CN102492423A - 一种用于白光led的红色荧光材料及其制备方法 - Google Patents

一种用于白光led的红色荧光材料及其制备方法 Download PDF

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杨柳
汤安
文波
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Abstract

本发明公开一种用于白光LED的红色荧光材料，包括Nb2O5基质和稀土激活离子；其化学组成为：LnxNbO4：xLn3+，xA+；其中，0.10≤x＜1.00，Ln为Eu、Sm、Pr、Gd或Tb中的一种或两种以上；A为Li、Na、K或Rb中的一种或两种以上。所述红色荧光材料的制备方法，包括：以含Ln化合物、含Nb化合物、含A化合物为原料，按照以上化学式中各元素的化学计量比，准确称取各原料，研磨使其混匀，形成混合料；将得到的混合物料放入马弗炉空气气氛中高温焙烧，焙烧温度1000～1400℃，焙烧时间为4～10小时；将焙烧产物经过破碎，除杂，烘干等处理即得。本发明红色荧光材料具有化学性能稳定，耐高温，发光性能好等特点；制备方法操作简单、无污染、温度要求低，节约能源，利于工业化生产。

Description

一种用于白光LED的红色荧光材料及其制备方法
技术领域
    本发明属于稀土发光材料技术领域，特别涉及用于白光LED用红色荧光材料及其制备方法。
 
背景技术
LED （发光二极管）照明具有功耗低、节能环保、性能稳定可靠、使用寿命长等优点，因此有着广阔的发展前景。由于LED本身是单色波长的光，当应用于普通照明等场合时，需要将单色的LED转化成多种波长光线的混合体或白光。获取白光LED的技术可以分为两大类， 即：（1）采用发射红、绿、蓝色光线的三种LED芯片混合；（2）采用单色（蓝光或紫外）LED芯片激发适当的荧光材料。
目前白光LED主要是利用蓝光LED芯片发出的蓝光激发YAG：Ce3+黄色荧光粉来，使荧光粉发出的黄光与透射的蓝光组合发出白光。由于缺乏红色光成分，这种白光属于冷白光。为了使这种冷白光转换为暖白光，可以通过添加适当的红色荧光粉来实现。
现商品化的红色荧光粉主要是氮化物红色荧光粉，如：SrSi2O2N2：Eu2+，Sr2Si5N8：Eu2+，其稳定性高，发光效率好。但这类发光材料的基质合成需要高温（1600-1700℃）高压（5-10atm）下完成，对生产设备的要求非常苛刻，并且生产成本也非常高。因此有必要寻找一种低温常压、操作简单、成本低廉、便于工业化推广制备的新方法。
 
发明内容
    针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种化学性能稳定，发光性能好，可被紫外、近紫外光、蓝光LED有效激发而发红色光的荧光材料。
　　本发明的另一个目的是提供一种低温常压合成、操作简单、成本低廉、便于工业化推广的红色荧光材料新的制备方法。
     实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于白光LED的红色荧光材料，其特征在于，包括Nb2O5基质和稀土激活离子；其化学组成为：LnxNbO4：xLn3+，xA+；
其中，0.10≤x＜1.00， Ln为Eu、Sm、Pr、Gd或Tb中的一种或两种以上；A为Li、Na、K或Rb中的一种或两种以上。
进一步，所述用于白光LED的红色荧光材料的制备方法，具体步骤包括：
　　1）以含Ln化合物、含Nb化合物、含A化合物为原料，按照以上化学式中各元素的化学计量比，准确称取各原料，研磨使其混匀，形成混合料；
　　2）将步骤1）得到的混合物料放入马弗炉空气气氛中高温焙烧，焙烧温度为1000～1400℃，焙烧时间为4～10小时；
3）将步骤2）中得到的焙烧产物经过破碎，除杂，烘干等处理过程，即得到红色荧材料。　
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
（1）本发明用于白光LED的红色荧光材料的化学性能稳定，发光性能好，可被紫外、近紫外光、蓝光LED有效激发而发红色光，并且荧光材料采用不含稀土元素的氧化铌（Nb2O5）为基质，降低了生产成本。
（2）本发明所制备的荧光材料化学性能稳定，耐高温，无毒。
（3）本发明方法操作简单、成本低廉、便于工业化推广制备；而且，温度要求较低，可节约大量的能源。
 
附图说明　　
     图1为实施例1的激发光谱图（a）和发射光谱图（b）。
     图2为实施例2的激发光谱图（a）和发射光谱图（b）。
     图3为实施例3的激发光谱图（a）和发射光谱图（b）。
     图4为实施例4的激发光谱图（a）和发射光谱图（b）。
     图5为实施例5的激发光谱图（a）和发射光谱图（b）。
图6为实施例6的激发光谱图（a）和发射光谱图（b）。
图7为实施例7的激发光谱图（a）和发射光谱图（b）。
图8为实施例8的激发光谱图（a）和发射光谱图（b）。
 
