CN101899304B - 一种掺铕的锶铝硅系氮氧化物复合荧光粉及其制备方法 - Google Patents

一种掺铕的锶铝硅系氮氧化物复合荧光粉及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种掺铕的锶铝硅系氮氧化物复合荧光粉及其制备方法。该复合荧光粉的化学组成为：(Sr1-yEuyAl2-xSi2+xO8-xNx)·(Sr2-yEuyAl2-xSi1+xO7-xNx)，x＝0.1～0.4，y＝0.01～0.04。按比例准确称取锶的化合物、铝的化合物和铕的化合物溶解在去离子水或酸中，再与由正硅酸乙酯跟一定比例的去离子水、无水乙醇配成的稳定溶液相混合，然后再加入一定比例的氮化硅纳米粉并分散均匀，再用酸调整至合适的pH值，使其形成溶胶；将溶胶转化成干凝胶颗粒；干凝胶颗粒在氮气气氛下进行分解和氮化反应得到氮化颗粒，再在氮气气氛保护下高温焙烧，即得掺铕的锶铝硅系氮氧化物复合荧光粉。在本发明所得的复合荧光粉材料中，单种荧光粉内含两种不同氮氧化物发光晶体，该晶体在紫外光或近紫外光激发下能同时发射两至三种可见光，通过调整掺氮比例能有效调整混合光亮度和色坐标，可用于白光LED器件中。

Description

一种掺铕的锶铝硅系氮氧化物复合荧光粉及其制备方法
技术领域
本发明属于稀土发光材料制造技术领域，特别涉及一种掺铕的锶铝硅系氮氧化物复合荧光粉及其制备方法。 
背景技术
LED以其节能、耐用、无污染等优点作为最有希望的下一代照明方式而被广泛引起重视。LED是利用半导体芯片通电后，将电能转化成可见光，由于是冷光源，半导体照明自身对环境没有任何污染，而且与白炽灯、荧光灯相比，节电效率可以达到90％以上。如果我国目前的照明有1/3采用半导体照明，每年可节电近800亿千瓦时，相当于一个三峡水电站的年发电量。 
目前，实现白光LED有多种方案。一种是LED组合发光，即多芯片白光LED。多芯片组合型白光LED是指将发光波长不同的LED(如红、绿、蓝)按照一定的方式排列，组合成白光发射。这种类型的白光LED的优点是，发光亮度高，通过控制不同单色LED所加电流，可以调节出不同色温的白光或令人悦目的其它颜色的光，理论上这种方法可以得到效率最高的白光。它的缺点是个别单色LED管的劣化会导致白光光色不纯，并且此种类型的LED控制电路比较复杂，所以成本比较高。蓝色LED芯片发出蓝光激发某种荧光粉并与剩余蓝光混合成为白光。蓝光LED加黄光荧光粉是研究最早最多并且已经实用化了的白光LED系统。后来又发展了蓝光LED加红、绿荧光粉系统。这一原理最典型的方案是发蓝光InGaN芯片和涂有发黄光的Ce3+激活的(Y，Cd)3(Al，Ga)5O12钇铝石榴石荧光体组成白光LED。用这种方法发光，发光效率较高、制备简单、稳定性高。另外还有一种方案是通过紫外LED激发三基色荧光粉发出白光。此种方法简单易行，显色性好，而且发光效率仍有大幅度提高的空间。白光是由多种光混合而成。依据发光学和光度学原理，实现白光可由黄光和蓝光混合，也可由蓝绿红三基色光混合。为获取高效高显色指数及不同色温的白光，还可用多基色光组合。 
