CN103965903B - 一种发光颜色可调的荧光粉材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发光颜色可调的荧光粉材料及其制备方法，本发明所采用的技术方案是荧光材料的表达式为MLn2Si3O10:mBi3+,nEu3+。本发明的有益效果是：本发明的颜色可调的荧光粉材料，可被330nm-410nm的紫外光有效激发，通过调控掺杂的蓝光宽带发射的Bi3+、红光锐线发射的Eu3+的浓度，有效调控该荧光粉材料的发射光谱，实现发射光谱的红蓝绿比对调节，进而调节荧光粉材料发光颜色从蓝光区经过白光区到红区的发光。

Description

一种发光颜色可调的荧光粉材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种发光颜色可调的荧光粉材料及其制备方法，属于发光材料技术领域。
背景技术
对比传统的照明光源，白光LED由于具有节能、环保、安全、长寿命、零噪声、无辐射、低电压启动、安装方便以及低耗、高亮度、防震维护简便等优点，被认为第四代光源。
实现白光LED照明主要是两种途径：第一种是将红、绿、蓝三种LED芯片发光组合产生白光；第二种是LED芯片发光与其他光转换材料如荧光粉组合产生白光。景观装饰行业多采用第一种方法，照明行业多采用荧光粉转换技术。目前，商业主流是采用蓝光芯片与黄色荧光粉组合，其中涉及的黄色荧光粉是Y3Al5O12:Ce3+，但是由于其发射光谱中缺少红光成分，导致色温偏高(6000K)，显色指数低(小于80)，这些缺点限制了它的进一步扩展应用。近紫外(350-410nm)辐射的InGaN芯片激发三基色荧光粉来实现白光LED，可以改善目前商用蓝光芯片激发的黄光荧光粉(YAG:Ce3+)带来的色纯度不高的问题。采用硅酸盐作为发光材料基质，有利于提高发光效率，是因为发光中心和硅酸盐基质相互作用能量较低，可使发光中心离子直接吸收激发能量；同时，硅酸盐基质对比其他基质非常稳定。高温固相反应法具有工艺简单、易推广等优点，因此，设计并合成用于近紫外InGaN芯片(350-410nm)激发的发光颜色可调的荧光粉具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发光颜色可调的荧光粉材料，解决了目前蓝光芯片加黄光荧光粉造成的白光LED高色温低显色性的问题。
本发明的另一个目的是提供制备此种材料的方法。
本发明所采用的技术方案是荧光材料的表达式为MLn2Si3O10:mBi3+,nEu3+。
进一步，所述MLn2Si3O10是基质，所述掺杂的Bi3+，Eu3+离子是激活离子。
进一步，所述M为Zn、Mg、Ca、Sr、Ba中的一种或几种。
进一步，所述Ln为Y、La中的一种或几种。
进一步，所述元素摩尔分数，0≤m≤0.1，0≤n≤0.22。
制备可调色荧光粉的方法，其特征在于：按表达式MLn2Si3O10:mBi3+,nEu3+中各物质的化学计量比分别称取以Zn、Mg、Ca、Sr、Ba、La、Y、Si、Eu、Bi的单质、氧化物、卤化物和相应盐类的原料，在玛瑙研钵中充分研磨混合，放入刚玉坩埚中，加盖，待高温固相反应，将刚玉坩埚置于高温炉中，加热至1200℃-1500℃，恒温4-10小时，自然冷却，取出研碎即得体色为白色的近紫外激发下发光不同的荧光粉。
本发明的有益效果是：本发明的颜色可调的荧光粉材料，可被330nm-410nm的紫外光有效激发，通过调控掺杂的蓝光宽带发射的Bi3+、红光锐线发射的Eu3+的浓度，有效调控该荧光粉材料的发射光谱，实现发射光谱的红蓝绿比对调节，进而调节荧光粉材料发光颜色从蓝光区经过白光区到红区的发光。
附图说明
图1是本发明实施例1的发光颜色可调的荧光粉材料的X射线粉末衍射谱；
图2是本发明实施例1的发光颜色可调的荧光粉材料的激发光谱；
图3是本发明实施例2的发光颜色可调的荧光粉材料的发射光谱；
图4是本发明实施例3的发光颜色可调的荧光粉材料的发射光谱；
图5是本发明实施例4-7的发光颜色可调的荧光粉材料的发射光谱；
