CN104371722B - Eu2+掺杂Y4Si2O7N2蓝色荧光粉及制备方法 - Google Patents

Eu2+掺杂Y4Si2O7N2蓝色荧光粉及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种Eu2+掺杂的Y4Si2O7N2蓝色荧光粉及其制备方法，该荧光粉的化学式为Y4-xSi2O7N2:xEu2+，其中x的取值范围为：0﹤x≤0.2。制备方法为：将氧化铕溶于氢碘酸后，再加入氧化钇、氧化硅、氮化硅粉末，搅拌混合均匀，干燥后将混合粉末在氢气与氮气混合气氛中烧结，将烧结得到的产物研磨粉碎，即得Eu2+掺杂钇硅氧氮化合物基荧光粉。本发明首次利用湿化学预处理加高温固相法制备出二价铕掺杂钇硅氧氮化合物基荧光粉，采用氢碘酸处理氧化铕，使得铕在反应过程中一直处在二价状态，并且多余的碘化氢和碘蒸发无残留，可制得纯相钇硅氧氮化合物基的荧光粉。该方法工艺简单，发光效果优良，热稳定性好。

Description

Eu2+掺杂Y4Si2O7N2蓝色荧光粉及制备方法
技术领域
本发明涉及一种荧光粉及其制备方法，尤其涉及一种Eu2+掺杂的Y4Si2O7N2蓝色荧光粉及其制备方法。
背景技术
发光二极管(LED，lightEmittingDiode)是一种将电能转换为光能的能量转换器件，具有工作电压低、耗电量少、性能稳定、寿命长、抗冲击、耐振动性强、重量轻、体积小、成本低、发光响应快等优点，已经广泛应用于显示器、电视机采光装饰、照明等领域。近年来，随着蓝色及紫外LED的迅速发展，大大拓展了LED的应用范围。
目前，白光LED实现的方法主要是在蓝光、紫光或紫外光LED芯片上涂覆荧光粉，通过几种颜色的复合产生白光。近年来，氧氮化物荧光粉因其显著的热稳定性、化学稳定性、发光光谱覆盖范围广以及结构多样性等优点在白光LED领域得到广泛的研究和关注。此类荧光粉一般可被近紫外光或蓝光有效激发，表现出优异的发光特性，其中钇硅氧氮化合物基陶瓷是氧氮化物家族中的重要一员，稀土离子掺杂的钇硅氧氮化合物基荧光粉可广泛应用于光致发光及电致发光器件。QuanshengWu等[Synthesis,crystalstructureandluminescencepropertiesofaY4Si2O7N2:Ce3+phosphorfornear-UVwhiteLEDs,JournalofMaterialsChemistryC,2014,2,4967-4973]报道的以Y2O3、α-Si3N4、Si3N4和CeO2为原料，以HBO3为助溶剂通过高温固相法在1600℃、95％N2，5％H2的条件下反应2h，制备出Ce3+掺杂钇硅氧氮化合物荧光粉，以及ZhiguoXia等[PreparationandluminescencepropertiesofCe3+andCe3+/Tb3+-activatedPreparationandluminescencepropertiesofCe3+andCe3+/Tb3+-activatedY4Si2O7N2phosphors,DaltonTransactions.2013,36,12989-12997]采用高温固相法，以Y2O3、α-Si3N4、Si3N4、Tb4O7和CeO2为原料在1500℃、氮气与氢气气氛下保温6小时的条件下制备出Ce3+/Tb3+掺杂的钇硅氧氮化合物荧光粉。但是Ce3+掺杂钇硅氧氮化合物荧光粉发光强度偏低，且随着掺杂浓度的变化发光波段有较大变化；而且由于Ce3+离子较小，在晶格中可动范围较大，也会导致其热稳定性不高。而Eu2+掺杂则没有这些缺点，但是由于传统的高温固相法无法制备出二价Eu掺杂的钇硅氧氮化合物蓝色荧光粉，因此急需探索出一条有效的合成路径来制备Eu2+掺杂钇硅氧氮化合物荧光粉，以满足目前应用的需要。
发明内容
本发明针对背景技术存在的缺陷，提出了一种二价Eu掺杂钇硅氧氮化合物基(Y4Si2O7N2)荧光粉及其制备方法。该方法工艺简单，得到的Eu2+掺杂的Y4Si2O7N2蓝色荧光粉的发光性能优良，热稳定性好。
本发明的技术方案如下：
一种Eu2+掺杂的Y4Si2O7N2蓝色荧光粉，其特征在于，所述荧光粉的化学式为Y4-xSi2O7N2：xEu2+，其中x的取值范围为：0﹤x≤0.2。
