一種單組分白光熒光粉及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種單組分白光熒光粉及其制備方法。單組分白光熒光粉的化學(xué)式為(Ca1?x?y?zSrxBayPrz)2Nb2O7，其中，0≤x≤0.05；0≤y≤0.05；0.0001≤z≤0.025。該熒光粉通過溶膠凝膠法制備，晶粒尺寸小，生產(chǎn)成本和設(shè)備要求低，易于操作和工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明制備的熒光粉在紫外光激發(fā)下發(fā)出明亮的白光，發(fā)光色域覆蓋全部可見光區(qū)，發(fā)光性能優(yōu)良，顯色指數(shù)高，溫度穩(wěn)定性好，可廣泛應(yīng)用于照明和顯示領(lǐng)域。
【專利說明】
一種單組分白光熒光粉及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種單組分白光熒光粉及其制備方法，特別涉及一種在紫外光激發(fā)下發(fā)射白光的三價(jià)稀土鐠離子摻雜的鈮酸鈣基單組分發(fā)光材料及其制備方法，熒光粉尤其適用于制備白光照明和顯示器件，屬于無機(jī)發(fā)光材料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著藍(lán)色(450?470nm)、近紫外(380?410nm)和深紫外(190?315nm)發(fā)光二極管(LED)的問世，出現(xiàn)了由藍(lán)色、近紫外和深紫外LED芯片與光轉(zhuǎn)換熒光粉組合而制成的白光LED。這種新型的固體光源相比于傳統(tǒng)的白熾燈、熒光燈和高壓汞燈，具有節(jié)能高效、綠色環(huán)保、壽命長(zhǎng)(10000小時(shí)以上)、體積小等諸多優(yōu)點(diǎn)，在照明和顯示領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景，可望實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、替代現(xiàn)有照明器具，成為第四代照明光源。
[0003]然而，光轉(zhuǎn)換型白光熒光粉通常需要由含有不同稀土的紅、綠、藍(lán)三基色熒光粉按比例調(diào)制而成。比如，將發(fā)紅光的Y2O3: Eu3+、發(fā)綠光的CeMgAl11O19: Tb3 +和發(fā)藍(lán)光的BaMgAl1OOKEu2+三種稀土熒光粉按一定比例混合，在紫外光LED的激發(fā)下發(fā)出白光。該方法對(duì)調(diào)制技術(shù)要求高，調(diào)制過程繁瑣，而且多種熒光體摻雜后，化學(xué)成分復(fù)雜，會(huì)影響白光熒光體總體發(fā)光性能；同時(shí)，三基色熒光粉合成工藝各不相同，每一種熒光粉均需單獨(dú)制備，制備過程復(fù)雜。因此，探索開發(fā)單組分的白光熒光粉具有重要的科學(xué)價(jià)值和社會(huì)效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于提供一種單組分、制備工藝簡(jiǎn)單、材料穩(wěn)定性好、熒光強(qiáng)度高、顯色性好的白光熒光粉及其制備方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0006]本發(fā)明的單組分白光熒光粉，其化學(xué)表達(dá)式為(Ca1-X—y—zSrxBayPrz )2他207，其中，O彡X彡0.05;0彡y彡0.05;0.0001彡z彡0.025。
[0007]本發(fā)明所述的單組分白光熒光粉的制備方法，包括以下工藝步驟:
[0008]1、將按元素化學(xué)計(jì)量比稱取的含有鈮離子Nb5+的化合物原料加入到足量的無水乙醇中，在室溫下攪拌5?15分鐘，生成乙醇鈮溶液；