LED半导体照明的兴起使得LED用荧光粉的研究也得到了高度重视。波长转换荧光粉在高效白光LED发展中具有重要作用。在LED用荧光粉中，稀土掺杂氮氧化物基发光材料是最佳的候选材料，不仅因为它们在紫外或蓝光区域的高吸收和高转换效率，而且它们还具有优异的化学和热稳定性。随着高效白光LED普通照明应用的飞速发展，稀土掺杂氮氧化物基发光材料已表现出令人印象深刻的发展。在本发明所得的复合荧光粉材料中，单种荧光粉内含两种不同氮氧化物发光晶体，该晶体在紫外光或近紫外光激发下能同时发射两至三种可见光，通过调整掺氮比例能有效调整混合光亮度和色坐标，可用于白光LED器件中。 
发明内容
本发明的目的是提出一种掺铕的锶铝硅系氮氧化物复合荧光粉及其制备方法，其材料组成特征在于，其化学组成为(Sr1-yEuyAl2-xSi2+xO8-xNx)·(Sr2-yEuyAl2-xSi1+xO7-xNx)，其中x＝0.1～0.4，y＝0.01～0.04。其制备方法具体步骤如下： 
1)按化学组成式(Sr1-yEuyAl2-xSi2+xO8-xNx)·(Sr2-yEuyAl2-xSi1+xO7-xNx)，其中x＝0.1～0.4；y＝0.01～0.04，准确称取一定比例的锶的化合物、铝的化合物和铕的化合物溶解于一定量的去离子水或酸中，形成溶液，再与由正硅酸乙酯跟一定比例的去离子水、无水乙醇配成的稳定溶液相混合，然后再加入一定比例的氮化硅纳米粉，并将其分散均匀。 
2)将酸缓慢加入上述的溶液中，调节pH值为1～4，加热并持续搅拌，形成透明溶胶。 
3)将上述透明溶胶在120℃下转化成干凝胶颗粒，再在氮气气氛下进行分解和氮化反应，得到氮化颗粒，最后将氮化颗粒在氮气气氛保护下高温焙烧，冷却后将粉块粉碎过200目筛，即得到所需的荧光粉。 
本发明中所说的锶的化合物为硝酸锶、氯化锶、氧化锶或氢氧化锶，铝的化合物为硝酸铝、氯化铝、氧化铝或氢氧化铝，铕的化合物为硝酸铕、氯化铕、 氧化铕或氢氧化铕。 
本发明中将氮化颗粒在氮气气氛保护下高温焙烧的温度是1000～1500℃。 
在本发明所得的掺铕的锶铝硅系氮氧化物复合荧光粉材料中，单种荧光粉内含两种不同氮氧化物发光晶体，该晶体在紫外光或近紫外光激发下能同时发射两至三种可见光，通过调整掺氮比例能有效调整混合光亮度和色坐标，可用于白光LED器件中。 
附图说明
图1(Sr0.99Eu0.01Al1.9Si2.1O7.9N0.1)·(Sr1.99Eu0.01Al1.9Si1.1O6.9N0.1)荧光粉的发射光谱。 
图2(Sr0.98Eu0.02Al1.98Si2.2O7.8N0.2)·(Sr1.98Eu0.02Al1.8Si1.2O6.8N0.2)荧光粉的发射光谱。 
图3(Sr0.96Eu0.04Al1.6Si2.4O7.6N0.4)·(Sr1.96Eu0.04Al1.6Si1.4O6.6N0.4)荧光粉的发射光谱。 
具体实施方式
本发明提出一种掺铕的锶铝硅系氮氧化物复合荧光粉及其制备方法。所述复合荧光粉的化学组成为(Sr1-yEuyAl2-xSi2+xO8-xNx)·(Sr2-yEuyAl2-xSi1+xO7-xNx)，其中x＝0.1～0.4，y＝0.01～0.04。 
