CN102051173A - 蓝光发光材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种蓝光发光材料及其制备方法，蓝光发光材料为以下化学式的物质：aCaO·bAl2O3·cSiO2:xCe，其中0.4≤a≤2.5，0.2≤b≤1.5，c＝1.0，0.001≤x≤0.1。制备方法包括以下步骤：(1)以Ca的氧化物、碳酸盐、草酸盐中的一种或一种以上、Al2O3、SiO2和CeO2为原料，(2)将原料混合均匀后，在还原气氛下升温到1000～1450℃，在此条件下保温煅烧2～20小时，然后冷却到室温，研磨即可制得蓝光发光材料。本发明提供一种适用于紫外光区域LED激发，实现高效蓝光发射的蓝光发光材料，以及一种制备工艺简单、成本低的蓝光发光材料的制备方法。

Description

蓝光发光材料及其制备方法
技术领域
本发明属于照明技术领域，涉及一种发光材料及其制备方法，尤其涉及一种蓝光发光材料及其制备方法。
背景技术
半导体照明技术(LED)作为新型发光元件，具有以下特点：1、使用低压电源安全可靠，特别适用于公共场所。2、节能：消耗能量较同光效的白炽灯减少80％。3、适用性强：可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境。4、稳定性好：寿命达到10万小时以上，光衰为初始的50％。5、响应时间短：LED灯的响应时间为纳秒级。6、对环境无污染：无有害金属汞存在。因此，LED广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源及普通照明等领域。
目前实现LED白光发射的主流方式是通过蓝光LED芯片配合铈激活的稀土石榴石黄色荧光粉(如YAG:Ce3+或TAG:Ce3+)，通过荧光材料被蓝光芯片发出的蓝光激发所发出的黄光与蓝色芯片发出的剩余的蓝光复合实现白光发射。但在这种方法中，所使用的荧光材料存在显色性低和色温高这两个明显的不足，在白光LED的应用和性能方面具有很大的局限性，未来将会被“UV-LED+红、绿、蓝三基色荧光粉”所替代，所以开发适用于UV-LED的三基色荧光粉显得特别重要。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中的应用于白光发射的荧光材料存在显色性低和色温高这两个明显的不足，提供一种适用于紫外光区域LED激发，实现高效蓝光发射的蓝光发光材料。
本发明进一步要解决的技术问题在于，提供一种制备工艺简单、成本低的蓝光发光材料的制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种蓝光发光材料，为以下化学式的物质：aCaO·bAl2O3·cSiO2:xCe，其中0.4≤a≤2.5，0.2≤b≤1.5，c＝1.0，0.001≤x≤0.1。
所述a、b、x的取值分别优选为1≤a≤2，0.5≤b≤1，0.01≤x≤0.05。
一种蓝光发光材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)、以Ca的氧化物、碳酸盐、草酸盐中的一种或一种以上、Al2O3、SiO2和CeO2为原料，按着化学表达式aCaO·bAl2O3·cSiO2:xCe的各元素之间的摩尔比来称取各原料，其中0.4≤a≤2.5，0.2≤b≤1.5，c＝1.0，0.001≤x≤0.1；
(2)、将步骤(1)中的原料混合均匀后，在还原气氛下升温到1000～1450℃，在此条件下保温煅烧2～20小时，然后冷却到室温，研磨即可制得蓝光发光材料。
蓝光发光材料的制备方法中，所述步骤(2)中，优选将步骤(1)中的原料混合均匀后倒入刚玉坩埚中，然后将装有原料的刚玉坩埚放入高温管式炉，在还原气氛下升温到1100～1350℃，在此条件下保温煅烧6～12小时，然后冷却到室温，研磨即可制得蓝光发光材料。
蓝光发光材料的制备方法中，所述步骤(2)之前还有预处理步骤，所述的预处理步骤为：将称取的原料混合均匀，升温到1000～1500℃保温煅烧4～20小时后，冷却到室温备用。
