CN104194782A - 一种荧光粉的制备方法 - Google Patents

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唐双双
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一种荧光粉的制备方法，该荧光粉的通式为Ca1-xAlSiN3:Eu2+(x)，x＝0.01-0.05，制备步骤为：按摩尔比CaCO3:Al2O3:SiO2:Si3N4:Eu2O3＝16(1-x):8:7:3：x，x＝0.01-0.05，将CaCO3、Al2O3、SiO2、Si3N4、Eu2O3混合并充分研磨后，加热升温，使荧光粉区温度达到900-1100℃时引用CO2激光，并在该条件下保持1-2小时，然后停止对荧光粉进行激光照射并停止加热，终止反应，得到产物，整个过程中反应处于H2还原气氛中。该方法降低了反应温度又缩短了反应时间，从而大大降低了反应成本，是一种既经济实惠又环保的制备方法。

Description

一种荧光粉的制备方法
技术领域
本发明涉及到一种荧光粉的制备方法。
背景技术
在全球能源日益紧缺的今天，LED作为一种固态光源，因其具有体积小、工作电压低、寿命长、电光转换效率高、节能、环保等优良特性，从而脱颖而出,被公认为必将取代白炽灯、卤钨灯和荧光灯传统照明光源而成为21世纪的新一代的“绿色照明”光源。目前白光LED封装常用的荧光粉为黄光YAG:Ce3+,这种荧光粉封装的LED发光中缺少长波段暖光成分，表现为冷白光发射，且荧光粉对温度敏感，发光随温度升高而淬灭，这将严重影响LED特别是大功率白光LED的效率及稳定性，因此，为实现高发光效率、高显色性、低功耗、长寿命、高热稳定性、节能且环保等性能的白光LED，迫切需要开发发射红光波长的新型高荧光量子产率、高荧光淬灭温度、低色温、化学稳定的稀土激活的红、绿光荧光材料。目前，人们对硅基氮化物红、绿光荧光粉也进行了系列研究，如，Xianqing Piao等[Chem.Mater.19(2007)4592-4599]通过高温烧结的方法在1450-1550℃下烧结6小时制备了CaAlSiN3:Eu2+，Yongfu Liu等通过1100-1300℃的温度下烧结4-6小时获得了绿光发射Ca2.97Sc2Si3O12-6xN4x:0.03Ce3+(x＝0–0.8)荧光粉[J.Mater.Chem.21(2011)6354–6358]，Martin Zeuner等在1400℃下制备了Sr2Si5N8:Eu2+和Ba1.5Sr0.5Si5N8:Eu2+红光荧光粉[Chem.Mater.21(2009)2467–2473]，K.Uheda等在1800℃反应2小时获得了Ca3N2–AlN–Si3N4[Phys.Stat.Sol.(a)203,11(2006)2712–2717]。但是此类荧光粉的制备方法中存在以下问题：(1)荧光粉的效率仍然比较低，(2)由于氮化物的相对惰性，硅基氮化物荧光粉的合成通常需要活泼原料，高温和高压等苛刻条件，这极大的制约了荧光粉的应用及产业化。
发明内容
针对以上问题，为了降低生产成本，最大限度的降低反应条件，本发明提出一种简单易行、能在低温、短时间内获得高效荧光粉的制备方法。
为解决该技术问题本发明采用的技术方案为：
一种荧光粉的制备方法，该荧光粉的通式为Ca1-xAlSiN3:Eu2+(x)，x＝0.01-0.05，其特征在于具体制备步骤为：按摩尔比CaCO3:Al2O3:SiO2:Si3N4:Eu2O3＝16(1-x):8:7:3：x，x＝0.01-0.05，将CaCO3、Al2O3、SiO2、Si3N4、Eu2O3混合并充分研磨后放置于刚玉坩埚中，然后将刚玉坩埚置于高温炉的恒温区位置，对高温炉进行加热升温，使荧光粉区温度达到900-1100℃时引用CO2激光，并在该条件下保持1-2小时，然后停止对荧光粉进行激光照射并停止对炉子进行加热，终止反应，得到产物，整个过程中反应处于H2还原气氛中。
所述CaCO3、Al2O3、SiO2、Si3N4,Eu2O3的纯度都在99.99％以上。
