CN104629762A - 铕离子和锰离子共掺杂的磷酸钇钡红色荧光粉及其制备方法 - Google Patents

铕离子和锰离子共掺杂的磷酸钇钡红色荧光粉及其制备方法 Download PDF

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白晓华
刘缙
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本发明公开一种铕离子和锰离子共掺杂的磷酸钇钡红色荧光粉及其制备方法，该荧光粉的化学式为Ba3Y（1-x-y ）Eux Mn y (PO4)3，其中x取值为0.001～0.2，y取值为0.001～0.2。所述红色荧光粉采用高温固相法制备，首先按荧光粉化学式中各元素的化学计量比，分别称取含有Ba2+的化合物、含有Y3+的化合物、含有Mn2+的化合物、含有Eu3+的化合物和含有P5+的化合物，研磨混合均匀，所得混合料先在300～500℃预烧0.5～4小时，冷却后再在1150～1350℃烧结4～16小时，冷却，即可。本发明制备的磷酸盐基红色荧光粉可以被近紫外光和蓝光有效激发，发射主峰波长为611nm的红光，发光强度大，色度纯正，制备方法无废水废气排放，对环境友好。

Description

铕离子和锰离子共掺杂的磷酸钇钡红色荧光粉及其制备方法
技术领域
本发明涉及照明及显示荧光材料及其制备方法领域，具体涉及一种铕离子和锰离子共掺杂的磷酸钇钡红色荧光粉及其制备方法。
背景技术
与目前广泛应用的白炽灯和节能灯相比，基于LED(Light Emitting Diode)的固态照明灯具有节能、稳定、环保等诸多方面的优势。因此发展半导体照明有利于解决能源危机和原有白炽灯和节能灯中存在的环境问题。
实现白光LED主要有三种途径：一种是将红、绿、蓝三种LED组合产生白光。但要这种方法电路设计复杂，成本较高。第二种是用量子效应实现单芯片白光，但是成本较高，技术还不成熟。第三种是用蓝光或紫光的LED激发不同颜色荧光粉发出的各色光相互配合来实现白光，这种方法简单易行、成本较低。1996年首次报道了用蓝光LED配合YAG:Ce3+黄发射荧光粉实现白光LED，在随后的发展中，发光效率已经超过了100lm/W。但是YAG荧光粉位于红光区域的发射强度非常弱，导致同蓝光LED芯片混合后存在红光缺乏的现象，从而影响白光LED的相关色温及显色指数。因此，开发出一种成本低，稳定性高，能够被近紫外光/蓝光有效激发的红色荧光粉成为广泛研究的热点。
磷酸盐是一种优异的荧光粉基质材料，其原料成本低，制备工艺简单，工业化生产技术相对成熟。此外，稀土磷酸盐发光粉体性能稳定，发光效率高，被认为是最具实用价值的发光基质之一。
发明内容
本发明的目的是针对现有红色荧光粉在近紫外和蓝光区域吸收弱，以及YAG:Ce3+黄发射荧光粉实现白光的技术中，红光成分不足，显色指数低的缺点，提供一种结晶度高、发光效率高、制备方法简单且环保的磷酸盐基红色荧光粉及其制备方法。
为达到上述发明目的，本发明通过以下技术方案实现：本发明的铕离子和锰离子共掺杂的磷酸钇钡红色荧光粉，其化学式为Ba3Y（1-x-y）Eux Mn y (PO4)3，其中x取值为0.001～0.2，y取值为0.001～0.2。
本发明的上述磷酸钇钡红色荧光粉采用高温固相法制备，具体步骤如下：
（1）、按Ba3Y（1-x-y）Eux Mn y (PO4)3中各元素的化学计量比，分别称取含有Ba2+的化合物、含有Y3+的化合物、含有Mn2+的化合物、含有Eu3+的化合物和含有P5+的化合物，研磨混合均匀，得到混合料；
（2）、将步骤（1）的混合料，在空气气氛下，升温至300～500℃预烧，保温0.5～4小时后，自然冷却，研磨均匀，得到预烧料；
（3）、将步骤（2）得到预烧料，在空气气氛下，升温至1150～1350℃烧结，保温4～16小时后，自然冷却，研磨均匀，即可。
步骤（1）中所述的含有Ba2+的化合物为碳酸钡、硝酸钡、硫酸钡、氯化钡中的一种或多几种；所述的含有Y3+的化合物为氧化钇、碳酸钇、硝酸钇中的一种或多几种；所述含有P5+的化合物为磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸铵中的一种或多种；所述含有Mn2+的化合物为碳酸亚锰、硫酸亚锰、硝酸亚锰中的一种或多种；所述含有Eu3+的化合物为氧化铕、硝酸铕中的一种或多种。
有益效果：本发明制备的磷酸盐基红色荧光粉可以被近紫外光和蓝光有效激发，发射主峰波长为611nm的红光，发光强度大，色度纯正，具有良好的热稳定性，与其它硫化物、卤化物相比，无废水废气排放，对环境友好，是一种可以用于白光LED灯或者节能灯的红色荧光粉。