蓝光发光材料的制备方法中，所述的预处理步骤优选为：将称取的原料混合均匀后放入刚玉坩埚，然后将该刚玉坩埚放入高温箱式炉中，升温到1200～1400℃保温煅烧8～16小时后，冷却到室温备用。
蓝光发光材料的制备方法中，所述的还原气氛选择为氢气、氢气和氮气的混合气体或一氧化碳气体所形成的气氛。
蓝光发光材料的制备方法中，所述的还原气氛还可以是指反应体系中有炭存在的气氛。
本发明将稀土铈离子(Ce3+)掺杂到含CaO、Al2O3、SiO2的硅酸盐材料中，掺杂稀土铈离子(Ce3+)的发光材料具有良好的光致发光性能，有一个宽的激发带，发射宽带的蓝色光，所发出的蓝光色纯度和亮度均较高，并且其发光效率高、稳定性好，可以应用在紫光LED发光器件中。
本发明的制备方法可以制备出具有良好的光致发光性能、受激发后所发出的蓝光色纯度和亮度均较高的发光材料，其工艺步骤简单，工艺条件易控制、易操作，成本低。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是实施例3制备的蓝光发光材料在波长362nm的激发光激发下的发射光谱。
图2是实施例4制备的蓝光发光材料在波长362nm的激发光激发下的发射光谱。
图3是实施例5制备的蓝光发光材料在波长362nm的激发光激发下的发射光谱。
图4是实施例6制备的蓝光发光材料在波长362nm的激发光激发下的发射光谱。
图5是实施例9制备的蓝光发光材料在波长362nm的激发光激发下的发射光谱及其对应的激发光谱。
测试该光谱使用的仪器为岛津RF-5301PC荧光光谱仪，条件选择：狭缝宽度为1.5nm、灵敏度为低。
具体实施方式
实施例1
0.4CaO·0.6Al2O3·1.0SiO2:0.01Ce蓝光发光材料的制备：分别称取碳酸钙(CaCO3)0.4g、氧化铝(Al2O3)0.612g、二氧化硅(SiO2)0.601g和氧化铈(CeO2)0.0172g，将称量好的原料在玛瑙研钵中研磨混合均匀后装入刚玉坩埚中，将该刚玉坩埚放入高温管式炉中，在95％N2+5％H2(体积百分含量，下同)的还原气氛下升温到1300℃，在此条件下保温煅烧10小时，后冷却到室温，将冷却后的产物研磨，即可得到蓝光发光材料。本实施例的蓝光发光材料在波长为362nm激发光的激发下发射色纯高的蓝光。
实施例2
2.5CaO·1.2Al2O3·1.0SiO2:0.1Ce蓝光发光材料的制备：分别称取氧化钙(CaO)1.4g、氧化铝(Al2O3)1.224g、二氧化硅(SiO2)0.601g和氧化铈(CeO2)0.172g，将称量好的原料在玛瑙研钵中研磨混合均匀后，装入刚玉坩埚中，然后将该刚玉坩埚放入高温箱式炉中，升温到1400度保温煅烧20小时，再冷却到室温，研磨均匀，然后放入高温管式炉，在H2还原气氛下升温到1000度保温20小时，再冷却到室温，研磨即可得到蓝光发光材料。本实施例的蓝光发光材料在波长362nm的激发光激发下发射宽带的蓝光。
实施例3
1.0CaO·0.33Al2O3·1.0SiO2:0.0023Ce蓝光发光材料的制备：分别称取碳酸钙(CaCO3)1.0g、氧化铝(Al2O3)0.3366g、二氧化硅(SiO2)0.601g和氧化铈(CeO2)0.0040g，将称量好的原料在玛瑙研钵中研磨混合均匀后，装入刚玉坩埚中，然后将该刚玉坩埚放入高温箱式炉中，升温到1200度保温煅烧6小时，再冷却到室温，研磨均匀，然后放入高温管式炉，在95％N2+5％H2的还原气氛下升温到1150度保温4小时，再冷却到室温，研磨即可得到蓝光发光材料。，图1是本发明实施例制备的蓝光发光材料在波长362nm的激发光激发下的发射光谱。如图1所示，蓝光发光材料有发射峰为430nm的宽带蓝光发射光谱。
实施例4
1.0CaO·0.33Al2O3·1.0SiO2:0.007Ce蓝光发光材料的制备：分别称取碳酸钙(CaCO3)1.0g、氧化铝(Al2O3)0.3366g、二氧化硅(SiO2)0.601g和氧化铈(CeO2)0.0120g，将称量好的原料在玛瑙研钵中研磨混合均匀后，装入刚玉坩埚中，然后将该刚玉坩埚放入高温箱式炉中，升温到1200度保温煅烧6小时，再冷却到室温，研磨均匀，然后放入高温管式炉，在95％N2+5％H2还原气氛下升温到1150度保温4小时，再冷却到室温，研磨即可得到蓝光发光材料。图2是本发明实施例制备的蓝光发光材料在波长362nm的激发光激发下的发射光谱。如图2所示，蓝光发光材料有发射峰为430nm的宽带蓝光发射光谱。