具体实施方案：
下面通过具体实施例对本发明作进一步详细说明。
　　一种用于白光LED的红色荧光材料，包括Nb2O5基质和稀土激活离子；其化学组成为：LnxNbO4：xLn3+，xA+；
其中，0.10≤x＜1.00， Ln为Eu、Sm、Pr、Gd或Tb中的一种或两种以上；A为Li、Na、K或Rb中的一种或两种以上。
所述用于白光LED的红色荧光材料的制备方法，具体步骤如下：
　　1）以含Ln化合物、含Nb化合物、含A化合物为原料，按照以上化学式中各元素的化学计量比，准确称取各原料，研磨使其混匀，形成混合料；2）将步骤1）得到的混合物料放入马弗炉空气气氛中高温焙烧，焙烧温度为1000～1400℃，焙烧时间为4～10小时；3）将步骤2）中得到的焙烧产物经过破碎，除杂，烘干等处理过程，即得到红色荧光材料。
进一步，所述Ln化合物为氧化物或硝酸盐。所述Nb化合物为Nb的氧化物。所述A化合物为A的卤化物、硫酸盐或碳酸盐中的一种或两种以上，其加入量为所述荧光材料总摩尔数的0.10～15%。
实施例1：制备Eu0.6NbO4:0.1Li+荧光材料。
             按化学计量比，称取氧化铌Nb2O5（99.99%）0.7980克，氧化铕Eu2O3（99.999%）1.0560克和碳酸锂Li2CO3（分析纯）0.0369克。将上述称取的原料置于玛瑙研钵中充分研磨后，放入刚玉坩埚中，在空气气氛下于1000℃焙烧10小时，随炉冷却至室温，研磨，即得本发明中Eu0.6NbO4:0.1Li+红色荧光材料。
　　图1为实施例1制备的Eu0.6NbO4:0.1Li+在335nm激发下的发射光谱（左侧）和465nm（右侧）激发下的发射光谱。如图所示，该荧光粉的可以被240-490nm范围的紫外、近紫外光和蓝光有效激发而发出主峰波长位于613nm左右的红光而且色纯度很高。
实施例2：制备Gd0.6NbO4:0.1Na+荧光材料。
             按化学计量比，称取氧化铌Nb2O5（99.99%）0.7980克，氧化铕Gd2O3（99.999%）1.0875克和碳酸钠Na2CO3（分析纯）0.0530克。将上述称取的原料置于玛瑙研钵中充分研磨后，放入刚玉坩埚中，在空气气氛下于1000℃焙烧10小时，随炉冷却至室温，研磨，即得本发明中Gd0.6NbO4:0.1Na+红色荧光材料。
　　图2为实施例2制备的Gd0.6NbO4:0.1Na+在330nm激发下的发射光谱（左侧）和465nm（右侧）激发下的发射光谱。如图所示，该荧光粉的可以被240-490nm范围的紫外、近紫外光和蓝光有效激发而发出主峰波长位于613nm左右的红光而且色纯度很高。
实施例3：制备Eu0.6NbO4:0.1Li+荧光材料。
             按化学计量比，称取氧化铌Nb2O5（99.99%）0.7980克，氧化铕Eu2O3（99.999%）1.0560克和碳酸锂Li2CO3（分析纯）0.0369克。将上述称取的原料置于玛瑙研钵中充分研磨后，放入刚玉坩埚中，在空气气氛下于1200℃焙烧8小时，随炉冷却至室温，研磨，即得本发明中Eu0.6NbO4:0.1Li+红色荧光材料。
　　图3为实施例3制备的Eu0.6NbO4:0.1Li+在335nm激发下的发射光谱（左侧）和465nm（右侧）激发下的发射光谱。如图所示，该荧光粉的可以被240-490nm范围的紫外、近紫外光和蓝光有效激发而发出主峰波长位于613nm左右的红光而且色纯度很高。
实施例4：制备Gd0.6NbO4:0.1Na+荧光材料。
             按化学计量比，称取氧化铌Nb2O5（99.99%）0.7980克，氧化铕Gd2O3（99.999%）1.0875克和碳酸钠Na2CO3（分析纯）0.0530克。将上述称取的原料置于玛瑙研钵中充分研磨后，放入刚玉坩埚中，在空气气氛下于1200℃焙烧8小时，随炉冷却至室温，研磨，即得本发明中Gd0.6NbO4:0.1Na+红色荧光材料。
图4为实施例4制备的Gd0.6NbO4:0.1Na+在330nm激发下的发射光谱（左侧）和465nm（右侧）激发下的发射光谱。如图所示，该荧光粉的可以被240-490nm范围的紫外、近紫外光和蓝光有效激发而发出主峰波长位于613nm左右的红光而且色纯度很高。
 实施例5：制备Eu0.5NbO4:0.03Sm3+，0.1Li+荧光材料。
             按化学计量比，称取氧化铌Nb2O5（99.99%）0.5320克，氧化铕Eu2O3（99.999%）0.7040克和氧化钐Sm2O30.0523克和碳酸锂Li2CO3（分析纯）0.0369克。将上述称取的原料置于玛瑙研钵中充分研磨后，放入刚玉坩埚中，在空气气氛下于1300℃焙烧6小时，随炉冷却至室温，研磨，即得本发明中Eu0.5NbO4:0.03Sm3+，0.1Li+红色荧光材料。
图5为实施例5制备的Eu0.5NbO4:0.03Sm3+，0.1Li+在355nm激发下的发射光谱（左侧）和470nm（右侧）激发下的发射光谱。如图所示，该荧光粉的可以被240-490nm范围的紫外、近紫外光和蓝光有效激发而发出主峰波长位于613nm左右的红光而且色纯度很高。
 实施例6：制备Eu0.5NbO4:0.03Sm3+，0.1K+荧光材料。
             按化学计量比，称取氧化铌Nb2O5（99.99%）0.5320克，氧化铕Eu2O3（99.99%）0.7040克和氧化钐Sm2O3（99.99%）0.0523克和碳酸钾K2CO3（分析纯）0.0691克。将上述称取的原料置于玛瑙研钵中充分研磨后，放入刚玉坩埚中，在空气气氛下于1300℃焙烧6小时，随炉冷却至室温，研磨，即得本发明中Eu0.5NbO4:0.03Sm3+，0.1K+红色荧光材料。
图6为实施例6制备的Eu0.5NbO4:0.03Sm3+，0.1K+在370nm激发下的发射光谱（左侧）和465nm（右侧）激发下的发射光谱。如图所示，该荧光粉的可以被240-490nm范围的紫外、近紫外光和蓝光有效激发而发出主峰波长位于612nm左右的红光而且色纯度很高。
实施例7：制备Gd0.5NbO4:0.03Eu3+，0.1Li+荧光材料。
     按化学计量比，称取氧化铌Nb2O5（99.99%）0.5320克，氧化钆Gd2O3（99.99%）0.7250克，氧化铕Eu2O3（99.999%）0.0528克和碳酸锂Li2CO3（分析纯）0.0369克。将上述称取的原料置于玛瑙研钵中充分研磨后，放入刚玉坩埚中，在空气气氛下于1300℃焙烧6小时，随炉冷却至室温，研磨，即得本发明中Gd0.5NbO4:0.03Eu3+，0.1Li+红色荧光材料。
图7为实施例7制备的Gd0.5NbO4:0.03Eu3+，0.1Li+在370nm激发下的发射光谱（左侧）和465nm（右侧）激发下的发射光谱。如图所示，该荧光粉的可以被240-490nm范围的紫外、近紫外光和蓝光有效激发而发出主峰波长位于613nm左右的红光而且色纯度很高。
实施例8：制备Gd0.5NbO4:0.03Eu3+，0.1K+荧光材料。
     按化学计量比，称取氧化铌Nb2O5（99.99%）0.5320克，氧化钆Gd2O3（99.99%）0.7250克，氧化铕Eu2O3（99.999%）0.0528克和碳酸钾K2CO3（分析纯）0.0691克。将上述称取的原料置于玛瑙研钵中充分研磨后，放入刚玉坩埚中，在空气气氛下于1400℃焙烧4小时，随炉冷却至室温，研磨，即得本发明中Gd0.5NbO4:0.03Eu3+，0.1K+红色荧光材料。
图8为实施例8制备的Gd0.5NbO4:0.03Eu3+，0.1K+在370nm激发下的发射光谱（左侧）和465nm（右侧）激发下的发射光谱。如图所示，该荧光粉的可以被240-490nm范围的紫外、近紫外光和蓝光有效激发而发出主峰波长位于613nm左右的红光而且色纯度很高。