其制备方法是按化学组成式(Sr1-yEuyAl2-xSi2+xO8-xNx)·(Sr2-yEuyAl2-xSi1+xO7-xNx)，x＝0.1～0.4，y＝0.01～0.04，准确称取一定比例的锶的化合物、铝的化合物和铕的化合物溶解于一定量的去离子水或酸中，形成溶液，再与由正硅酸乙酯跟一定比例的去离子水、无水乙醇配成的稳定溶液相混合，然后再加入一定比例的氮化硅纳米粉，并将其分散均匀。将酸缓慢加入上述的溶液中，调节pH值为1～4，加热并持续搅拌，形成透明溶胶。将上述透明溶胶在120℃下转化成干凝胶颗粒，再在氮气气氛下进行分解和氮化反应，得到氮化颗粒，最后将氮化颗粒在氮气气氛保护下高温焙烧，冷却 后将粉块粉碎过200目筛，即得到所需的荧光粉。 
上述所说的锶的化合物为硝酸锶、氯化锶、氧化锶或氢氧化锶，铝的化合物为硝酸铝、氯化铝、氧化铝或氢氧化铝，铕的化合物为硝酸铕、氯化铕、氧化铕或氢氧化铕；加酸调整至形成透明溶胶时的pH值为1～4。将氮化颗粒在氮气气氛保护下高温焙烧的温度是1000～1500℃。 
下面通过实施例，进一步阐明本发明的突出特点和显著进步，仅在于说明本发明而决不限制本发明。 
实施例1 
以硝酸锶、硝酸铝、正硅酸乙酯、硝酸铕和氮化硅为起始原料，按化学组成为(Sr0.99Eu0.01Al1.9Si2.1O7.9N0.1)·(Sr1.99Eu0.01Al1.9Si1.1O6.9N0.1)，准确称取一定比例的硝酸锶、硝酸铝和硝酸铕溶解于一定量的去离子水中，形成溶液，再与由正硅酸乙酯跟一定比例的去离子水、无水乙醇配成的稳定溶液相混合，然后再加入一定比例的氮化硅纳米粉，并将其分散均匀；再在上述溶液中加酸，调整pH值至3，加热并持续搅拌形成透明溶胶；将上述透明溶胶在120℃下转化成干凝胶颗粒，再在氮气气氛下进行分解和氮化反应，得到氮化颗粒，最后将氮化颗粒在氮气气氛保护下1000℃高温焙烧，冷却后将粉块粉碎过200目筛，即得到所需的荧光粉，其发射光谱见图1。 
实施例2 
以氯化锶、氯化铝、正硅酸乙酯、氯化铕和氮化硅为起始原料，按化学组成为(Sr0.98Eu0.02Al1.98Si2.2O7.8N0.2)·(Sr1.98Eu0.02Al1.8Si1.2O6.8N0.2)，准确称取一定比例的氯化锶、氯化铝和氯化铕溶解于一定量的去离子水中，形成溶液，再与由正硅酸乙酯跟一定比例的去离子水、无水乙醇配成的稳定溶液相混合，然后再加入一定比例的氮化硅纳米粉，并将其分散均匀；再在上述溶液中加酸，调整pH值至2，加热并持续搅拌形成透明溶胶；将上述透明溶胶在120℃下转化成干凝胶颗粒，再在氮气气氛下进行分解和氮化反应，得到氮化颗粒，最后将氮化颗粒在氮气气氛保护下1200℃高温焙烧，冷却后将粉块粉碎过200目筛，即得到 所需的荧光粉，其发射光谱见图2。 
实施例3 
以氧化锶、氧化铝、正硅酸乙酯、氧化铕和氮化硅为起始原料，按化学组成为(Sr0.96Eu0.04Al1.6Si2.4O7.6N0.4)·(Sr1.96Eu0.04Al1.6Si1.4O6.6N0.4)，准确称取一定比例的氧化锶、氧化铝和氧化铕溶解于一定量的酸中，形成溶液，再与由正硅酸乙酯跟一定比例的去离子水、无水乙醇配成的稳定溶液相混合，然后再加入一定比例的氮化硅纳米粉，并将其分散均匀；再在上述溶液中加酸，调整pH值至1，加热并持续搅拌形成透明溶胶；将上述透明溶胶在120℃下转化成干凝胶颗粒，再在氮气气氛下进行分解和氮化反应，得到氮化颗粒，最后将氮化颗粒在氮气气氛保护下1400℃高温焙烧，冷却后将粉块粉碎过200目筛，即得到所需的荧光粉，其发射光谱见图3。 