实施例5
1.0CaO·0.33Al2O3·1.0SiO2:0.012Ce蓝光发光材料的制备：分别称取碳酸钙(CaCO3)1.0g、氧化铝(Al2O3)0.3366g、二氧化硅(SiO2)0.601g和氧化铈(CeO2)0.0206g，将称量好的原料在玛瑙研钵中研磨混合均匀后，装入刚玉坩埚中，然后将该刚玉坩埚放入高温箱式炉中，升温到1200度保温煅烧6小时，再冷却到室温，研磨均匀，然后放入高温管式炉，在95％N2+5％H2还原气氛下升温到1150度保温4小时，再冷却到室温，研磨即可得到蓝光发光材料。图3是本发明实施例制备的蓝光发光材料在波长362nm的激发光激发下的发射光谱。如图3所示，蓝光发光材料有发射峰为430nm的宽带蓝光发射光谱。
实施例6
1.0CaO·0.33Al2O3·1.0SiO2:0.023Ce蓝光发光材料的制备：分别称取碳酸钙(CaCO3)1.0g、氧化铝(Al2O3)0.3366g、二氧化硅(SiO2)0.601g和氧化铈(CeO2)0.0396g，将称量好的原料在玛瑙研钵中研磨混合均匀后，装入刚玉坩埚中，然后将该刚玉坩埚放入高温箱式炉中，升温到1200度保温煅烧6小时，再冷却到室温，研磨均匀，然后放入高温管式炉，在95％N2+5％H2还原气氛下升温到1150度保温4小时，再冷却到室温，研磨即可得到蓝光发光材料。图4是本发明实施例制备的蓝光发光材料在波长362nm的激发光激发下的发射光谱。如图4所示，蓝光发光材料有发射峰为430nm的宽带蓝光发射光谱。
实施例7
2.5CaO·1.5Al2O3·1.0SiO2:0.05Ce蓝光发光材料的制备：分别称取草酸钙(CaC2O4)3.2g、氧化铝(Al2O3)1.53g、二氧化硅(SiO2)0.601g和氧化铈(CeO2)0.0172g，将称量好的原料在玛瑙研钵中研磨混合均匀后，装入刚玉坩埚中，然后放入高温管式炉中，在H2还原气氛下升温到1450度煅烧2小时，再冷却到室温后研磨，即可得到蓝光发光材料。本实施例的蓝光发光材料在波长362nm的激发光激发下发射宽带的蓝光。
实施例8
1.0CaO·0.2Al2O3·1.0SiO2:0.001Ce蓝光发光材料的制备：分别称取碳酸钙(CaCO3)1.0g、氧化铝(Al2O3)0.204g、二氧化硅(SiO2)0.601g和氧化铈(CeO2)0.0017g，将称量好的原料在玛瑙研钵中研磨混合均匀后，装入刚玉坩埚中，然后将该刚玉坩埚放入高温箱式炉中，升温到1000度保温煅烧16小时，再冷却到室温，研磨均匀，然后放入高温管式炉中，在一氧化碳还原气氛下升温到1100度煅烧12小时，再冷却到室温后研磨，即可得到蓝光发光材料。本实施例的蓝光发光材料在波长362nm的激发光激发下发射宽带的蓝光。
实施例9
1.9CaO·0.68Al2O3·1.0SiO2:0.02Ce蓝光发光材料的制备：分别称取碳酸钙(CaCO3)1.9g、氧化铝(Al2O3)0.6936g、二氧化硅(SiO2)0.601g和氧化铈(CeO2)0.0344g，将称量好的原料在玛瑙研钵中研磨混合均匀后，装入刚玉坩埚中，然后将该刚玉坩埚放入高温箱式炉中，升温到1430度保温煅烧6小时，再冷却到室温，研磨均匀，然后放入高温管式炉，在95％N2+5％H2还原气氛下升温到1350度保温4小时，再冷却到室温，研磨即可得到蓝光发光材料。图5是本发明实施例制备的蓝光发光材料在波长362nm的激发光激发下的发射光谱。如图5所示，蓝光发光材料有发射峰为430nm的宽带蓝光发射光谱。
实施例10
2.0CaO·0.5Al2O3·1.0SiO2:0.03Ce蓝光发光材料的制备：分别称取碳酸钙(CaCO3)1.00g、草酸钙(CaC2O4)0.6405g、氧化钙(CaO)0.2805g、氧化铝(Al2O3)0.51g、二氧化硅(SiO2)0.601g和氧化铈(CeO2)0.0516g，将称量好的原料在玛瑙研钵中研磨混合均匀后，装入刚玉坩埚中，然后将该刚玉坩埚放入高温箱式炉中，升温到1200度保温煅烧4小时，再冷却到室温，研磨均匀，然后放入高温管式炉，在95％N2+5％H2还原气氛下升温到1250度保温6小时，再冷却到室温，研磨即可得到蓝光发光材料。本实施例制备的蓝光发光材料在波长362nm的激发光激发下的发宽带蓝光。
