CN101781562A

CN101781562A - 铈铕共掺杂的钇铝石榴石及其制备荧光粉的方法

Info

Publication number: CN101781562A
Application number: CN201010300880A
Authority: CN
Inventors: 孙康; 李万万; 严小松
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2010-01-28
Filing date: 2010-01-28
Publication date: 2010-07-21

Abstract

一种荧光节能技术领域的铈铕共激活单一相钇铝石榴石荧光粉及其制备方法，其粒径小于等于400目，铈铕共掺杂的钇铝石榴石结构通式为(Y_(1-x-y)Ce_xEu_y)₃Al₅O₁₂，其中：0.05＜x＜0.2，0.05＜y＜0.15。本发明所获得的荧光粉，可有效吸收460nm的蓝光，并发出黄、红复合光，可与现有的GaN蓝光LED芯片制得光转换白光LED，并克服了传统白光LED中缺少红光成分的缺点。

Description

铈铕共掺杂的钇铝石榴石及其制备荧光粉的方法

技术领域

本发明涉及的是一种荧光节能材料技术领域的荧光粉材料及其制备方法，具体是一种铈铕共掺杂的钇铝石榴石及其制备荧光粉的方法。

背景技术

钇铝石榴石，分子式为Y₃Al₅O₁₂，简称YAG，具有熔点高，硬度大，高温低蠕变速率和低电导率，稳定的化学和热性能，是一种非常优秀的高温结构材料，可用于绝缘和耐火材料等领域。铈(Ce)激活的钇铝石榴石，激发光谱在460纳米(nm)附近，能有效吸收氮化镓(GaN)发光二极管(LED)的蓝光，并与之复合成为高亮度的白色光。这类半导体发光二极管由于其节能、环保、使用寿命长、体积小、耐冲击等优异的性能而成人们看成是继白炽灯、荧光灯和高压气体放电灯之后第四代照明光源，因此白光LED作为照明光源极具潜力。

1998年日本日亚公司成功将光转换型白光LED商品化，其主要结构包括两个部分，一部分是作为发光层的半导体，如InGaN等；另一部分就是以铈激活的钇铝石榴石黄光荧光粉。LED芯片发射出的蓝光一部分被荧光粉吸收转换成黄光，另一部分与转换生成的黄光复合形成白光。但由于这种方法的复合白光中缺少红光成分，因此显色指数不高。解决这个问题的方式一般是在铈激活的钇铝石榴石黄光荧光粉中加入一类红光荧光粉，或者用紫外、近紫外LED激发红、绿、蓝三种荧光粉产生白光。尽管这类方法可以很好的弥补传统白光LED的缺点，但由于使用了多相荧光粉，极大的提高了生产成本，同时多相荧光粉之间的重吸收和比例调控也会影响复合白光的稳定性。因此，使用单一相的荧光粉来替代多相荧光粉，同时在与LED芯片形成的复合白光中补充红光成分是目前研究的热点。

传统的稀土金属掺杂钇铝石榴石粉体的合成是采用高温固相法，但这类方法需要的高温较高(一般在1600℃以上)，反应时间较长(一般需要数小时)。

经对现有技术的文献检索发现，近年来，以湿化学方法合成YAG逐渐兴起，但这些方法要求的合成条件苛刻，且合成周期较长。上述合成方法都需要在有氢气的还原气氛下进行，提高了生产成本。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种铈铕共掺杂的钇铝石榴石及其制备荧光粉的方法，克服了现有合成方法中的缺点，简化了工艺，缩短了合成时间。本发明所获得的荧光粉，可有效吸收460nm的蓝光，并发出黄、红复合光，可与现有的GaN蓝光LED芯片制得光转换白光LED，并克服了传统白光LED中缺少红光成分的缺点。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及铈铕共掺杂的钇铝石榴石，其结构通式为(Y_(1-x-y)Ce_xEu_y)₃Al₅O₁₂，其中：0.05＜x＜0.2，0.05＜y＜0.15；

