CN103881703A - 一种白光led用单一基质荧光粉的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种白光LED用单一基质荧光粉的制备方法，包括以下步骤：1）按Sr2MgSi2O7:Ce3+,Tb3+,Mn2+的化学计量比，取各反应原料，混匀得到混合物A；2）再取KCl和NaCl，混匀，得到混合物B；3）将混合物B和混合物A混匀后，加入无水乙醇，球磨后，得到混合料；4）将混合料干燥后，在碳还原气氛中煅烧后，球磨分散，得到混合粉体；5）将混合粉体水洗至洗涤液中不含Cl-，然后烘干，得到白光LED用单一基质Sr2MgSi2O7:Ce3+,Tb3+,Mn2+荧光粉。本发明原料易得，合成成本较低，且烧结温度低，工艺可控性强，操作简单，对设备要求低；经本发明制备的Sr2MgSi2O7:Ce3+,Tb3+,Mn2+粉体晶体发育良好，相纯度高，在365nm紫外光的激发下实现全色白光发射。
Description
技术领域
本发明属于发光材料领域，涉及一种白光LED用单一基质荧光粉材料的制备方法，具体涉及一种白光LED用单一基质Sr2MgSi2O7:Ce3+,Tb3+,Mn2+荧光粉的制备方法。
背景技术
白光发光二极管(light emitting diode，LED)作为一种新型的固体光源，以其节能、绿色环保、寿命长及体积小等诸多优点，在照明和显示领域有着巨大的应用前景。
目前，研究热点集中于光转换型白光LED，即通过荧光粉涂覆LED芯片实现白光发射，如利用蓝光GaN管芯泵浦掺铈钇铝石榴石(cerium dopedyttrium aluminum garnet，Ce:YAG)黄色荧光粉合成的白光LED。由于这种模式合成的白光LED缺少红色发光成分，使LED的显色指数较低，同时该器件的发光颜色随驱动电压和荧光粉涂层厚度等变化，因此工业生产中要制造性能稳定的白光LED比较困难。目前，紫外–近紫外芯片激发单基质荧光粉发射白光时，不存在颜色再吸收和配比调控问题，使白光LED具有更佳的流明效率和色彩还原性，故此单一基质白光荧光粉成为当前发光领域的研究热点。
硅酸盐体系荧光粉不但具有发光性能较好，光转化率高，化学稳定性和热稳定性较高等优点，而且原料价廉易得，制备工艺简单。因此，稀土离子掺杂的单一基质硅酸盐基荧光粉被视为一种很有前途的发光材料。早在2005年杨志平等人制备了Eu2+，Mn2+共激活的单一基质Sr2MgSiO5白光发光材料（杨志平，刘玉峰，熊志军等.Sr2MgSiO5：(Eu2+，Mn2+)单一基质白光荧光粉的发光性质[J].硅酸盐学报，2005，34（10），1195-1198.）。尽管利用Eu2+/Mn2+共激活硅酸盐体系获得了一些性能较好的单基质三基色白光发射材料，但是该类材料的三色峰强度比并不合适，通常该类体系在蓝色区域发射最强，绿色区域较低，而红色区域的发射明显不足，同时该类材料的合成温度较高，多在1200℃以上，因此寻求性能更优的、合成温度较低的白光体系仍是白光LED用单基质白光发射领域的研究重点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种白光LED用单一基质Sr2MgSi2O7:Ce3+,Tb3+,Mn2+荧光粉的制备方法，该方法合成温度低，操作简单，制得的荧光粉晶体发育良好。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种白光LED用单一基质荧光粉的制备方法，包括以下步骤：
1）按Sr2MgSi2O7:Ce3+,Tb3+,Mn2+的化学计量比，取含Sr的化合物或盐，含Mg的化合物或盐，含Si的化合物或盐，含Ce的化合物或盐，含Mn的化合物或盐以及Tb4O7，充分混合均匀，得到混合物A；