实施例11
1.5CaO·0.4Al2O3·1.0SiO2:0.02Ce蓝光发光材料的制备：分别称取碳酸钙(CaCO3)1.00g、氧化钙(CaO)0.2805g、氧化铝(Al2O3)0.408g、二氧化硅(SiO2)0.601g和氧化铈(CeO2)0.3442g，将称量好的原料在玛瑙研钵中研磨混合均匀后，装入刚玉坩埚中，然后将该刚玉坩埚放入高温箱式炉中，升温到1450度保温煅烧8小时，再冷却到室温，研磨均匀，然后放入高温管式炉，在体系中有炭存在的还原气氛下升温到1350度保温4小时，再冷却到室温，研磨即可得到蓝光发光材料本实施例制备的蓝光发光材料在波长362nm的激发光激发下发宽带蓝光。
实施例12
1.8CaO·1.0Al2O3·1.0SiO2:0.008Ce蓝光发光材料的制备：分别称取碳酸钙(CaCO3)1.80g、氧化铝(Al2O3)1.02g、二氧化硅(SiO2)0.601g和氧化铈(CeO2)0.0138g，将称量好的原料在玛瑙研钵中研磨混合均匀后，装入刚玉坩埚中，然后将该刚玉坩埚放入高温箱式炉中，升温到1200度保温煅烧17小时，再冷却到室温，研磨均匀，然后放入高温管式炉，在一氧化碳存在的还原气氛下升温到1450度保温2小时，再冷却到室温，研磨即可得到蓝光发光材料本实施例制备的蓝光发光材料在波长362nm的激发光激发下发宽带蓝光。

Claims (8)

1.一种蓝光发光材料，其特征在于，为以下化学式的物质：aCaO·bAl2O3·cSiO2:xCe，其中0.4≤a≤2.5，0.2≤b≤1.5，c＝1.0，0.001≤x≤0.1。
2.根据权利要求1所述的蓝光发光材料，其特征在于，所述a、b、x的取值分别为1≤a≤2，0.5≤b≤1，0.01≤x≤0.05。
3.一种蓝光发光材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、以Ca的氧化物、碳酸盐、草酸盐中的一种或一种以上、Al2O3、SiO2和CeO2为原料，按着化学表达式aCaO·bAl2O3·cSiO2:xCe的各元素之间的摩尔比来称取各原料，其中0.4≤a≤2.5，0.2≤b≤1.5，c＝1.0，0.001≤x≤0.1；
(2)、将步骤(1)中的原料混合均匀后，在还原气氛下升温到1000～1450℃，在此条件下保温煅烧2～20小时，然后冷却到室温，研磨即可制得蓝光发光材料。
4.根据权利要求3所述的蓝光发光材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，将步骤(1)中的原料混合均匀后倒入刚玉坩埚中，然后将装有原料的刚玉坩埚放入高温管式炉，在还原气氛下升温到1100～1350℃，在此条件下保温煅烧6～12小时，然后冷却到室温，研磨即可制得蓝光发光材料。
5.根据权利要求3或4所述的蓝光发光材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)之前还有预处理步骤，所述的预处理步骤为：将称取的原料混合均匀，升温到1000～1500℃保温煅烧4～20小时后，冷却到室温备用。
6.根据权利要求5所述的蓝光发光材料的制备方法，其特征在于，所述的预处理步骤为：将称取的原料混合均匀后放入刚玉坩埚，然后将该刚玉坩埚放入高温箱式炉中，升温到1200～1400℃保温煅烧8～16小时后，冷却到室温备用。
7.根据权利要求3或4所述的蓝光发光材料的制备方法，其特征在于，所述的还原气氛选择为氢气、氢气和氮气的混合气体或一氧化碳气体所形成的气氛。
8.根据权利要求3或4所述的蓝光发光材料的制备方法，其特征在于，所述的还原气氛是指反应体系中有炭存在的气氛。
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