[0009]2、將按化學(xué)計(jì)量比稱取的含有鈣離子Ca2+、鍶離子Sr2+、鋇離子Ba2+、鐠離子Pr3+的化合物原料溶解于去離子水中后，將該溶液加入到步驟I中所述的乙醇鈮溶液中，再加入足量的檸檬酸和適量的乙二醇，在室溫下攪拌10?24小時(shí)后，得到粘稠狀透明溶液；
[0010]3、將步驟2中得到的粘稠狀透明溶液在50?120°C的溫度條件下烘干，得到蓬松的前驅(qū)體；
[0011]4、將步驟3中得到的前驅(qū)體置于馬弗爐中，在空氣氛圍中600?1000 °C下燒結(jié)2?6小時(shí)，自然冷卻至室溫，研磨均勻后即得到一種粉末狀的單組分白光熒光粉。
[0012]本發(fā)明中所述的含有鈮離子Nb5+、鈣離子Ca2+、鍶離子Sr2+、鋇離子Ba2+、鐠離子Pr3+的化合物原料選自含有鈮離子Nb5+、鈣離子Ca2+、鍶離子Sr2+、鋇離子Ba2+、鐠離子Pr3+的的氧化物、氯化物、氫氧化物、碳酸鹽、硝酸鹽、草酸鹽、醋酸鹽。
[0013]本發(fā)明的特點(diǎn)是:
[0014](I)本發(fā)明涉及的單組分白光熒光粉，原料來源豐富，價(jià)格低廉，而且制備方法簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低。
[0015](2)本發(fā)明制得的單組分白光熒光粉粒度為微納米級(jí)，材料穩(wěn)定性好，發(fā)光性能優(yōu)良，具有較高的顯色指數(shù)，在室溫到300°C條件下的溫度穩(wěn)定性好，物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。
[0016](3)本發(fā)明制得的單組分白光熒光粉的激發(fā)峰覆蓋200?280nm的紫外光波段，與深紫外LED的發(fā)射峰位相匹配。
[0017](4)本發(fā)明制得的單組分白光熒光粉在紫外光激發(fā)下發(fā)出明亮的白光，發(fā)光色域覆蓋全部可見光區(qū)，該白光由材料基質(zhì)所發(fā)出的寬帶藍(lán)光和三價(jià)稀土鐠離子發(fā)出的窄帶綠光、紅光混合而成。
[0018](5)本發(fā)明制得的單組分白光熒光粉可用作照明和顯示器件的白光發(fā)射材料。
【附圖說明】
[0019]圖1為Ca2Nb207粉末衍射標(biāo)準(zhǔn)卡片(18-0301)和實(shí)施例1樣品(Ca0.997Pr0.()()3)2Nb207的X射線粉末衍射圖。
[°02°]圖2為實(shí)施例1樣品的掃描電子顯微鏡照片。
[0021]圖3為實(shí)施例1樣品(CaQ.997PrQ.(x)3)2Nb207的激發(fā)光譜(監(jiān)測(cè)450nm發(fā)射)
[0022]圖4為實(shí)施例1樣品(CaQ.997PrQ.(x)3)2Nb207和發(fā)射光譜(激發(fā)波長(zhǎng)254nm)0
[0023]圖5為實(shí)施例1樣品(Ca0.997Pr0.()()3)2Nb207的發(fā)光色坐標(biāo)圖。
具體實(shí)施方案
[0024]以下通過特定的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說明。應(yīng)理解，本發(fā)明提到的一個(gè)或多個(gè)方法步驟并不排斥在所述組合步驟前后還存在其它方法步驟，或在這些明確提到的步驟之前還可以插入其它方法步驟;還應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。而且，除非另有說明，各方法步驟的編號(hào)僅為鑒別各方法步驟的便利工具，而非為限制各方法步驟的排列次序或限定本發(fā)明可實(shí)施的范圍，其相對(duì)關(guān)系的改變或調(diào)整，在無實(shí)質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容的情況下，當(dāng)亦視為本發(fā)明可實(shí)施的范疇。
[0025]實(shí)施例1
[0026](CaG.997PrG.GG3)2Nb2C>7 樣品的制備:
[0027](I)將27.03g的NbCl5加入到30ml無水乙醇中，在室溫下攪拌5分鐘，生成乙醇鈮溶液；