2）按（0.5～5）:1的质量比，取KCl和NaCl，混匀，得到混合物B；
3）将混合物B和混合物A混匀后，加入无水乙醇，球磨4～10h，得到混合料；其中，混合物A：混合物B的质量比为1：（1～5）；
4）将混合料干燥后，在碳还原气氛中，于650～850℃下，煅烧3～10h后，球磨分散2～5h，得到混合粉体；
5）将混合粉体水洗至洗涤液中不含Cl-，然后将洗涤后的粉体烘干，得到白光LED用单一基质Sr2MgSi2O7:Ce3+,Tb3+,Mn2+荧光粉。
所述的含Sr的化合物或盐为SrCO3，所述含Mg的化合物或盐为MgO或Mg(OH)2，所述含Si的化合物或盐为SiO2或Na2SiO3，所述含Ce的化合物或盐为Ce(NO3)3或CeO2，所述含Mn的化合物或盐MnO2或MnCO3。
步骤3）所述的球磨加入的无水乙醇的质量与混合物A和混合物B总质量之比为1：（1～3）。
步骤4）所述的干燥是在60～120℃下干燥6～10h。
步骤4）所述的煅烧是将干燥后的混合料置于碳还原气氛的马弗炉中进行保温烧结。
步骤4）所述的球磨分散是将煅烧后的粉体置于球磨机中，以去离子水和锆球为球磨介质进行球磨分散。
步骤5）是采用去离子水反复洗涤混合粉体直至洗涤液中不含Cl-。
步骤5）所述的烘干是在80～120℃下进行。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明利用能量传递规律，实现Ce3+→Tb3+和Ce3+→Mn2+的能量转化。在Ce3+,Tb3+,Mn2+共掺杂的单一Sr2MgSi2O7基质中实现全色白光发射。本发明原料易得，合成成本较低，且烧结温度低，工艺可控性强，操作简单，对设备要求低；经本发明制备的Sr2MgSi2O7:Ce3+,Tb3+,Mn2+粉体晶体发育良好，相纯度高，在365nm紫外光的激发下实现全色白光发射。
附图说明
图1为本发明制备的Sr2MgSi2O7:Ce3+,Tb3+,Mn2+的XRD图
图2为本发明制备的Sr2MgSi2O7:Ce3+,Tb3+,Mn2+的发射光谱图
图3为本发明制备的Sr2MgSi2O7:Ce3+,Tb3+,Mn2+的CIE图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
以下实施案例以合成0.02mol的Sr2MgSi2O7:0.01Ce3+,0.03Tb3+,0.05Mn2+为例。
实施例1
1）首先按照Sr2MgSi2O7:0.01Ce3+,0.03Tb3+,0.05Mn2+化学计量比称取0.04mol的SrCO3、0.02mol的MgO、0.04mol Na2SiO3、0.0004mol的CeO2、0.0003mol的Tb4O7、0.001mol的MnCO3，充分混匀，得到混合物A，混合物A（本次称取各反应原料的质量总和）约为12g；
2）按照KCl和NaCl的物质的量之比为2:1，取12g的KCl和NaCl，混匀，得到混合物B，将混合物B加入到上述混合物A中；
3）将混合物A和混合物B充分混匀后，置于高能球磨机中球磨4小时，其中，无水乙醇的质量与混合物A和混合物B的总质量之比为1：2；
4）将球磨后的混合料将置于60℃干燥箱中干燥10h；
5）将干燥后的混合粉料置于混合粉料置于碳还原气氛的马弗炉中，在650℃保温10h；
6）将煅烧后的粉体置于球磨机中，以去离子水和锆球为球磨介质进行球磨分散2～5h；
7）将经球磨分散后的混合粉体用去离子水反复洗涤至洗涤液中不含Cl离子，然后将洗涤后的粉体在温度为80～120℃的条件下烘干，获得白光LED用单一基质Sr2MgSi2O7:0.01Ce3+,0.03Tb3+,0.05Mn2+荧光粉。
由图1可看出本发明制备的Sr2MgSi2O7:Ce3+,Tb3+,Mn2+荧光粉结晶性能好，相纯度高。
实施例2
