CN103540316B - 一种高纯、高亮度AlN：Eu2+蓝色荧光粉的制备方法 - Google Patents

一种高纯、高亮度AlN：Eu2+蓝色荧光粉的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种高纯、高亮度AlN：Eu2+蓝色荧光粉的制备方法，首次利用柠檬酸做络合剂，采用溶胶-凝胶法，制备出Eu2O3和Al2O3在分子级别充分混合的反应前驱体；将制得的反应前驱体采用气相还原氮化法在高温下合成AlN：Eu2+蓝色荧光粉；然后充入氮气，作为保护气氛，让粉体在1800-2000℃以上高温处理，得到高纯、高亮度AlN：Eu2+蓝色荧光粉。实验表明，结晶性显著提高，各衍射峰的强度明显增高，蓝色荧光粉的亮度得到了提高。

Description

一种高纯、高亮度AlN:Eu2+蓝色荧光粉的制备方法
技术领域
本发明属于稀土发光材料技术领域，更为具体地讲，涉及一种高纯、高亮度AlN：Eu2+蓝色荧光粉的制备方法。 
背景技术
最近以来，以氮化物结构陶瓷相关材料（如AlN，Si3N4）为寄出的氧氮化物荧光粉在保持了高温、化学和力学稳定性的基础上，还具有较为优异的光转换性能，赢得了越来越广泛的关注。其中，有潜力应用在紫外激发的白光LED上的Eu2+掺杂AlN蓝色荧光粉不仅具有较高的光量子效率，而且与常用的热淬灭严重的BaMgAl10O17:Eu2+(BAM)相比，具有很高的热稳定性。但是，目前报道的Eu2+掺杂AlN蓝色荧光粉的制备方法（如Dierre B,Yuan X L,Inoue K等，Role of Si in the Luminescence of AlN:Eu,Si Phosphors[J].J.Am.Ceram Soc,2009,92(6):1272-1275；Hirosaki N,Xie R J,Inoue K等，Blue-emitting AlN:Eu2+nitride phosphor for field emission displays[J].Appl.Phys.Lett.,2007,91(6):061101）都是采用高纯度氮化物粉体在高温下通过固相反应合成，要求2050℃的高温下，10个大气压的氮气压力，保温4个小时以上获得，粉体还要在保护环境中球磨粉碎由于高温产生的团聚，成本及其高昂，且颗粒尺寸控制困难。探索能够得到高纯度、粒径均匀可控、发光性能好的荧光粉且成本低的合成方法，对于这类新型材料的研究、应用都具有重要意义。 
目前，AlN的合成方法主要有以下几种:铝粉直接氮化法、碳热还原法、气相还原氮化法、裂解法、等离子体法、电弧熔炼法、自蔓延高温合成法、微波合成法，其中前两种方法已经应用于工业化大规模生产。 
比较而言，铝粉直接氮化法为强放热反应，反应不易控制，反应过程中放出的大量热易使铝形成融块，造成反应不完全，难以制备高纯度、细粒度的产品；碳热还原法制备的氮化铝粉末纯度高、性能稳定、粉末粒度细小均匀、成形和烧结性能良好，但是因为反应物中必须加入稍过量的碳以保证反应完全，这种方法难以避免碳的残留；而气相还原氮化法制得的AlN纯度高、粉末粒度 细小均匀并且大大减少了碳的残留。而在制备氮化铝前驱体时溶胶-凝胶法又以成分易分布均匀、颗粒细小胜过固相混合法。 
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，在现有溶胶-凝胶法的基础上，提供一种高纯、高亮度AlN：Eu2+蓝色荧光粉的制备方法，以改善蓝色荧光粉的结晶性，使其亮度得以提高。 
为实现上述发明目的，本发明高纯、高亮度AlN：Eu2+蓝色荧光粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： 
（1）、制备的高纯、高亮度AlN：Eu2+蓝色荧光粉化学式：（1-x）AlN：xEu，其中，0﹤x≤0.01；基于此组分，将Eu2O3溶于浓度为25%的硝酸中，充分溶解，加入与Eu2O3的物质的量成摩尔比例的九水合硝酸铝和少量水，加入水的体积为加水之前溶液体积的20%，溶解后搅拌并加入含量为与金属离子成1:1摩尔比的柠檬酸，然后用氨水调节PH等于7，80℃下加热搅拌1.5个小时，制得凝胶； 
将制得的凝胶在80℃下干燥，得到干凝胶； 
将制得的干凝胶在350℃下加热1小时，使柠檬酸分解，然后再在空气中800℃下加热两小时，除去碳，得到反应前驱体； 
（2）、将制得的反应前驱体在NH3流量0.6-1.5L/min，CH4流量为8-25ml/min的气氛下，以4℃/min的升温速率升至1300-1600℃并保温2个小时，得到AlN掺杂Eu2+的荧光粉； 
（3）、将制得的AlN掺杂Eu2+的荧光粉在N2气氛中1800-2000℃高温热处理，提高其结晶性和发光强度，所得产物即为高纯、高亮度AlN：Eu2+蓝色荧光粉。 
本发明的目的是这样实现的： 
本发明高纯、高亮度AlN：Eu2+蓝色荧光粉的制备方法利用柠檬酸做络合剂，采用溶胶-凝胶法，制备出Eu2O3和Al2O3在分子级别充分混合的反应前驱体；将制得的反应前驱体采用气相还原氮化法在高温下合成AlN：Eu2+蓝色荧光粉；然后充入氮气，作为保护气氛，让粉体在1800-2000℃以上高温处理，得到高纯、高亮度AlN：Eu2+蓝色荧光粉。实验表明，结晶性显著提高，各衍射峰的强度明显增高，蓝色荧光粉的亮度得到了提高。 
附图说明
图1是实施例得到AlN掺杂Eu2+的荧光粉1900℃4个小时高温处理前后X射线衍射（XRD）谱对比图； 
图2是实施例得到AlN掺杂Eu2+的荧光粉1900℃4个小时高温处理前后扫描电子显微镜（SEM）照片对比图； 
图3是在紫外光激发下，本发明方法制备的高纯、高亮度AlN：Eu2+蓝色荧光粉的发射谱图。 
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。 
实施例1 
在本实施例中，基于高纯、高亮度AlN：Eu2+蓝色荧光粉化学式（1-x）AlN：xEu，其中，x=0.005，将一定量的Eu2O3溶于浓度为25%的硝酸中，充分溶解，加入与Eu2O3的物质的量成摩尔比例的九水合硝酸铝和少量水，加入水的体积为加水之前溶液体积的20%，溶解后搅拌并加入含量为与金属离子成1:1摩尔比的柠檬酸，氨水调节PH等于7，80℃下加热搅拌1.5个小时，值得凝胶。 
将制得的凝胶在80℃下干燥，得到干凝胶。将制得干凝胶在350℃下加热1小时，使柠檬酸分解，然后再在空气中800℃下加热两小时，除去碳，得到反应前驱体。 
将制得的Eu2O3和Al2O3的前驱体在NH3流量1L/min，CH4流量为15ml/min的气氛下，以4℃/min的升温速率升至1500℃并保温2个小时，得到AlN：Eu2+:荧光粉。 
将制得的AlN掺杂Eu2+的荧光粉在N2气氛中1900℃下保温4个小时。然后分别将保温前后得到AlN掺杂Eu2+的荧光粉进行XRD、SEM测试。XRD图像如图1所示，从图1所示，可以看出反应前驱体在1500℃煅烧后，已经得到了六方AlN的纯相但是峰的强度不高，说明粉体的结晶性不够好。在N2气氛中经过高温处理后，AlN相未发生改变，但是各衍射峰的强度明显增高，说明粉体的结晶性在 经过高温处理后得到了显著的提高。SEM图像如图2所示，从图2可以看出，高温处理前后AlN掺杂Eu2+的荧光粉扫描电子显微镜照片对比，结果更加直观地说明了高温处理后，粉体的结晶性明显变好。图3为在紫外光激发下，制备的高纯、高亮度AlN：Eu2+蓝色荧光粉的发射谱，的确符合AlN：Eu2+蓝色荧光粉发射谱。 
采样不同组分荧光粉的合成步骤类似于实施例1，其具体组分、合成条件和产物性质见表1。 
表1 
从表1可以看出，采用本发明的制备方法，全部合成了高纯、高亮度AlN：Eu2+蓝色荧光粉。 
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。 

