CN101134897A - 白光发光二极管用纳米Y3－xTbXAl5O12:Ce荧光粉及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种白光发光二极管用纳米Y3－xTbxAl5O12:Ce荧光粉及制备方法，制备方法：(1)配Tb4O7的硝酸水溶液；(2)配Y(NO3)3·6H2O、Ce(NO3)3·6H2O和Al(NO3)3·9H2O水溶液；(3)将(1)和(2)的溶液混合，加聚乙二醇溶液作分散剂，调pH值；(4)将NH4HCO3水溶液，滴加到步骤(3)制成的溶液中，沉淀，陈化，去掉滤液，依次用去离子水和乙醇洗涤，干燥得前驱体粉末；(5)在氢气/氮气的气流中1100℃煅烧，得白光发光二极管用纳米Y3－xTbxAl5O12:Ce荧光粉。本发明方法生产的产物使发射波长产生了红移，可用于制备白光发光二极管，用于照明、汽车、个人通讯设备、LCD背光源等领域。

Description

白光发光二极管用纳米Y3-xTbXAI5O12:Ce荧光粉及制备方法
技术领域
本发明涉及白光发光二极管用纳米Y3-xTbxAl5O12∶Ce荧光粉及制备方法。
背景技术
所谓半导体照明，是指用白光发光二极管(W-LED)作为新光源的固态照明。采用半导体照明有很多优点。节能：同样亮度下，半导体灯的电能消耗仅为白炽灯的1/10。寿命长：性能稳定抗冲击，LED灯具使用寿命可达5～10年。环保：可避免白炽灯的热辐射和制造使用荧光灯产生的汞污染，是一代绿色环保能源。体积小：外形小巧，便于造型设计。基于以上优点，有人认为：高亮度白光LED将是人类继爱迪生发明白炽灯泡后，最伟大的发明之一，因此，半导体照明技术的研究引起了各国政府和产业界的重视。
通常，白光LED的发光原理是LED基片发出的蓝光部分被钇铝石榴石掺铈(YAG∶Ce)荧光粉吸收，另一部分的蓝光与YAG∶Ce荧光粉发出的黄光混合可以得到白光。所以，近几年，YAG∶Ce荧光粉的研究取得了很大的进展。然而，它用于制备暖白光LED时，色温太高，这是因为YAG∶Ce荧光粉的发射光谱中缺少红色。不同用途的光源需要不同色温的白光LED，如冷白、日光色、暖白、紫白等。所以YAG∶Ce荧光粉用于白光LED时，受到了限制。
YAG∶Ce荧光粉的制备通常采用固相法，见专利CN1364851A，也就是，原料经过混合球磨后，在较高温度(1400～1600℃)下煅烧，然后粉碎球磨，结果产品粒度较大，煅烧后球磨使YAG∶Ce荧光粉的发光强度降低，从而影响白光LED的光强度。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种发光强度高、发射波长产生红移的白光发光二极管用纳米Y3-xTbxAl5O12∶Ce荧光粉。
本发明的第二个目的是提供一种发光强度高、免球磨的白光发光二极管用纳米Y3-xTbxAl5O12∶Ce荧光粉的制备方法。
本发明的技术方案概述如下：
一种白光发光二极管用纳米Y3-xTbxAl5O12∶Ce荧光粉，用下述方法制成：
(1)将Tb4O7放入过量的3M硝酸水溶液中，加热至沸腾溶解并除去过量HNO3；
(2)分别将Y(NO3)3·6H2O、Ce(NO3)3·6H2O和Al(NO3)3·9H2O溶解在去离子水中制成溶液；
(3)按计量比Y∶Tb∶Al∶Ce＝3-x∶x∶5∶0.04-0.06的比例取步骤(1)和步骤(2)的溶液制成混合溶液200体积份，加入15-25体积份重量百分浓度为2％的聚乙二醇6000水溶液作为分散剂，用0.1M HNO3水溶液调pH值为4～5；