本发明将Eu3+和Mn2+共掺杂到磷酸钇钡的晶格中，最终得到了磷酸盐基红色荧光粉，所制备的磷酸盐基红色荧光粉中，磷酸钇钡作为发光基质，使本发明的红色荧光粉具有较好的显色性和较高的发光强度。
本发明制备磷酸盐基红色荧光粉的原料来源丰富，价格低廉，而且制备工艺简单，易于操作，对于设备的要求低。
附图说明
图1为本发明实施例1所制得的Ba3Y0.88Eu0.04 Mn0.08 (PO4)3 （a）和本发明实施例5中Ba3Y0.9Eu0.02 Mn0.08 (PO4)3（b）的材料样品的X射线粉末衍射图谱。
图2为本发明实施例1中所制得的Ba3Y0.88Eu0.04 Mn0.08 (PO4)3材料样品的吸收光谱图。
图3 为本发明实施例1所制得的Ba3Y0.88Eu0.04 Mn0.08 (PO4)3材料样品在394纳米波长激发下的发光光谱图。
具体实施方式
实施例1
取3mol的碳酸钡、0.44mol的氧化钇、0.08mol的碳酸亚锰、0.02mol的氧化铕、3mol的磷酸二氢铵进行混合，研磨均匀，得混合料；该混合料在空气气氛下升温至300℃预烧2小时后，自然冷却、研磨后得预烧料；预烧料在空气气氛下升温至1150℃煅烧8小时后，自然冷却、研磨均匀，即得到化学组成为Ba3Y0.88Eu0.04 Mn0.08 (PO4)3的磷酸盐基红色荧光粉。
本实施例所制备的Ba3Y0.88Eu0.04 Mn0.08 (PO4)3的材料样品的X射线粉末衍射图谱见附图1中的a曲线，图1中的b曲线为下述实施例5所制备的材料样品的X射线粉末衍射图。本实施例所制备的材料样品的吸收光谱图见附图2，附图3为其在394纳米波长激发下的发光光谱图。从附图2和附图3可以看出，本实施例所制备的Ba3Y0.88Eu0.04 Mn0.08 (PO4)3能够被近紫外光和蓝光有效激发，并发射主峰波长为611nm的红光，发光强度大。
实施例2
取3mol的碳酸钡、0.45mol的氧化钇、0.07mol硫酸亚锰、0.015mol氧化铕、3mol的磷酸铵，进行混合，研磨均匀，得混合料；混合料在空气气氛下升温至500℃预烧0.5小时，自然冷却、研磨后得预烧料；预烧料在空气气氛下升温至1150℃煅烧8小时，自然冷却、研磨均匀，即得到化学组成为Ba3Y0.9Eu0.03 Mn0.07 (PO4)3的磷酸盐基红色荧光粉。该荧光粉在紫外光照射下具有明亮的红色发光。
实施例3
取3mol的氯化钡、0.4mol的氧化钇、0.1mol的硝酸亚锰、0.05mol的氧化铕、3mol的磷酸氢二铵，进行混合，研磨均匀，得混合料；混合料在空气气氛下升温至400℃预烧4小时，自然冷却、研磨后的预烧料；预烧料在空气气氛下升温至1250℃煅烧4小时，自然冷却、研磨均匀，即得到化学组成为Ba3Y0.8Eu0.1 Mn0.1 (PO4)3的磷酸盐基红色荧光粉。该荧光粉在紫外光照射下具有明亮的红色发光。
实施例4
取3mol的硝酸钡、0.9mol的硝酸钇、0.08mol的碳酸亚锰、0.02mol的硝酸铕、3mol的磷酸氢二铵，进行混合，研磨均匀，得混合料；混合料在空气气氛下升温至300℃预烧2小时，自然冷却、研磨后的预烧料；预烧料在空气气氛下升温至1150℃煅烧16小时，自然冷却、研磨得到化学组成为Ba3Y0.9Eu0.02 Mn0.08 (PO4)3的磷酸盐基红色荧光粉。该荧光粉在紫外光照射下具有明亮的红色发光。
实施例5
取3mol的硫酸钡、0.45mol的碳酸钇、0.08mol的碳酸亚锰、0.01mol的氧化铕、3mol的磷酸二氢铵，进行混合，研磨均匀，得混合料；混合料在空气气氛下升温至500℃预烧2小时，自然冷却、研磨后的预烧料；预烧料在空气气氛下升温至1350℃煅烧8小时，自然冷却、研磨得到化学组成为Ba3Y0.9Eu0.02 Mn0.08 (PO4)3的磷酸盐基红色荧光粉。该荧光粉在紫外光照射下具有明亮的红色发光。
实施例6
取3mol的碳酸钡、0.3995mol的氧化钇、0.2mol的碳酸亚锰、0.0005mol的氧化铕、3mol的磷酸二氢铵，进行混合，研磨均匀，得混合料；混合料在空气气氛下升温至500℃预烧2小时，自然冷却、研磨后的预烧料；预烧料在空气气氛下升温至1350℃煅烧8小时，自然冷却、研磨得到化学组成为Ba3Y0.799Eu0.001 Mn0.2(PO4)3的磷酸盐基红色荧光粉。该荧光粉在紫外光照射下具有明亮的红色发光。
实施例7
取3mol的硝酸钡、0.3995mol的碳酸钇、0.001mol的碳酸亚锰、0.1mol的氧化铕、3mol的磷酸二氢铵，进行混合，研磨均匀，得混合料；混合料在空气气氛下升温至500℃预烧2小时，自然冷却、研磨后的预烧料；预烧料在空气气氛下升温至1350℃煅烧8小时，自然冷却、研磨得到化学组成为Ba3Y0.799Eu0.2Mn0.001(PO4)3的磷酸盐基红色荧光粉。该荧光粉在紫外光照射下具有明亮的红色发光。