Claims (1)

1.一种高纯、高亮度AlN：Eu2+蓝色荧光粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）、制备的高纯、高亮度AlN：Eu2+蓝色荧光粉化学式：（1-x）AlN：xEu，其中，0﹤x≤0.01；基于此组分，将Eu2O3溶于浓度为25%的硝酸中，充分溶解，加入与Eu2O3的物质的量成摩尔比例的九水合硝酸铝和少量水，加入水的体积为加水之前溶液体积的20%，溶解后搅拌并加入含量为与金属离子成1:1摩尔比的柠檬酸，然后用氨水调节PH等于7，80℃下加热拌1.5个小时，制得凝胶；
将制得的凝胶在80℃下干燥，得到干凝胶；
将制得的干凝胶在350℃下加热1小时，使柠檬酸分解，然后再在空气中800℃下加热两小时，除去碳，得到反应前驱体；
（2）、将制得的前驱体在NH3流量0.6-1.5L/min，CH4流量为8-25ml/min的气氛下，以4℃/min的升温速率升至1300-1600℃并保温2个小时，得到AlN掺杂Eu2+的荧光粉；
（3）、将制得的AlN掺杂Eu2+的荧光粉在N2气氛中1800-2000℃高温热处理，提高其结晶性和发光强度，所得产物即为高纯、高亮度AlN：Eu2+蓝色荧光粉。
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