce3+也存在一定缺陷，如反应合成的荧光粉粒径大小不易控制、作为激活剂的稀土材料价格较高、无法配出暖色系等。因此，行业内非常有必要继续开发各项性能更加优秀的黄色荧光粉，以为实现白光LED提供更多可选基质。
[0004]众所周知，在荧光粉的研发制备中，不掺杂稀土元素，单一纯基质发光的荧光粉屈指可数，特别是在硅酸盐荧光粉的制备中，几乎无一例地掺杂了稀土元素，这必然使得所制备的荧光粉成本高昂，后期推广使用受到一定局限。可见，行业内若能开发出不掺杂稀土离子的硅酸盐荧光粉，以低成本、高性能的硅酸盐为基质来实现白光LED，应该具有很高的经济价值和社会效益。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种非稀土离子掺杂的硅酸盐黄色荧光粉及其制备方法和应用，以提供一种作为获取白光LED的黄色荧光粉基质，解决现有硅酸盐基质均需掺杂稀土离子才能发光导致成本较高的问题。
[0006]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:一种非稀土离子掺杂的硅酸盐黄色荧光粉，该荧光粉的化学通式为其化学式为CaxSryMg2-χ—y (Si2O6)，其中0.75 < χ < 0.90，0.1 <y <0.2。
[0007]本发明提供的非稀土离子掺杂的硅酸盐黄色荧光粉优选为CamSri2Mg1.05(Si2O6)0
[0008]本发明还提供了一种非稀土离子掺杂的硅酸盐黄色荧光粉的制备方法，包括以下步骤:
(a)按照荧光粉的化学通式CaxSryMg2-x-y(Si2O6)中各元素的摩尔比称取含有Ca、Sr、Mg、Si元素的氧化物或碳酸盐，混合，研磨，得混合物，所述化学通式中0.75<x<0.90,0.1<y<0.2；
(b)将所述混合物置于还原气氛中，加热升温至1250-1350°C焙烧4-8h，得烧结体；
(c)将所述烧结体冷却至室温后研磨，得非稀土离子掺杂的硅酸盐黄色荧光粉。
[0009]本发明提供的黄色荧光粉的步骤(a)所述化学通式中x=0.75，y=0.2。
[0010]本发明提供的黄色荧光粉的步骤(a)所述研磨时间优选为15_30min。
[0011]本发明提供的黄色荧光粉的步骤(b)所述的加热速率优选为5-10°C/min。
[0012]本发明提供的黄色荧光粉的步骤(b)所述还原气氛是指碳粉包埋或出、他混合气体形成的还原气氛。
[0013]优选地，本发明提供的黄色荧光粉的步骤(b)所述加热升温至1250_1350°C焙烧6h ；更优选地，所述加热升温至1300 0C焙烧6h。
[0014]本发明提供的非稀土离子掺杂的硅酸盐黄色荧光粉的制备方法中步骤(a)称取含有 Ca、Sr、Mg、Si 元素的氧化物或碳酸盐优选为 CaCO3 (A.R.),SrCO3 (A.R.)、MgO(AR.)、Si02
(A.R.)o
[0015]本发明提供的化学式为CaxSryMg2ty (Si2O6)，其中 0.75 < χ < 0.90，0.1 <y <0.2的非稀土离子掺杂的硅酸盐黄色荧光粉在265nm-275nm的激发下可以实现明亮的黄光发射，这在制备白光荧光粉中可以将该黄色荧光粉作为基质，在蓝光芯片激发下实现白光LED;或者在掺杂Eu2+、Ce3+等发射蓝光的稀土元素以及调节色温的Mn2+元素等后，通过反应合成能够产生LED所用白光，从而可以将黄色荧光粉作为白光LED的基质。
[0016]本发明采用特定比例的元素首次制备了一种非掺杂稀土离子就能发射明亮黄光的单一纯硅酸盐荧光粉。该荧光粉的紫外光激发波长为265-275nm，发射主峰位于585nm左右。本发明提供的硅酸盐黄色荧光粉具有非稀土离子掺杂、成本低廉、色纯度高、粒径均匀、色温较高，容易配出暖白光、较硫化物或硫氧化物有更优越的物理化学稳定性等优良特性，由此克服现有YAG:Ce3+存在反应合成的荧光粉粒径大小不易控制、作为激活剂的稀土材料价格较高、无法配出暖色系等的缺陷。
[0017]本发明制备的黄色硅酸盐荧光粉在200_400nm有很强的宽带吸收，发射波长范围350-800nm。在此波长范围内，可实现全光谱发射，符合近紫外LED芯片的激发要求;而且通过实验证明，在本发明提供的荧光粉基质中掺杂适当比例的Eu2+和Mn2+能得到白光LED，因此，将其作为获取白光LED的黄色荧光粉系列基质具有广阔的应用前景。
[0018]本发明提供的黄色硅酸盐荧光粉制备工艺简单，安全、更易于实现，尤其是硅酸盐成本较低，大规模工业应用具有不可估量的经济价值和社会效益。
【附图说明】
[0019]图1为实施例1制备的硅酸盐黄色荧光粉的X射线衍射图谱(XRD)。
[0020]图2为实施例1制备的硅酸盐黄色荧光粉的激发光谱和发射光谱图。其中，激发波长 Aex = 2 7 5nm，发射波长 Aem = 5 85nm。
[0021]图3为实施例1制备的硅酸盐黄色荧光粉从室温20°C到250°C的热释温度光谱特性曲线图。
[0022 ]图4为实施例1制备的硅酸盐黄色荧光粉的电镜扫描图像(SEM)。
[0023]图5为实施例1制备的硅酸盐黄色荧光粉在特定波段紫外激发下的发光及色坐标图。
[0024]图6为实施例8制备的白色荧光粉的X射线衍射图谱(XRD)。
[0025]图7为实施例8制备的白色荧光粉的发射光谱图。
【具体实施方式】
[0026]下面实施例用于进一步详细说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。但不以任何形式限制本发明。
[0027]实施例1
分别称取碳酸钙(CaCO3)0.9759g、碳酸锶(SrCO3)0.3838g、氧化镁(MgO)0.5501g、二氧化硅(S12)1.5621g，置于玛瑙研钵中充分研磨30min并混合均匀后;将研磨后的粉末置于小干锅中并深埋于碳粉还原气氛中焙烧，以加热速率为8°C/min升温至1300°C，在该温度下烧结6h，自然冷却到室温;将样品取出研磨，得到化学式为CaoiSrtL2Mgu(Si2O6)的黄色荧光粉。
[0028]实施例2
分别称取碳酸钙(CaCO3)0.9759g、碳酸锶(SrCO3)0.3838g、氧化镁(MgO)0.5501g、二氧化娃(Si02) 1.562Ig，置于玛瑙研钵中充分研磨15min并混合均匀后;将研磨后的粉末置于小干锅中并深埋于碳粉还原气氛中焙烧，以加热速率为10°C/min升温至1350°C，在该温度下烧结4h，自然冷却到室温;将样品取出研磨，得到化学式为Ca0.75Sr0.2Mg1.Q5(Si2O6)的黄色荧光粉。
[0029]实施例3
分别称取碳酸钙(CaCO3)0.9759g、碳酸锶(SrCO3)0.3838g、氧化镁(MgO)0.5501g、二氧化娃(Si02) 1.562Ig，置于玛瑙研钵中充分研磨20min并混合均匀后;将研磨后的粉末置于小干锅中，并在H2、N2混合气体形成的还原气氛中焙烧，以加热速率为5°C/min升温至1250°C，在该温度下烧结8h，自然冷却到室温;将