上述Eu2+掺杂的Y4Si2O7N2蓝色荧光粉的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将氧化铕(Eu2O3)溶解于氢碘酸(HI)中，然后再分别加入氧化钇(Y2O3)、氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)粉末，搅拌均匀，干燥后研磨混合均匀，其中Eu2O3与HI的摩尔比为1:6，Eu2O3、Y2O3、SiO2与Si3N4的摩尔比为x:(4-x):1:1，其中x的取值范围为：0﹤x≤0.2；
步骤2：将步骤1得到的混合均匀的粉末置于管式炉内，在氮气和氢气混合气体气氛下、1400～2100℃温度下烧结2～10h，烧结完成后，随炉自然冷却至室温，即得到所述Eu2+掺杂的Y4Si2O7N2蓝色荧光粉。
其中，步骤2中所述的氮气的气体流量为0.1～1L/min，所述氮气以体积百分比计纯度不低于99.9％；所述氢气的气体流量为0～0.1L/min，所述氢气以体积百分比计纯度不低于99.9％。
本发明的有益效果为：
1、本发明在预处理时，氢碘酸与氧化铕生成碘化铕，加热后生成碘蒸汽和碘化亚铕，此时在微还原气氛(氢气)下，可使得铕一直保持二价并掺入荧光粉中，本发明使用氢碘酸制备得到了二价铕掺杂纯相钇硅氧氮化合物基荧光粉，其发光强度高、激发带宽、热稳定性好、性能优良。
2、本发明采用的方法简单，重复性好，纯度高，且本发明方法可以推广至其他体系的二价铕的掺杂，本发明得到的Eu2+掺杂的Y4Si2O7N2荧光粉在光致发光和电致发光领域均有广泛的应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例1得到的Eu2+掺杂的Y4Si2O7N2荧光粉的XRD图谱。
图2为本发明实施例1得到的Eu2+掺杂的Y4Si2O7N2荧光粉的激发发射光谱。其中a为以437nm为检测波长的激发谱，b、c分别为以270、343nm为激发波长的激发谱。
图3为本发明实施例1得到的Eu2+掺杂的Y4Si2O7N2荧光粉的热衰减图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步地介绍。
本发明提供了一种Eu2+掺杂的Y4Si2O7N2蓝色荧光粉，其特征在于，所述荧光粉的化学式为Y4-xSi2O7N2：xEu2+，其中x的取值范围为：0﹤x≤0.2。
上述Eu2+掺杂的Y4Si2O7N2蓝色荧光粉的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将氧化铕(Eu2O3)溶解于氢碘酸(HI)中，然后再分别加入氧化钇(Y2O3)、氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)粉末，搅拌均匀，在烘箱中70～80℃下干燥，将干燥后的混合粉末放入研钵中充分研磨，混合均匀，其中Eu2O3与HI的摩尔比为1:6，Eu2O3、Y2O3、SiO2与Si3N4的摩尔比为x:(4-x):1:1，其中x的取值范围为：0﹤x≤0.2；
步骤2：将步骤1得到的研磨均匀的粉末放入氮化硼瓷舟中，然后放入管式炉内，将管式炉抽真空至气压小于10Pa，然后以0.1～1L/min的速率充入以体积百分比计纯度为99.9％的氮气，以0～0.1L/min的速率充入以体积百分比计纯度为99.9％的氢气；以5℃/min的升温速率从室温升高至1000℃，再以3℃/min的升温速率从1000℃升温至1400～2100℃，保温2～10h；随炉自然降温至室温，取出氮化硼瓷舟中的产物并研磨，得到所述Eu2+掺杂的Y4Si2O7N2荧光粉。
表1为本发明不同实施例的制备条件及所得产物的评价数据。
图1为本发明实施例1得到的Eu2+掺杂的Y4Si2O7N2荧光粉的X射线衍射图谱(XRD)。由图1可知，本发明成功制备得到纯的Y4Si2O7N2相。图2为本发明实施例1得到的Eu2+掺杂的Y4Si2O7N2荧光粉的激发发射光谱，其中a为以437nm为检测波长的激发谱，b、c分别为以270、343nm为激发波长的激发谱。由图2可以看出，实施例1制备得到的Eu2+掺杂的Y4Si2O7N2荧光粉的发光波长处在蓝光波段，波谱带宽，属于典型的Eu2+的4f-5d电子能级跃迁，说明Eu2+成功掺杂进了Y4Si2O7N2晶格之中。图3为本发明实施例1得到的Eu2+掺杂的Y4Si2O7N2荧光粉的热衰减图，由图3可知，实施例1制备得到的Eu2+掺杂的Y4Si2O7N2荧光粉在150℃时发光强度仍然保持在常温发光强度的80％以上，热稳定性优良。