首先按照Sr2MgSi2O7:0.01Ce3+,0.03Tb3+,0.05Mn2+化学计量比称取0.04mol的SrCO3、0.02mol的MgO、0.04mol Na2SiO3、0.0004mol的CeO2、0.0003mol的Tb4O7、0.001mol的MnO2，充分混匀，得到混合物A，混合物A（本次称取各反应原料的质量总和）约为12g；
2）按照KCl和NaCl的物质的量之比为2:1，称取24g的KCl和NaCl，混匀，得到混合物B，将混合物B加入到上述混合物A中；
3）将混合物A和混合物B充分混匀后，置于高能球磨机中球磨4小时，其中，无水乙醇的质量与混合物A和混合物B的总质量之比为1：2；
4）将球磨后的混合料将置于80℃干燥箱中干燥8h；
5）将干燥后的混合粉料置于混合粉料置于碳还原气氛的马弗炉中，在700℃保温8h；
6）将煅烧后的粉体置于球磨机中，以去离子水和锆球为球磨介质进行球磨分散2～5h；
7）将经球磨分散后的混合粉体用去离子水反复洗涤至洗涤液中不含Cl离子，然后将洗涤后的粉体在温度为80～120℃的条件下烘干，获得白光LED用单一基质Sr2MgSi2O7:0.01Ce3+,0.03Tb3+,0.05Mn2+荧光粉。
由图2和图3可看出本实施例制备的Sr2MgSi2O7:Ce3+,Tb3+,Mn2+在365nm紫外光激发下发射出白光。
实施例3
首先按照Sr2MgSi2O7:0.01Ce3+,0.03Tb3+,0.05Mn2+化学计量比称取0.04mol的SrCO3、0.02mol的MgO、0.04mol Na2SiO3、0.0004mol的Ce(NO3)3、0.0003mol的Tb4O7、0.001mol的MnCO3，充分混匀，得到混合物A，混合物A（本次称取各反应原料的质量总和）约为12g；
2）按照KCl和NaCl的物质的量之比为1:1，称取24g的KCl和NaCl，混匀，得到混合物B，将混合物B加入到上述混合物A中；
3）将混合物A和混合物B充分混匀后，置于高能球磨机中球磨10小时，其中，无水乙醇的质量与混合物A和混合物B的总质量之比为1：3；
4）将球磨后的混合料将置于120℃干燥箱中干燥6h；
5）将干燥后的混合粉料置于混合粉料置于碳还原气氛的马弗炉中，在750℃保温5h；
6）将煅烧后的粉体置于球磨机中，以去离子水和锆球为球磨介质进行球磨分散2～5h；
7）将经球磨分散后的混合粉体用去离子水反复洗涤至洗涤液中不含Cl离子，然后将洗涤后的粉体在温度为80～120℃的条件下烘干，获得白光LED用单一基质Sr2MgSi2O7:0.01Ce3+,0.03Tb3+,0.05Mn2+荧光粉。
实施例4
1）首先按照Sr2MgSi2O7:0.01Ce3+,0.03Tb3+,0.05Mn2+化学计量比称取0.04mol的SrCO3、0.02mol的MgO、0.04mol SiO2、0.0004mol的CeO2、0.0003mol的Tb4O7、0.001mol的MnCO3充分混匀，得到混合物A，混合物A（本次称取各反应原料的质量总和）约为12g；
2）按照KCl和NaCl的物质的量之比为3:1，称取48g的KCl和NaCl，混匀，得到混合物B，将混合物B加入到上述混合物A中；
3）将混合物A和混合物B充分混匀后，置于高能球磨机中球磨4小时，其中，无水乙醇的质量与混合物A和混合物B的总质量之比为1：3；
4）将球磨后的混合料将置于100℃干燥箱中干燥7h；
5）将干燥后的混合粉料置于混合粉料置于碳还原气氛的马弗炉中，在800℃保温5h；
6）将煅烧后的粉体置于球磨机中，以去离子水和锆球为球磨介质进行球磨分散2～5h；
7）将经球磨分散后的混合粉体用去离子水反复洗涤至洗涤液中不含Cl离子，然后将洗涤后的粉体在温度为80～120℃的条件下烘干，获得白光LED用单一基质Sr2MgSi2O7:0.01Ce3+,0.03Tb3+,0.05Mn2+荧光粉。