图6是本发明实施例1-7的发光颜色可调的荧光粉材料的色坐标图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
一种表达式为MLn2Si3O10:mBi3+,nEu3+(M为Zn、Mg、Ca、Sr、Ba中的一种或几种，Ln为Y、La中的一种或几种)发光颜色可调的荧光粉材料，其中m，n为元素摩尔分数，0≤m≤0.1,0≤m≤0.22。
优选的是，所述的M为Mg，L为Y。
该荧光粉的特征是在MLn2Si3O10中引入少量的Bi3+,Eu3+离子，使MLn2Si3O10具有两种不同的发光中心，即来自于Bi3+的蓝绿光和Eu3+的红光色心，在紫外光的照射下两种色心分别发出蓝绿光和红光，通过调节Bi3+，Eu3+离子的掺杂浓度和比例实现从蓝绿光区经过白光区到红区的可调颜色发光。
本发明的又一目的是提供发光颜色可调荧光粉材料的制备方法，但本发明不限于此，该方法包含以下步骤：
(1)按表达式MLn2Si3O10:mBi3+,nEu3+中各物质的化学计量比分别称取以Zn、Mg、Ca、Sr、Ba、La、Y、Si、Eu、Bi的单质、氧化物、卤化物和相应盐类为原料，式中0≤m≤0.1,0≤m≤0.22。
所述M为Zn、Mg、Ca、Sr、Ba中的一种或几种，Ln为Y、La中的一种或几种；
(2)将上述原料混合，并在玛瑙研钵中充分研磨混合均匀后，放入刚玉坩埚中，加盖，待高温固相反应；
(3)将装好混合原料的刚玉坩埚置于高温马福炉中烧结，烧结温度为1200℃-1500℃，时间为4-10小时，自然冷却，得到烧结体；
(4)将上述烧结体取出研磨，即得体色为白色的发光颜色不同的荧光粉。
最优的反应在空气气氛中进行，一次灼烧，不可有还原气氛。
下面通过实施例及附图进一步说明对本发明：
实施例1
(1)按表达式MLn2Si3O10:mBi3+,nEu3+，取M＝Mg，Ln＝Y,m＝0.02，n＝0.14时，称取MgO0.2015克，Y2O31.1290克，SiO20.9012克，Bi2O30.0233，Eu2O30.1232克，放入玛瑙研钵中充分研磨混合，放入刚玉坩埚中，加盖，置于高温炉内，加热至1250℃,恒温6小时，自然冷却，取出研碎即得体色为白色的MgY2Si3O10:0.02Bi3+,0.14Eu3+荧光粉材料。
(2)结合图1说明实施例1，图1为本发明实施例1的颜色可调荧光粉材料的X射线颜色图谱，由图1可知，本发明的荧光材料其衍射峰位置同晶体学数据库中ISCD240470一致，说明结构相同。
(3)结合图2说明实施例1，图2是本发明实施例1的的颜色可调荧光粉材料的激发光谱，从图2可以看出本发明的荧光材料可以被330nm-410nm的紫外光有效激发。
实施例2
(1)按表达式MLn2Si3O10:mBi3+,nEu3+，取M＝Ba，Ln＝Y,m＝0，n＝0.06时，称取MgO0.2015克，Y2O31.1290克，SiO20.9012克，Eu2O30.0528克，放入玛瑙研钵中充分研磨混合，放入刚玉坩埚中，加盖，置于高温炉内，加热至1350℃，恒温8小时，自然冷却，取出研碎即得体色为白色的BaY2Si3O10:0.06Eu3+荧光粉材料。
(2)结合图3说明实施例3，图3为本发明实施例3的发光颜色可调的荧光粉材料的发射光谱，可以看出本发明荧光材料发出有效红光。
实施例3
(1)按表达式MLn2Si3O10:mBi3+,nEu3+，取M＝Ba，Ln＝Y,m＝0.02，n＝0时，称取MgO0.2015克，Y2O31.1290克，SiO20.9012克，Bi2O30.0233克，放入玛瑙研钵中充分研磨混合，放入刚玉坩埚中，加盖，置于高温炉内，加热至1400℃，恒温8小时，自然冷却，取出研碎即得体色为白色的BaY2Si3O10:0.02Bi3+荧光粉材料。
(2)结合图4说明实施例3，图4为本发明实施例4的发光颜色可调的荧光粉材料的发射光谱，可以看出本发明荧光材料发出有效蓝绿光。
实施例4