Claims (3)

1.铕离子和锰离子共掺杂的磷酸钇钡红色荧光粉，其特征在于：其化学式为Ba3Y（1-x-y）Eux Mn y (PO4)3，其中x取值为0.001～0.2，y取值为0.001～0.2。
2.如权利要求1所述的铕离子和锰离子共掺杂的磷酸钇钡红色荧光粉的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）、按Ba3Y（1-x-y）Eux Mn y (PO4)3中各元素的化学计量比，分别称取含有Ba2+的化合物、含有Y3+的化合物、含有Mn2+的化合物、含有Eu3+的化合物和含有P5+的化合物，研磨混合均匀，得到混合料；
（2）、将步骤（1）的混合料，在空气气氛下，升温至300～500℃预烧，保温0.5～4小时后，自然冷却，研磨均匀，得到预烧料；
（3）、将步骤（2）得到预烧料，在空气气氛下，升温至1150～1350℃烧结，保温4～16小时后，自然冷却，研磨均匀，即可。
3.如权利要求2所述的铕离子和锰离子共掺杂的磷酸钇钡红色荧光粉的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述含有Ba2+的化合物为碳酸钡、硝酸钡、硫酸钡、氯化钡中的一种或多几种；所述的含有Y3+的化合物为氧化钇、碳酸钇、硝酸钇中的一种或多几种；所述含有P5+的化合物为磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸铵中的一种或多种；所述含有Mn2+的化合物为碳酸亚锰、硫酸亚锰、硝酸亚锰中的一种或多种；所述含有Eu3+的化合物为氧化铕、硝酸铕中的一种或多种。
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