本发明涉及上述铈铕共掺杂的钇铝石榴石制备荧光粉的方法，包括以下步骤：

第一步，将硝酸钇、硝酸铝、硝酸铈和硝酸铕混合后溶于去离子水中，经充分搅拌后加入有机分散剂并置于密封高压釜中，经油浴处理获得前驱体溶液。

所述硝酸钇、硝酸铝、硝酸铈和硝酸铀的比例为(3-x-y)∶5∶x∶y，其中：0.05＜x＜0.2，0.05＜y＜0.15

所述的有机分散剂为聚乙二醇，其分子量为2000，用量为去离子水质量的0.5％-2％。

所述的前驱体溶液中铈离子的摩尔掺杂量为5％-20％，铕离子的摩尔掺杂量为5％-15％。

所述的油浴处理是指：将密封高压釜置于180-300℃油浴温度下加热30分钟，加热同时进行磁力搅拌。

第二步，将前驱体溶液置于烧结炉中，依次经烧结处理、洗涤、过筛得到铈铕共激活单一相钇铝石榴石荧光粉。

所述的烧结处理是指：在900-1100℃空气气氛下烧结10-60分钟，剧烈反应后剩余黄白色粉末，随炉冷却；

所述的洗涤，是指将烧结产物置于质量分数为67％的浓硝酸溶液，在密闭反应釜中90℃加热搅拌15分钟后进一步用去离子水清洗至中性，再用无水乙醇清洗。

所述过筛，是指过400目筛。

所述的铈铕共激活单一相钇铝石榴石荧光粉的粒径为小于等于400目；

所述的铈铕共激活单一相钇铝石榴石荧光粉可有效吸收460nm的蓝光，并发出黄、红色复合光。

本发明以水热合成法在高温密封反应釜中制备获得前驱体，反应过程简单，只需要将钇、铝以及稀土掺杂的铈铕离子的硝酸盐溶液与有机分散剂混合后加热即可直接进行后续反应，无需调节溶液pH值以生成沉淀，也无需长时间加热溶液以获得溶胶并进一步干燥获得凝胶。将前驱体溶液进行在空气气氛下进行烧结即可获得单一相铈铕共掺杂的钇铝石榴石粉体，无需还原气氛，反应时间短，过程简单。获得的钇铝石榴石粉体能被400-470nm波段光激发，发射出480-680nm的可见光，在黄光和红光区域都有荧光特征峰，改善了现有铈单一掺杂的钇铝石榴石荧光粉在红光区域的成分不足。

本发明提供的方法对原料要求简单，大大缩短了传统高温固相法和湿化学反应的反应周期、简化了反应工艺。同时，相对较低的合成温度和相对均匀的组分，也使生成的YAG粉末硬度低，杂相少，颗粒均一性好，粒径小。本发明所提供的合成方法制备获得的荧光粉具有优异的光学性能，可直接与现有LED芯片结合用于制造白光LED，同时也弥补了现有白光LED的复合白光中红光成分不足的缺点。

附图说明

图1为实施例样品的xrd图谱与Y₃Al₅O₁₂的标准xrd图谱对比。

图2为实施例激发光谱图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

将1.35g硝酸钇，7.50g硝酸铝，0.0526g硝酸铈，0.0416g硝酸铕溶于去离子水中，并加入0.44g聚乙二醇。将溶液置于密封高压釜中，在磁力搅拌作用下加热到180℃，保温30分钟，获得前驱体溶液。将获得的前驱体溶液在900℃空气气氛中烧结10分钟，将获得的样品冷却到室温后酸洗、醇洗后，经400目分样筛过筛，即得到YAG:Ce³⁺，Eu³⁺粉体。