该制备方法通过激光辅助加热可以使反应温度降低至900-1100℃，大大降低了反应温度；通过激光辅助加热可以使反应时间缩短到1-2小时；在激光和加热的共同作用下，使材料在较低的温度下较短的时间内快速反应，既降低了生长温度又缩短了反应时间，从而大大降低了反应成本，是一种既经济实惠又环保的制备方法。
具体实施方式
以下结合实施例进行详述：
实施例1
以CaCO3(99.99％)、Al2O3(99.99％)、SiO2(99.99％)、Si3N4(99.99％)和Eu2O3(99.99％)为源材料，制备Ca0.99AlSiN3:Eu2+(0.01)。具体实施方式如下：按化学式摩尔比15.84:8:7:3:0.01分别称取1.584g,0.816g,0.42g,0.52g和0.0035g CaCO3(99.99％)、Al2O3(99.99％)、SiO2(99.99％)、Si3N4(99.99％)和Eu2O3(99.99％)源材料并将以上物质充分混合并研磨得到混合体，将混合体植入刚玉坩埚中并放置于高温管式炉中，将炉子从室温升温至1050℃，达到该温度后引入CO2激光光源对混合体进行辅助加热，在该温度和激光辅助加热下保持2小时，然后停止加热及激光辅助加热，终止反应，整个过程中反应处于H2还原气氛中。自然降温后取出反应物，研磨即得产品。我们对所得产物进行结构及性能分析，包括X射线衍射(XRD)θ-2θ扫描、场发射扫描电子显微镜(FESEM)观察、激发和发射光谱表征等。其中XRD结构表征表明所得产物为石榴石晶体结构的CaAlSiN3单晶，没有出现Eu2+等相关的二次相。FESEM观察表明产物为180-230nm的纳米晶，纳米晶粒径分布均匀，分散性好.光致发光谱研究表明，当用500nm光进行激发时，样品发出580nm的橙光。
实施例2
以CaCO3(99.99％)、Al2O3(99.99％)、SiO2(99.99％)、Si3N4(99.99％)和Eu2O3(99.99％)为源材料，制备Ca0.99AlSiN3:Eu2+(0.01)。具体实施方式如下：按化学式摩尔比15.84:8:7:3:0.01分别称取1.584g,0.816g,0.42g,0.52g和0.0035g CaCO3(99.99％)、Al2O3(99.99％)、SiO2(99.99％)、Si3N4(99.99％)和Eu2O3(99.99％)源材料并将以上物质充分混合并研磨得到混合体，将混合体植入刚玉坩埚中并放置于高温管式炉中，将炉子从室温升温至900℃，达到该温度后引入CO2激光光源对混合体进行辅助加热，在该温度和激光辅助加热下保持1小时，然后停止加热及激光辅助加热，终止反应，整个过程中反应处于H2还原气氛中。自然降温后取出反应物，研磨即得产品。我们对所得产物进行结构及性能分析，包括X射线衍射(XRD)θ-2θ扫描、场发射扫描电子显微镜(FESEM)观察、激发和发射光谱表征等。其中XRD结构表征表明所得产物为石榴石晶体结构的CaAlSiN3单晶。FESEM观察表明产物为130-180nm的纳米晶，纳米晶粒径分布均匀，分散性好。光致发光谱研究表明，当用500nm光进行激发时，样品发出585nm的橙光。
实施例3
以CaCO3(99.99％)、Al2O3(99.99％)、SiO2(99.99％)、Si3N4(99.99％)和Eu2O3(99.99％)为源材料，制备Ca0.95AlSiN3:Eu2+(0.05)。具体实施方式如下：按化学式摩尔比15.2:8:7:3:0.05分别称取1.52g,0.816g,0.42g,0.52g和0.0176g CaCO3(99.99％)、Al2O3(99.99％)、SiO2(99.99％)、Si3N4(99.99％)和Eu2O3(99.99％)源材料并将以上物质充分混合并研磨得到混合体，将混合体植入刚玉坩埚中并放置于高温管式炉中，将炉子从室温升温至1100℃，达到该温度后引入CO2激光光源对混合体进行辅助加热，在该温度和激光辅助加热下保持2小时，然后停止加热及激光辅助加热，终止反应，整个过程中反应处于H2还原气氛中。自然降温后取出反应物，研磨即得产品。我们对所得产物进行结构及性能分析，包括X射线衍射(XRD)θ-2θ扫描、场发射扫描电子显微镜(FESEM)观察、激发和发射光谱表征等。其中XRD结构表征表明所得产物为石榴石晶体结构的CaAlSiN3单晶，没有出现Eu2+等相关的二次相。FESEM观察表明产物为240-270nm的纳米晶，纳米晶粒径分布均匀，分散性好。光致发光谱研究表明，当用500nm光进行激发时，样品发出604nm的红光。