(4)将400体积份的1.5M的NH4HCO3水溶液，在搅拌下，滴加到步骤(3)制成的溶液中，或将所述步骤(3)制成的溶液滴加到400体积份的1.5M的NH4HCO3水溶液中，沉淀完全后，陈化1.5-2.5小时，经真空抽滤后去掉滤液，再依次用去离子水和乙醇或去离子水和丙酮洗涤3-5次，除去阴离子，干燥得到Y3-xTbxAl5O12∶Ce前驱体粉末；
(5)将所述Y3-xTbxAl5O12∶Ce前驱体粉末在氢气∶氮气的体积比为5∶95的气流中1000-1100℃煅烧36-48小时，得白光发光二极管用纳米Y3-xTbxAl5O12∶Ce荧光粉，所述x＝0～2。
一种白光发光二极管用纳米Y3-xTbxAl5O12∶Ce荧光粉的制备方法，由如下步骤组成：
(1)将Tb4O7放入过量的3M硝酸水溶液中，加热至沸腾溶解并除去过量HNO3；
(2)分别将Y(NO3)3·6H2O、Ce(NO3)3·6H2O和Al(NO3)3·9H2O溶解在去离子水中制成溶液；
(3)按计量比Y∶Tb∶Al∶Ce＝3-x∶x∶5∶0.04-0.06的比例取步骤(1)和步骤(2)的溶液制成混合溶液200体积份，加入15-25体积份重量百分浓度为2％的聚乙二醇6000水溶液作为分散剂，用0.1M HNO3水溶液调pH值为4～5；
(4)将400体积份的1.5M的NH4HCO3水溶液，在搅拌下，滴加到步骤(3)制成的溶液中，或将所述步骤(3)制成的溶液滴加到400体积份的1.5M的NH4HCO3水溶液中，沉淀完全后，陈化1.5-2.5小时，经真空抽滤后去掉滤液，再依次用去离子水和乙醇或去离子水和丙酮洗涤3-5次，除去阴离子，干燥得到Y3-xTbxAl5O12∶Ce前驱体粉末；
(5)将所述Y3-xTbxAl5O12∶Ce前驱体粉末在氢气∶氮气的体积比为5∶95的气流中1000-1100℃煅烧36-48小时，得白光发光二极管用纳米Y3-xTbxAl5O12∶Ce荧光粉，所述x＝0～2。
通过本发明方法所生产的白光发光二极管用纳米Y3-xTbxAl5O12∶Ce(x＝0～2)荧光粉使发射波长产生了红移，可用于制备白光发光二极管，用于照明、汽车、个人通讯设备、LCD背光源等领域。
本发明针对现有技术的不足，设计一种突破传统方法的共沉淀法制备白光发光二极管用纳米Y3-xTbxAl5O12∶Ce(x＝0～2)荧光粉。选择适当的沉淀剂，优化反应物浓度、反应温度、pH值等工艺参数，降低煅烧温度、延长煅烧时间制备了纳米级的白光LED用纳米Y3-xTbxAl5O12∶Ce(x＝0～2)荧光粉，和固相法制备的微米级Y3-xTbxAl5O12∶Ce荧光粉相比，发光强度略有提高。而且，和现有技术的YAG∶Ce荧光粉相比，发射波长红移了20～30nm。
附图说明
图1为纳米级Y2Tb1Al5O12∶Ce荧光粉的透射电镜(TEM)照片。
图2为YAG∶Ce荧光粉的发射光谱图，图中：(a)为本发明的实施例3制备的Y3Al5O12∶Ce荧光粉，平均粒度90nm(b)固相法制备的Y3Al5O12∶Ce荧光粉，平均粒度1μm。
图3为不同Tb3+的取代量，纳米Y3-xTbxAl5O12：Ce(x＝0～2)荧光粉的发射光谱，图中：(a)10％的Y3+被Tb3+取代(b)30％的Y3+被Tb3+取代(c)50％的Y3+被Tb3+取代。
具体实施方式