实施例4 
以氢氧化锶、硝酸铝、正硅酸乙酯、氢氧化铕和氮化硅为起始原料，按化学组成为(Sr0.98Eu0.02Al1.7Si2.3O7.7N0.3)·(Sr1.98Eu0.02Al1.7Si1.3O6.7N0.3)，准确称取一定比例的氢氧化锶、硝酸铝和氢氧化铕溶解于一定量的酸中，形成溶液，再与由正硅酸乙酯跟一定比例的去离子水、无水乙醇配成的稳定溶液相混合，然后再加入一定比例的氮化硅纳米粉，并将其分散均匀；再在上述溶液中加酸，调整pH值至2，加热并持续搅拌形成透明溶胶；将上述透明溶胶在120℃下转化成干凝胶颗粒，再在氮气气氛下进行分解和氮化反应，得到氮化颗粒，最后将氮化颗粒在氮气气氛保护下1150℃高温焙烧，冷却后将粉块粉碎过200目筛，即得到所需的荧光粉。 
实施例5 
以硝酸锶、氢氧化铝、正硅酸乙酯、氯化铕和氮化硅为起始原料，按化学组成为(Sr0.99Eu0.01Al1.6Si2.4O7.6N0.4)·(Sr1.99Eu0.01Al1.6Si1.4O6.6N0.4)，准确称取一定比例的硝酸锶、氢氧化铝和氯化铕溶解于一定量的酸中，形成溶液，再与由正硅酸乙酯跟一定比例的去离子水、无水乙醇配成的稳定溶液相混合，然后再加入 一定比例的氮化硅纳米粉，并将其分散均匀；再在上述溶液中加酸，调整pH值至4，加热并持续搅拌形成透明溶胶；将上述透明溶胶在120℃下转化成干凝胶颗粒，再在氮气气氛下进行分解和氮化反应，得到氮化颗粒，最后将氮化颗粒在氮气气氛保护下1350℃高温焙烧，冷却后将粉块粉碎过200目筛，即得到所需的荧光粉。 

Claims (2)

1.一种在紫外光或近紫外光激发下能同时发射两至三种可见光的掺铕的锶铝硅系氮氧化物复合荧光粉的制备方法，其化学组成为(Sr1-yEuyAl2-xSi2+xO8-xNx)·(Sr2-yEuyAl2-xSi1+xO7-xNx)，其中x＝0.1～0.4，y＝0.01～0.04，其特征在于它包括以下步骤：
1)按化学组成式(Sr1-yEuyAl2-xSi2+xO8-xNx)·(Sr2-yEuyAl2-xSi1+xO7-xNx)，其中x＝0.1～0.4，y＝0.01～0.04，准确称取一定比例的锶的化合物、铝的化合物和铕的化合物溶解于一定量的去离子水或酸中，形成溶液，再与由正硅酸乙酯跟一定比例的去离子水、无水乙醇配成的稳定溶液相混合，然后再加入一定比例的氮化硅纳米粉，并将其分散均匀；
2)将酸缓慢加入上述的溶液中，调节pH值为1～4，加热并持续搅拌，形成透明溶胶；
3)将上述透明溶胶在120℃下转化成干凝胶颗粒，再在氮气气氛下进行分解和氮化反应，得到氮化颗粒，最后将氮化颗粒在氮气气氛保护下，在1000～1500℃下焙烧，冷却后将粉块粉碎过200目筛，即得到所需的荧光粉。
2.根据权利要求1所述的掺铕的锶铝硅系氮氧化物复合荧光粉的制备方法，其特征在于：所说的锶的化合物为硝酸锶、氯化锶、氧化锶或氢氧化锶，铝的化合物为硝酸铝、氯化铝、氧化铝或氢氧化铝，铕的化合物为硝酸铕、氯化铕、氧化铕或氢氧化铕。
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