按表达式MLn2Si3O10:mBi3+,nEu3+，取M＝Ba，Ln＝Y,m＝0.02，n＝0.06时，称取MgO0.2015克，Y2O31.1290克，SiO20.9012克，Bi2O30.0233克，Eu2O30.0528克，放入玛瑙研钵中充分研磨混合，放入刚玉坩埚中，加盖，置于高温炉内，加热至1450℃，恒温8小时，自然冷却，取出研碎即得体色为白色的BaY2Si3O10:0.02Bi3+,0.06Eu3+荧光粉材料。
实施例5
按表达式MLn2Si3O10:mBi3+,nEu3+，取M＝Mg，Ln＝Y,m＝0.02，n＝0.16时，称取MgO0.2015克，Y2O31.1290克，SiO20.9012克，Bi2O30.0233，Eu2O30.1408克，放入玛瑙研钵中充分研磨混合，放入刚玉坩埚中，加盖，置于高温炉内，加热至1350℃,恒温6小时，自然冷却，取出研碎即得体色为白色的MgY2Si3O10:0.02Bi3+,0.14Eu3+荧光粉材料。
实施例6
按表达式MLn2Si3O10:mBi3+,nEu3+，取M＝Mg，Ln＝Y,m＝0.02，n＝0.20时，称取MgO0.2015克，Y2O31.1290克，SiO20.9012克，Bi2O30.0233，Eu2O30.176克，放入玛瑙研钵中充分研磨混合，放入刚玉坩埚中，加盖，置于高温炉内，加热至1200℃,恒温6小时，自然冷却，取出研碎即得体色为白色的MgY2Si3O10:0.02Bi3+,0.14Eu3+荧光粉材料。
实施例7
按表达式MLn2Si3O10:mBi3+,nEu3+，取M＝Mg，Ln＝Y,m＝0.02，n＝0.22时，称取MgO0.2015克，Y2O31.1290克，SiO20.9012克，Bi2O30.0233，Eu2O30.1936克，放入玛瑙研钵中充分研磨混合，放入刚玉坩埚中，加盖，置于高温炉内，加热至1250℃,恒温6小时，自然冷却，取出研碎即得体色为白色的MgY2Si3O10:0.02Bi3+,0.14Eu3+荧光粉材料。
结合图5说明实施例4-7，图5为本发明实施例4-7的颜色可调荧光粉材料的发射光谱；曲线1是实施例4的颜色可调荧光粉材料的发射光谱；曲线2是实施例5的颜色可调荧光粉材料的发射光谱；曲线3是实施例6的颜色可调荧光粉材料的发射光谱；曲线4是实施例7的颜色可调荧光粉材料的发射光谱。
结合图6说明实施例1-7；图6是本发明实施例1-7的颜色可调荧光粉材料的色坐标图，从图6可以看出在近紫外光激发下本发明的荧光材料的发光颜色可以实现从蓝色区经过白色区到红色区的颜色调控。
实施例8
按表达式MLn2Si3O10:mBi3+,nEu3+，取M＝Ba，Ln＝Y,m＝0.1，n＝0.06时，称取MgO0.2015克，Y2O31.1290克，SiO20.9012克，Bi2O30.1165克，Eu2O30.0528克，放入玛瑙研钵中充分研磨混合，放入刚玉坩埚中，加盖，置于高温炉内，加热至1500℃，恒温8小时，自然冷却，取出研碎即得体色为白色的BaY2Si3O10:0.01Bi3+,0.06Eu3+荧光粉材料。
实施例中所用试剂为高纯(4N)或分析纯,均市售可得。

Claims (1)

1.一种发光颜色可调的荧光粉材料，其特征在于，该荧光材料的表达式为MLn2Si3O10:m Bi3+,n Eu3+；
所述MLn2Si3O10是基质，所述掺杂的Bi3+，Eu3+离子是激活离子；
所述M为Zn、Mg、Ca、Sr、Ba中的一种或几种；
所述Ln为Y、La中的一种或几种；
所述元素摩尔分数，0＜m≤0.1，0＜n≤0.22；
可调色荧光粉光粉的制备方法：分别称取以Zn、Mg、Ca、Sr、Ba、La、Y、Si、Eu、Bi的单质、氧化物、卤化物和相应盐类为原料，在玛瑙研钵中充分研磨混合，放入刚玉坩埚中，加盖，待高温固相反应，将刚玉坩埚置于高温炉中，加热至1200℃-1500℃，恒温4-10小时，自然冷却，取出研碎即得体色为白色的近紫外激发下发光不同的荧光粉。
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