本发明采用的是共沉淀法，所谓共沉淀法，是在混合的金属盐溶液中加入适当的沉淀剂，反应生成组成均匀的沉淀，沉淀热分解后可得到纳米级的粉体材料。一般情况下，纳米粒子大小、粒度分布、晶相可由反应动力学控制。影响反应的因素包括沉淀的种类、反应物的浓度、反应温度、pH值的大小及反应物加到溶液中的顺序等。共沉淀法合成可在分子水平上进行物质控制，因此化学均匀性好，可制备纳米级的发光粉体。然而，通常情况下，随着荧光粉粒度的减小，发光强度往往降低。本发明设计一种突破传统方法的共沉淀法制备白光发光二极管用纳米Y3-xTbxAl5O12∶Ce(x＝0～2)荧光粉。选择适当的沉淀剂，优化反应物浓度、反应温度、pH值等工艺参数，降低煅烧温度、延长煅烧时间制备了纳米级的白光LED用纳米Y3-xTbxAl5O12∶Ce(x＝0～2)荧光粉，和固相法制备的微米级Y3-xTbxAl5O12∶Ce(x＝0～2)荧光粉相比，发光强度没有降低，而且略有提高(见图2)。而且，和现有技术的YAG∶Ce荧光粉相比，发射波长红移了20～30nm(见图3)。
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
一种白光发光二极管用纳米Y2Tb1Al5O12∶Ce荧光粉，用下述方法制成：
使用Al(NO3)3·9H2O(99.0％)，Y(NO3)3·6H2O(99.95％)，Tb4O7(99.95％)，Ce(NO3)3·6H2O(99.99％)作为原材料。
(1)将Tb4O7放入过量的3M硝酸水溶液中，加热至沸腾溶解并除去过量HNO3；
(2)分别将Y(NO3)3·6H2O、Ce(NO3)3·6H2O和Al(NO3)3·9H2O溶解在去离子水中制成溶液；
(3)按计量比Y∶Tb∶Al∶Ce＝2∶1∶5∶0.04的比例取步骤(1)和步骤(2)的溶液制成混合溶液200ml，加入20ml重量百分浓度为2％的聚乙二醇6000水溶液作为分散剂，用0.1M HNO3水溶液调pH值为4～5；
(4)将400ml的1.5M的NH4HCO3水溶液，在搅拌下，滴加到步骤(3)制成的溶液中，沉淀完全后，陈化2小时，经真空抽滤后去掉滤液，再依次用去离子水和乙醇洗涤4次，除去阴离子，干燥得到Y2Tb1Al5O12∶Ce前驱体粉末；
(5)将所述Y2Tb1Al5O12∶Ce前驱体粉末在氢气∶氮气的体积比为5∶95的气流中1000℃煅烧36小时，得白光发光二极管用纳米Y2Tb1Al5O12∶Ce荧光粉。
实施例2
使用Al(NO3)3·9H2O(99.0％)，Y(NO3)3·6H2O(99.95％)，Tb4O7(99.95％)，Ce(NO3)3·6H2O(99.99％)作为原材料。
一种白光发光二极管用纳米Y1Tb2Al5O12∶Ce荧光粉，其特征是用下述方法制成：
(1)将Tb4O7放入过量的3M硝酸水溶液中，加热至沸腾溶解并除去过量HNO3；
(2)分别将Y(NO3)3·6H2O、Ce(NO3)3·6H2O和Al(NO3)3·9H2O溶解在去离子水中制成溶液；
(3)按计量比Y∶Tb∶Al∶Ce＝1∶2∶5∶0.06的比例取步骤(1)和步骤(2)的溶液制成混合溶液200ml，加入15ml重量百分浓度为2％的聚乙二醇6000水溶液作为分散剂，用0.1M HNO3水溶液调pH值为4～5；
(4)将400ml的1.5M的NH4HCO3水溶液，在搅拌下，滴加到步骤(3)制成的溶液中，沉淀完全后，陈化2.5小时，经真空抽滤后去掉滤液，再依次用去离子水和丙酮洗涤5次，除去阴离子，干燥得到Y1Tb2Al5O12：Ce前驱体粉末；
(5)将所述Y1Tb2Al5O12∶Ce前驱体粉末在氢气∶氮气的体积比为5∶95的气流中1100℃煅烧48小时，得白光发光二极管用纳米Y1Tb2Al5O12∶Ce荧光粉。
实施例3
一种白光发光二极管用纳米Y2Tb1Al5O12∶Ce荧光粉，用下述方法制成：
使用Al(NO3)3·9H2O(99.0％)，Y(NO3)3·6H2O(99.95％)，Ce(NO3)3·6H2O(99.99％)作为原材料。