Claims (4)

1.一种Eu2+掺杂的Y4Si2O7N2蓝色荧光粉，其特征在于，所述荧光粉的化学式为Y4-xSi2O7N2：xEu2+，其中x的取值范围为：0﹤x≤0.2；
所述Eu2+掺杂的Y4Si2O7N2蓝色荧光粉由以下步骤制备得到：
步骤1：将Eu2O3溶解于HI中，然后再分别加入Y2O3、SiO2、Si3N4粉末，搅拌均匀，干燥后研磨混合均匀，其中Eu2O3与HI的摩尔比为1:6，Eu2O3、Y2O3、SiO2与Si3N4的摩尔比为x:(4-x):1:1，其中x的取值范围为：0﹤x≤0.2；
步骤2：将步骤1得到的混合均匀的粉末置于管式炉内，在氮气和氢气混合气体气氛下、1400～2100℃温度下烧结2～10h，烧结完成后，随炉自然冷却至室温，即得到所述Eu2+掺杂的Y4Si2O7N2蓝色荧光粉。
2.一种Eu2+掺杂的Y4Si2O7N2蓝色荧光粉的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将Eu2O3溶解于HI中，然后再分别加入Y2O3、SiO2、Si3N4粉末，搅拌均匀，干燥后研磨混合均匀，其中Eu2O3与HI的摩尔比为1:6，Eu2O3、Y2O3、SiO2与Si3N4的摩尔比为x:(4-x):1:1，其中x的取值范围为：0﹤x≤0.2；
步骤2：将步骤1得到的混合均匀的粉末置于管式炉内，在氮气和氢气混合气体气氛下、1400～2100℃温度下烧结2～10h，烧结完成后，随炉自然冷却至室温，即得到所述Eu2+掺杂的Y4Si2O7N2蓝色荧光粉。
3.根据权利要求2所述的Eu2+掺杂的Y4Si2O7N2蓝色荧光粉的制备方法，其特征在于，步骤2中所述氮气的气体流量为0.1～1L/min，所述氮气以体积百分比计纯度不低于99.9％。
4.根据权利要求2所述的Eu2+掺杂的Y4Si2O7N2蓝色荧光粉的制备方法，其特征在于，步骤2中所述氢气的气体流量为0～0.1L/min，所述氢气以体积百分比计纯度不低于99.9％。
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