实施例5
1）首先按照Sr2MgSi2O7:0.01Ce3+,0.03Tb3+,0.05Mn2+化学计量比称取0.04mol的SrCO3、0.02mol的Mg(OH)2、0.04mol Na2SiO3、0.0004mol的CeO2、0.0003mol的Tb4O7、0.001mol的MnCO3充分混匀，得到混合物A，混合物A（本次称取各反应原料的质量总和）约为12g；
2）按照KCl和NaCl的物质的量之比为5:1称取60g的KCl和NaCl，得到混合物B，将混合物B加入到上述混合物A中；
3）将混合物A和混合物B充分混匀后，置于高能球磨机中球磨10小时，其中，无水乙醇的质量与混合物A和混合物B的总质量之比为1：2；
4）将球磨后的混合料将置于80℃干燥箱中干燥8h；
5）将干燥后的混合粉料置于混合粉料置于碳还原气氛的马弗炉中，在850℃保温3h；
6）将煅烧后的粉体置于球磨机中，以去离子水和锆球为球磨介质进行球磨分散2～5h；
7）将经球磨分散后的混合粉体用去离子水反复洗涤至洗涤液中不含Cl离子，然后将洗涤后的粉体在温度为80～120℃的条件下烘干，获得白光LED用单一基质Sr2MgSi2O7:0.01Ce3+,0.03Tb3+,0.05Mn2+荧光粉。
Claims (8)
1.一种白光LED用单一基质荧光粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）按Sr2MgSi2O7:Ce3+,Tb3+,Mn2+的化学计量比，取含Sr的化合物或盐，含Mg的化合物或盐，含Si的化合物或盐，含Ce的化合物或盐，含Mn的化合物或盐以及Tb4O7，充分混合均匀，得到混合物A；
2）按（0.5～5）:1的质量比，取KCl和NaCl，混匀，得到混合物B；
3）将混合物B和混合物A混匀后，加入无水乙醇，球磨4～10h，得到混合料；其中，混合物A：混合物B的质量比为1：（1～5）；
4）将混合料干燥后，在碳还原气氛中，于650～850℃下，煅烧3～10h后，球磨分散2～5h，得到混合粉体；
5）将混合粉体水洗至洗涤液中不含Cl-，然后将洗涤后的粉体烘干，得到白光LED用单一基质Sr2MgSi2O7:Ce3+,Tb3+,Mn2+荧光粉。
2.根据权利要求1所述的一种白光LED用单一基质荧光粉的制备方法，其特征在于，所述的含Sr的化合物或盐为SrCO3，所述含Mg的化合物或盐为MgO或Mg(OH)2，所述含Si的化合物或盐为SiO2或Na2SiO3，所述含Ce的化合物或盐为Ce(NO3)3或CeO2，所述含Mn的化合物或盐MnO2或MnCO3。
3.根据权利要求1所述的一种白光LED用单一基质荧光粉的制备方法，其特征在于，步骤3）所述的球磨加入的无水乙醇的质量与混合物A和混合物B总质量之比为1：（1～3）。
4.根据权利要求1所述的一种白光LED用单一基质荧光粉的制备方法，其特征在于，步骤4）所述的干燥是在60～120℃下干燥6～10h。
5.根据权利要求1所述的一种白光LED用单一基质荧光粉的制备方法，其特征在于，步骤4）所述的煅烧是将干燥后的混合料置于碳还原气氛的马弗炉中进行保温烧结。
6.根据权利要求1所述的一种白光LED用单一基质荧光粉的制备方法，其特征在于，步骤4）所述的球磨分散是将煅烧后的粉体置于球磨机中，以去离子水和锆球为球磨介质进行球磨分散。
7.根据权利要求1所述的一种白光LED用单一基质荧光粉的制备方法，其特征在于，步骤5）是采用去离子水反复洗涤混合粉体直至洗涤液中不含Cl-。
8.根据权利要求1所述的一种白光LED用单一基质荧光粉的制备方法，其特征在于，步骤5）所述的烘干是在80～120℃下进行。
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