[0028](2)將26.44g的Ca(NO3)2.4H20和0.13g Pr(NO3)3.6H2O溶解于50ml的去離子水中后，將其溶液加入到步驟(I)中所述的乙醇鈮溶液中，再加入57.93g的檸檬酸和33.5ml的乙二醇，在室溫下攪拌20小時(shí)后，得到粘稠狀透明溶液；
[0029](3)將步驟(2)中得到的粘稠狀透明溶液在120°C的溫度條件下烘干，得到蓬松的前驅(qū)體；
[0030](4)將步驟(3)中得到的前驅(qū)體置于馬弗爐中，在空氣氛圍中9000C下燒結(jié)4小時(shí)，自然冷卻至室溫，研磨均勻后即得到粉末狀的(Ca0.997Pn).(K)3)2Nb207單組分白光熒光粉。[0031 ]該實(shí)施例制備出的單組分白光熒光粉外觀呈白色，X射線粉末衍射(XRD)測(cè)試表明，如圖1所示，所得樣品的衍射峰數(shù)據(jù)與Ca2Nb2O7粉末衍射標(biāo)準(zhǔn)卡片(18-0301)的衍射數(shù)據(jù)一致，且無雜相，說明所得樣品為純相Ca2Nb2O7結(jié)構(gòu)。掃描電子顯微鏡(SEM)照片表明，如圖2所示，所得樣品為尺寸10nm左右的顆粒狀。圖3為本實(shí)施例樣品的激發(fā)光譜，監(jiān)測(cè)450nm發(fā)射的激發(fā)峰位于200?300nm的紫外光波段，與深紫外LED的發(fā)射峰位相匹配。圖4為本實(shí)施例樣品的發(fā)射光譜，在254nm紫外光激發(fā)下，樣品發(fā)出白光，波長(zhǎng)覆蓋400?580nm的寬帶藍(lán)光發(fā)射源于材料基質(zhì)發(fā)光，波長(zhǎng)位于550nm和610nm附近的窄帶綠光和紅光發(fā)射源于三價(jià)稀土鐠離子的發(fā)光。圖5為本實(shí)施例樣品的色坐標(biāo)圖，該樣品發(fā)光的色坐標(biāo)為(0.295，0.275)，位于白光區(qū)域。
[0032] 實(shí)施例2
[0033 ] (Ca0.98Sr0.0isPr0.005) 2他2〇7 樣品的制備:
[0034](I)將54.09g的NbCl5加入到60ml無水乙醇中，在室溫下攪拌10分鐘，生成乙醇鈮溶液；
[0035](2)將51.98g的Ca(NO3)2.4H20、0.64g的Sr(NO3)2和0.44g Pr(NO3)3.6H2O溶解于10ml的去離子水中后，將其溶液加入到步驟(I)中所述的乙醇鈮溶液中，再加入115.86g的檸檬酸和67.1ml的乙二醇，在室溫下攪拌12小時(shí)后，得到粘稠狀透明溶液；
[0036](3)將步驟(2)中得到的粘稠狀透明溶液在100°C的溫度條件下烘干，得到蓬松的前驅(qū)體；
[0037](4)將步驟(3)中得到的前驅(qū)體置于馬弗爐中，在空氣氛圍中800°C下燒結(jié)6小時(shí)，自然冷卻至室溫，研磨均勾后即得到粉末狀的(Ca0.98Sr0.()i5Pr().()()5)2Nb207單組分白光焚光粉。
[0038]該實(shí)施例制得的單組分白光熒光粉外觀呈白色，XRD譜圖結(jié)果與實(shí)施例1基本一致，晶粒形貌和大小與實(shí)施例1相似。該實(shí)施例樣品的激發(fā)和發(fā)射光譜，光譜的形狀、峰位、波長(zhǎng)覆蓋范圍與實(shí)施例1樣品基本一致，僅相對(duì)強(qiáng)度不同。在紫外光激發(fā)下，該樣品發(fā)出明殼的白光。
[0039]實(shí)施例3
[0040](Ca0.965Sr0.QiBa().()i5Pr().()i)2Nb207樣品的制備:
[0041 ] (I)將108.18g的NbCl5加入到117ml無水乙醇中，在室溫下攪拌15分鐘，生成乙醇鈮溶液；
[0042](2)將 102.37g 的 Ca(NO3)2.4H20、0.85g 的 Sr(N03)2、I.57g 的 Ba(NO3)2 和I.74g Pr(NO3)3.6H20溶解于200ml的去離子水中后，將其溶液加入到步驟(I)中所述的乙醇鈮溶液中，再加入271.71g的檸檬酸和134.1ml的乙二醇，在室溫下攪拌18小時(shí)后，得到粘稠狀透明溶液；
[0043](3)將步驟(2)中得到的粘稠狀透明溶液在90°C的溫度條件下烘干，得到蓬松的前驅(qū)體；