实施例2

将1.35g硝酸钇，7.50g硝酸铝，0.2104g硝酸铈，0.1248g硝酸铕溶于去离子水中，并加入1.76g聚乙二醇。将溶液置于密封高压釜中，在磁力搅拌作用下加热到300℃，保温30分钟，获得前驱体溶液。将获得的前驱体溶液在1100℃空气气氛中烧结90分钟，将获得的样品冷却到室温后酸洗、醇洗后，经400目分样筛过筛，即得到YAG:Ce³⁺，Eu³⁺粉体。

实施例3

将1.35g硝酸钇，7.50g硝酸铝，0.1052g硝酸铈，0.0832g硝酸铕溶液于去离子水中，并加入0.88g聚乙二醇。将溶液置于密封高压釜中，在磁力搅拌作用下加热到220℃，保温30分钟，获得前驱体溶液。将获得的前驱体溶液在1000℃空气气氛中烧结40分钟，将获得的样品冷却到室温后酸洗、醇洗后，经400目分样筛过筛，即得到YAG:Ce³⁺，Eu³⁺粉体。

由图1可知，在YAG中掺杂摩尔百分数为5％-20％Ce³⁺和摩尔百分数为5％-15％的Eu³⁺不会改变物质的基本结构，三组实施例样品的xrd图谱都能和标准的YAG的xrd图谱对应。

由图2可知，在YAG中掺杂不同摩尔百分数的Ce³⁺和Eu³⁺会影响荧光粉黄光和红光波段荧光峰的强度。同时，Ce³⁺与Eu³⁺摩尔百分数比值的不同也会影响荧光粉黄光与红光波段荧光峰的相对强度比值。由荧光粉的激发光谱图可以看出，实施例样品能被400-470nm波段的光所激发。

Claims

1.一种铈铕共掺杂的钇铝石榴石，其特征在于，其结构通式为(Y_(1-x-y)Ce_xEu_y)₃Al₅O₁₂，其中：0.05＜x＜0.2，0.05＜y＜0.15。

2.一种根据权利要求1所述的铈铕共掺杂的钇铝石榴石制备荧光粉的方法其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的铈铕共激活单一相钇铝石榴石荧光粉的制备方法，其特征是，所述硝酸钇、硝酸铝、硝酸铈和硝酸铀的比例为(3-x-y)∶5∶x∶y，其中：0.05＜x＜0.2，0.05＜y＜0.15。

4.根据权利要求2所述的铈铕共激活单一相钇铝石榴石荧光粉的制备方法，其特征是，所述的有机分散剂为聚乙二醇，其分子量为2000，用量为去离子水质量的0.5％-2％。

5.根据权利要求2所述的铈铕共激活单一相钇铝石榴石荧光粉的制备方法，其特征是，所述的前驱体溶液中铈离子的摩尔掺杂量为5％-20％，铕离子的摩尔掺杂量为5％-15％。

6.根据权利要求2所述的铈铕共激活单一相钇铝石榴石荧光粉的制备方法，其特征是，所述的油浴处理是指：将密封高压釜置于180-300℃油浴温度下加热30分钟，加热同时进行磁力搅拌。

7.根据权利要求2所述的铈铕共激活单一相钇铝石榴石荧光粉的制备方法，其特征是，所述的烧结处理是指：在900-1100℃空气气氛下烧结10-60分钟，剧烈反应后剩余黄白色粉末，随炉冷却。

8.根据权利要求2所述的铈铕共激活单一相钇铝石榴石荧光粉的制备方法，其特征是，所述的洗涤，是指将烧结产物置于质量分数为67％的浓硝酸溶液，在密闭反应釜中90℃加热搅拌15分钟后进一步用去离子水清洗至中性，再用无水乙醇清洗。

9.根据权利要求2所述的铈铕共激活单一相钇铝石榴石荧光粉的制备方法，其特征是，所述过筛，是指过400目筛。

10.根据权利要求2所述的铈铕共激活单一相钇铝石榴石荧光粉的制备方法，其特征是，所述的铈铕共激活单一相钇铝石榴石荧光粉的粒径为小于等于400目。