Claims (5)

1.一种用于白光LED的红色荧光材料，其特征在于，采用Nb2O5为基质，采用稀土离子为激活离子；其化学组成为：LnxNbO4：xLn3+，xA+；
其中，0.10≤x＜1.00，Ln为Eu、Sm、Pr、Gd或Tb中的一种或两种以上；A为Li、Na、K或Rb中的一种或两种以上。
2.一种如权利要求1所述用于白光LED的红色荧光材料的制备方法，其特征在于： 
　　1）以含Ln化合物、含Nb化合物、含A化合物为原料，按照以上化学式中各元素的化学计量比，准确称取各原料，研磨使其混匀，形成混合料；
2）将步骤1）得到的混合物料放入马弗炉空气气氛中高温焙烧，焙烧温度为1000～1400℃，焙烧时间为4～10小时；
3）将步骤2）中得到的焙烧产物经过破碎，除杂，烘干等处理过程，即得到红色荧光材料。
3.根据权利要求2所述用于白光LED的红色荧光材料的制备方法，其特征在于，所述Ln化合物为氧化物或硝酸盐。
4.根据权利要求2所述用于白光LED的红色荧光材料的制备方法，其特征在于，所述Nb化合物为Nb的氧化物。
5.根据权利要求2所述用于白光LED的红色荧光材料的制备方法，其特征在于，所述A化合物为A的卤化盐、硫酸盐或碳酸盐中的一种或两种以上，其加入量为所述发光材料总摩尔数的0.10~15%。
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