实施例4
以CaCO3(99.99％)、Al2O3(99.99％)、SiO2(99.99％)、Si3N4(99.99％)和Eu2O3(99.99％)为源材料，制备Ca0.95AlSiN3:Eu2+(0.05)。具体实施方式如下：按化学式摩尔比15.2:8:7:3:0.05分别称取1.52g,0.816g,0.42g,0.52g和0.0176g CaCO3(99.99％)、Al2O3(99.99％)、SiO2(99.99％)、Si3N4(99.99％)和Eu2O3(99.99％)源材料并将以上物质充分混合并研磨得到混合体，将混合体植入刚玉坩埚中并放置于高温管式炉中，将炉子从室温升温至1050℃，达到该温度后引入CO2激光光源对混合体进行辅助加热，在该温度和激光辅助加热下保持1小时，然后停止加热及激光辅助加热，终止反应，整个过程中反应处于H2还原气氛中。自然降温后取出反应物，研磨即得产品。我们对所得产物进行结构及性能分析，包括X射线衍射(XRD)θ-2θ扫描、场发射扫描电子显微镜(FESEM)观察、激发和发射光谱表征等。其中XRD结构表征表明所得产物为石榴石晶体结构的CaAlSiN3单晶，没有出现Eu2+等相关的二次相。FESEM观察表明产物为150-190nm的纳米晶，纳米晶粒径分布均匀，分散性好。光致发光谱研究表明，当用500nm光进行激发时，样品发出600nm的红光。
实施例5
以CaCO3(99.99％)、Al2O3(99.99％)、SiO2(99.99％)、Si3N4(99.99％)和Eu2O3(99.99％)为源材料，制备Ca2.97AlSiN3:Eu2+(0.03)。具体实施方式如下：按化学式摩尔比15.52:8:7:3:0.03分别称取1.552g,0.816g,0.42g,0.52g和0.0106g CaCO3(99.99％)、Al2O3(99.99％)、SiO2(99.99％)、Si3N4(99.99％)和Eu2O3(99.99％)源材料并将以上物质充分混合并研磨得到混合体，将混合体植入刚玉坩埚中并放置于高温管式炉中，将炉子从室温升温至1000℃，达到该温度后引入CO2激光光源对混合体进行辅助加热，在该温度和激光辅助加热下保持2小时，然后停止加热及激光辅助加热，终止反应，整个过程中反应处于H2还原气氛中。自然降温后取出反应物，研磨即得产品。我们对所得产物进行结构及性能分析，包括X射线衍射(XRD)θ-2θ扫描、场发射扫描电子显微镜(FESEM)观察、激发和发射光谱表征等。其中XRD结构表征表明所得产物为石榴石晶体结构的CaAlSiN3单晶，没有出现Eu2+等相关的二次相。FESEM观察表明产物为160-200nm的纳米晶，纳米晶粒径分布均匀，分散性好。光致发光谱研究表明，当用450nm光进行激发时，样品发出575nm的橙光。

Claims (2)

1.一种荧光粉的制备方法，该荧光粉的通式为Ca1-xAlSiN3:Eu2+(x)，x＝0.01-0.05，其特征在于具体制备步骤为：按摩尔比CaCO3:Al2O3:SiO2:Si3N4:Eu2O3＝16(1-x):8:7:3：x，x＝0.01-0.05，将CaCO3、Al2O3、SiO2、Si3N4、Eu2O3混合并充分研磨后放置于刚玉坩埚中，然后将刚玉坩埚置于高温炉的恒温区位置，对高温炉进行加热升温，使荧光粉区温度达到900-1100℃时引用CO2激光，并在该条件下保持1-2小时，然后停止对荧光粉进行激光照射并停止对炉子进行加热，终止反应，得到产物，整个过程中反应处于H2还原气氛中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述CaCO3、Al2O3、SiO2、Si3N4,Eu2O3的纯度都在99.99％以上。
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