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，可廣泛應用于照明和顯示領域。
【專利說明】
一種單組分白光熒光粉及其制備方法
技術領域
[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，屬于無機發(fā)光材料技術領域。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著藍色(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)了由藍色、近紫外和深紫外LED芯片與光轉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(10000小時以上)、體積小等諸多優(yōu)點，在照明和顯示領域有著巨大的應用前景，可望實現(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，光轉換型白光熒光粉通常需要由含有不同稀土的紅、綠、藍三基色熒光粉按比例調制而成。比如，將發(fā)紅光的Y2O3: Eu3+、發(fā)綠光的CeMgAl11O19: Tb3 +和發(fā)藍光的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。該方法對調制技術要求高，調制過程繁瑣，而且多種熒光體摻雜后，化學成分復雜，會影響白光熒光體總體發(fā)光性能；同時，三基色熒光粉合成工藝各不相同，每一種熒光粉均需單獨制備，制備過程復雜。因此，探索開發(fā)單組分的白光熒光粉具有重要的科學價值和社會效益。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明目的在于提供一種單組分、制備工藝簡單、材料穩(wěn)定性好、熒光強度高、顯色性好的白光熒光粉及其制備方法，以克服現(xiàn)有技術中存在的問題。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案來實現(xiàn):
[0006]本發(fā)明的單組分白光熒光粉，其化學表達式為(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、將按元素化學計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、將按化學計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，得到蓬松的前驅體；
[0011]4、將步驟3中得到的前驅體置于馬弗爐中，在空氣氛圍中600?1000 °C下燒結2?6小時，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，價格低廉，而且制備方法簡單，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，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，物理化學性質穩(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)，該白光由材料基質所發(fā)出的寬帶藍光和三價稀土鐠離子發(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粉末衍射標準卡片(18-0301)和實施例1樣品(Ca0.997Pr0.()()3)2Nb207的X射線粉末衍射圖。
[°02°]圖2為實施例1樣品的掃描電子顯微鏡照片。
[0021]圖3為實施例1樣品(CaQ.997PrQ.(x)3)2Nb207的激發(fā)光譜(監(jiān)測450nm發(fā)射)
[0022]圖4為實施例1樣品(CaQ.997PrQ.(x)3)2Nb207和發(fā)射光譜(激發(fā)波長254nm)0
[0023]圖5為實施例1樣品(Ca0.997Pr0.()()3)2Nb207的發(fā)光色坐標圖。
具體實施方案
[0024]以下通過特定的具體實施例并結合附圖對本發(fā)明進行更詳細的說明。應理解，本發(fā)明提到的一個或多個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;還應理解，這些實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)明可實施的范圍，其相對關系的改變或調整，在無實質變更技術內容的情況下，當亦視為本發(fā)明可實施的范疇。
[0025]實施例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，得到蓬松的前驅體；
[0030](4)將步驟(3)中得到的前驅體置于馬弗爐中，在空氣氛圍中9000C下燒結4小時，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粉末衍射標準卡片(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結構。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為本實施例樣品的激發(fā)光譜，監(jiān)測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，波長覆蓋400?580nm的寬帶藍光發(fā)射源于材料基質發(fā)光，波長位于550nm和610nm附近的窄帶綠光和紅光發(fā)射源于三價稀土鐠離子的發(fā)光。圖5為本實施例樣品的色坐標圖，該樣品發(fā)光的色坐標為(0.295，0.275)，位于白光區(qū)域。
[0032] 實施例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，得到蓬松的前驅體；
[0037](4)將步驟(3)中得到的前驅體置于馬弗爐中，在空氣氛圍中800°C下燒結6小時，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]該實施例制得的單組分白光熒光粉外觀呈白色，XRD譜圖結果與實施例1基本一致，晶粒形貌和大小與實施例1相似。該實施例樣品的激發(fā)和發(fā)射光譜，光譜的形狀、峰位、波長覆蓋范圍與實施例1樣品基本一致，僅相對強度不同。在紫外光激發(fā)下，該樣品發(fā)出明殼的白光。
[0039]實施例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，得到蓬松的前驅體；
[0044](4)將步驟(3)中得到的前驅體置于馬弗爐中，在空氣氛圍中900 V下燒結4.5小時，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]該實施例制得的單組分白光熒光粉外觀呈白色，XRD譜圖結果與實施例1基本一致，晶粒形貌和大小與實施例1相似。該實施例樣品的激發(fā)和發(fā)射光譜，光譜的形狀、峰位、波長覆蓋范圍與實施例1樣品基本一致，僅相對強度不同。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)明的說明實施例，并非對本發(fā)明任何形式上和實質上的限制，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員，在不脫離本發(fā)明方法的前提下，做出的若干改進和補充也應視為本發(fā)明的保護范圍。凡熟悉本專業(yè)的技術人員，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內容做出的些許更動、修飾與演變的等同變化，均為本發(fā)明的等效實施例:同時，凡依據(jù)本發(fā)明的實質技術對上述實施例所做的任何等同變化的更動、修飾與演變，均仍屬于本發(fā)明的技術方案的范圍。
【主權項】
1.一種單組分白光熒光粉，其特征在于該熒光粉是三價稀土鐠離子摻雜的鈮酸鈣基發(fā)光材料，其化學表達式為(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)將按元素化學計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)將按化學計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，得到蓬松的前驅體； 4)將步驟3)中得到的前驅體置于馬弗爐中，在空氣氛圍中600?1000°C下燒結2?6小時，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】H01L33/56GK105885833SQ201610223493
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月6日
【發(fā)明人】張君誠, 閆旭, 范新華, 龍云澤
【申請人】青島大學