(1)分别将Y(NO3)3·6H2O、Ce(NO3)3·6H2O和Al(NO3)3·9H2O溶解在去离子水中制成溶液；
(2)按计量比Y∶Al∶Ce＝3∶5∶0.05的比例取步骤(1)制成混合溶液200ml，加入25ml重量百分浓度为2％的聚乙二醇6000水溶液作为分散剂，用0.1M HNO3水溶液调pH值为4～5；
(3)在搅拌下，将步骤(2)制成的溶液滴加到400ml的1.5M的NH4HCO3水溶液中，沉淀完全后，陈化1.5小时，经真空抽滤后去掉滤液，再依次用去离子水和乙醇洗涤3次，除去阴离子，干燥得到Y3Al5O12∶Ce前驱体粉末；
(4)将所述Y3Al5O12∶Ce前驱体粉末在氢气∶氮气的体积比为5∶95的气流中1000℃煅烧36小时，得白光发光二极管用纳米Y3Al5O12∶Ce荧光粉。

Claims (2)

1.一种白光发光二极管用纳米Y3-xTbxAl5O12:Ce荧光粉，其特征是用下述方法制成：
(1)将Tb4O7放入过量的3M硝酸水溶液中，加热至沸腾溶解并除去过量HNO3；
(2)分别将Y(NO3)3·6H2O、Ce(NO3)3·6H2O和Al(NO3)3·9H2O溶解在去离子水中制成溶液；
(3)按计量比Y∶Tb∶Al∶Ce＝3-x∶x∶5∶0.04-0.06的比例取步骤(1)和步骤(2)的溶液制成混合溶液200体积份，加入15-25体积份重量百分浓度为2％的聚乙二醇6000水溶液作为分散剂，用0.1M HNO3水溶液调pH值为4～5；
(4)将400体积份的1.5M的NH4HCO3水溶液，在搅拌下，滴加到步骤(3)制成的溶液中，或将所述步骤(3)制成的溶液滴加到400体积份的1.5M的NH4HCO3水溶液中，沉淀完全后，陈化1.5-2.5小时，经真空抽滤后去掉滤液，再依次用去离子水和乙醇或去离子水和丙酮洗涤3-5次，除去阴离子，干燥得到Y3-xTbxAl5O12:Ce前驱体粉末；
(5)将所述Y3-xTbxAl5O12:Ce前驱体粉末在氢气∶氮气的体积比为5∶95的气流中1000-1100℃煅烧36-48小时，得白光发光二极管用纳米Y3-xTbxAl5O12:Ce荧光粉，所述x＝0～2。
2.一种白光发光二极管用纳米Y3-xTbxAl5O12:Ce荧光粉的制备方法，其特征是由如下步骤组成：
(1)将Tb4O7放入过量的3M硝酸水溶液中，加热至沸腾溶解并除去过量HNO3；
(2)分别将Y(NO3)3·6H2O、Ce(NO3)3·6H2O和Al(NO3)3·9H2O溶解在去离子水中制成溶液；
(3)按计量比Y∶Tb∶Al∶Ce＝3-x∶x∶5∶0.04-0.06的比例取步骤(1)和步骤(2)的溶液制成混合溶液200体积份，加入15-25体积份重量百分浓度为2％的聚乙二醇6000水溶液作为分散剂，用0.1M HNO3水溶液调pH值为4～5；
(4)将400体积份的1.5M的NH4HCO3水溶液，在搅拌下，滴加到步骤(3)制成的溶液中，或将所述步骤(3)制成的溶液滴加到400体积份的1.5M的NH4HCO3水溶液中，沉淀完全后，陈化1.5-2.5小时，经真空抽滤后去掉滤液，再依次用去离子水和乙醇或去离子水和丙酮洗涤3-5次，除去阴离子，干燥得到Y3-xTbxAl5O12:Ce前驱体粉末；
(5)将所述Y3-xTbxAl5O12:Ce前驱体粉末在氢气∶氮气的体积比为5∶95的气流中1000-1100℃煅烧36-48小时，得白光发光二极管用纳米Y3-xTbxAl5O12:Ce荧光粉，所述x＝0～2。
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