[0044](4)將步驟(3)中得到的前驅(qū)體置于馬弗爐中，在空氣氛圍中900 V下燒結(jié)4.5小時(shí)，自然冷卻至室溫，研磨均勾后即得到粉末狀的(Ca0.965Sr0.()iBa().()i5Pr().()i)2Nb207單組分白光焚光粉。
[0045]該實(shí)施例制得的單組分白光熒光粉外觀呈白色，XRD譜圖結(jié)果與實(shí)施例1基本一致，晶粒形貌和大小與實(shí)施例1相似。該實(shí)施例樣品的激發(fā)和發(fā)射光譜，光譜的形狀、峰位、波長(zhǎng)覆蓋范圍與實(shí)施例1樣品基本一致，僅相對(duì)強(qiáng)度不同。在紫外光激發(fā)下，該樣品發(fā)出明殼的白光。
[0046]以上所述，僅為本發(fā)明的說明實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明任何形式上和實(shí)質(zhì)上的限制，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明方法的前提下，做出的若干改進(jìn)和補(bǔ)充也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，利用以上所揭示的技術(shù)內(nèi)容做出的些許更動(dòng)、修飾與演變的等同變化，均為本發(fā)明的等效實(shí)施例:同時(shí)，凡依據(jù)本發(fā)明的實(shí)質(zhì)技術(shù)對(duì)上述實(shí)施例所做的任何等同變化的更動(dòng)、修飾與演變，均仍屬于本發(fā)明的技術(shù)方案的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種單組分白光熒光粉，其特征在于該熒光粉是三價(jià)稀土鐠離子摻雜的鈮酸鈣基發(fā)光材料，其化學(xué)表達(dá)式為(CaitrzSrxBayPrz) 2Nb207，其中，O彡x彡0.05，O彡y彡0.05，0.0OOI<z<0.025;該熒光粉采用溶膠凝膠法制備，在紫外光照射下發(fā)出明亮的白光，可用作照明和顯示器件的白光發(fā)射材料。2.如權(quán)利要求1所述的單組分白光熒光粉的制備方法，其特征在于包括以下步驟: 1)將按元素化學(xué)計(jì)量比稱取的含有鈮離子Nb5+的化合物原料加入到足量的無水乙醇中，在室溫下攪拌5?15分鐘，生成乙醇鈮溶液； 2)將按化學(xué)計(jì)量比稱取的含有鈣離子Ca2+、鍶離子Sr2+、鋇離子Ba2+、鐠離子Pr3+的化合物原料溶解于去離子水中后，將該溶液加入到步驟I)中所述的乙醇鈮溶液中，再加入足量的檸檬酸和適量的乙二醇，在室溫下攪拌10?24小時(shí)后，得到粘稠狀透明溶液； 3)將步驟2)中得到的粘稠狀透明溶液在50?120°C的溫度條件下烘干，得到蓬松的前驅(qū)體； 4)將步驟3)中得到的前驅(qū)體置于馬弗爐中，在空氣氛圍中600?1000°C下燒結(jié)2?6小時(shí)，自然冷卻至室溫，研磨均勻后即得到一種粉末狀的單組分白光熒光粉。3.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟I)中，所述的含有鈮離子Nb5+的化合物原料選自含有鈮離子Nb5+的氧化物、氫氧化物、碳酸鹽、硝酸鹽、草酸鹽、醋酸鹽。4.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟2)中，所述的含有鈣離子Ca2+、鍶離子Sr2+、鋇離子Ba2+、鐠離子Pr3+的化合物原料選自含有鈣離子Ca2+、鍶離子Sr2+、鋇離子Ba2+、鐠離子Pr3+的氧化物、氯化物、氫氧化物、碳酸鹽、硝酸鹽、草酸鹽、醋酸鹽。
【文檔編號(hào)】H01L33/56GK105885833SQ201610223493
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年4月6日
【發(fā)明人】張君誠(chéng), 閆旭, 范新華, 龍?jiān)茲?
【申請(qǐng)人】青島大學(xué)