CN105950142B - 一种无稀土黄色荧光粉及其制备方法 - Google Patents

一种无稀土黄色荧光粉及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及发光材料技术领域。一种无稀土黄色荧光粉，化学表示式是：(M1‑xNx)2Zn(BO3)2，其中M，N为碱土金属Ba、Sr、Ca中任意一种，0＜x＜1。该无稀土黄色荧光粉的优点是不含价格较为昂贵的稀土元素，且制备条件温和，不需要高温和还原气氛；具有宽的激发带宽，覆盖紫外、紫光和蓝光区域，与紫外芯片的发射峰重叠很好，能够有效被激发。

Description

一种无稀土黄色荧光粉及其制备方法
技术领域
本发明涉及发光材料技术领域，尤其是涉及无稀土黄色荧光粉及其制备方法。
背景技术
白光LED是一种将电能转换为白光的固态半导体器件，又称半导体照明，具有效率高、体积小、寿命长、安全、低电压、节能、环保等诸多优点，被人们看成是继白炽灯、荧光灯、高压气体放电灯之后第四代照明光源，是未来照明市场上的主流产品。
目前出现了各种各样的白光LED制备方法，其中蓝光LED芯片与黄色荧光材料组合、蓝光LED芯片与红色和绿色荧光材料组合、紫光LED芯片与三基色荧光材料组合这三种方法以价格低、制备简单成为制备白光LED的主要方法。蓝光LED芯片与黄色荧光材料组合是研究最早也是最成熟的方法，制备的白光LED发光效率已经远远超过白炽灯，但是显色指数低，色温高，不能作为室内照明使用。为了提高白光LED的显色性，各国科学家研发了蓝光LED芯片与红、绿色荧光材料组合和紫光LED芯片与红、绿、蓝三基色荧光材料组合另外两种实现白光LED的方法。
目前InGaN芯片的发射波长已经移至近紫外区域,能为荧光粉提供更高的激发能量，进一步提高白光LED的光强。由于紫外光不可见,紫外激发白光LED的颜色只能由荧光粉决定，因此颜色稳定，显色指数高，使用近紫外InGaN芯片和蓝、黄荧光粉或者与三基色荧光粉组合来实现白光的方案成为目前白光LED行业发展的重点。黄色荧光粉是该方案中不可缺少的成分。
传统的荧光粉材料大都依赖于激活剂或共激活剂发光，而激活剂通常选用稀土元素，稀土元素价格较高而且其氧化物、氯化物以及柠檬盐有毒性，此外荧光粉材料的制备往往需要高温还原气氛等较为苛刻的条件。因此，经济环保的荧光粉的制备及应用成为了必要。
发明内容
本发明的目的是公开一种不含稀土元素生产成本低的无稀土黄色荧光粉及其制备方法。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种无稀土黄色荧光粉，化学表示式是：(M1-xNx)2Zn(BO3)2，其中M，N为碱土金属Ba、Sr、Ca中任意一种，0＜x＜1。
一种无稀土黄色荧光粉的制备方法，包括如下步骤：
(1)以含M或N的化合物、氧化锌和硼酸，按化学表达式(M1-xNx)2Zn(BO3)2的摩尔比称取所述原料，其中M，N为碱土金属Ba、Sr、Ca中任意一种，0＜x＜1，得到混合物。
(2)将该混合物装入坩埚，在高温炉内800～950℃条件下烧结3～7小时，后冷却到室温得到所述无稀土黄色荧光粉。
进一步的，所述含M或N的化合物为碳酸盐或者氧化物。
进一步的，所述的碳酸盐为碳酸钡、碳酸锶和碳酸钙中任意一种。
进一步的，所述的氧化物为氧化钡、氧化锶和氧化钙中任意一种。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明的荧光粉不含价格较为昂贵的稀土元素，生产成本低，且制备条件温和，不需要高温和还原气氛。
(2)本发明的黄色荧光粉具有宽的激发带宽，覆盖紫外、紫光和蓝光区域，激发峰位于370nm附近，与紫外芯片的发射峰重叠很好，能够有效被激发。
附图说明
图1是本发明提供的实施例1制备的荧光粉体激发光谱图(监控波长550纳米)；图2是本发明提供的实施例1制备的荧光粉体发射光谱图(激发波长370纳米)；图3是本发明提供的实施例1制备的荧光粉体XRD图谱与标准图谱(ICSD-75606)。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细的说明。
实施例1
按照Ba2Zn(BO3)2称取BaCO3、ZnO和H3BO3，它们之间的摩尔比为2：1：2，充分研磨混合均匀后，放置坩埚中，再高温炉在800℃焙烧7小时，后冷却到室温，得到无稀土黄色荧光粉。
如图1所示，本实施例的荧光粉激发谱为一宽谱，覆盖了紫外和紫光区域，激发峰位于370nm附近，光谱峰值高，说明本实施例的荧光粉可以被紫外和紫光芯片有效激发。当发射光谱的激发波长为370nm，如图2所示，本实施例的荧光粉的发射为宽带黄光发射，发射峰位于550nm附近，说明本实施例的荧光粉适合做紫外和紫光激发的黄色荧光粉。如图3所示，本实施例的荧光粉XRD图谱显示产物的d值和相对强度变化趋势与Ba2Zn(BO3)2的标准卡片一致，说明本实施例合成的荧光粉纯度较高。
实施例2
按照(Ba0.9Sr0.1)2Zn(BO3)2称取BaCO3、SrCO3、ZnO和H3BO3，它们之间的摩尔比为1.8：0.2:1：2，充分研磨混合均匀后，放置坩埚中，再高温炉在850℃焙烧5小时，后冷却到室温，得到无稀土黄色荧光粉。
本实施例的荧光粉激发谱为一宽谱，覆盖了紫外和紫光区域，激发峰位于370nm附近，光谱峰值高，说明本实施例的荧光粉可以被紫外和紫光芯片有效激发。当发射光谱的激发波长为370nm，本实施例的荧光粉的发射为宽带黄光发射，发射峰位于550nm附近，说明本实施例的荧光粉适合做紫外和紫光激发的黄色荧光粉。本实施例的荧光粉XRD图谱显示产物的d值和相对强度变化趋势与Ba2Zn(BO3)2的标准卡片一致，说明本实施例合成的荧光粉纯度较高。
实施例3
按照(Ba0.5Sr0.5)2Zn(BO3)2称取BaO、SrO、ZnO和H3BO3，它们之间的摩尔比为1：1：1：2，充分研磨混合均匀后，放置坩埚中，再高温炉在900℃焙烧3小时，后冷却到室温，得到无稀土黄色荧光粉。
本实施例的荧光粉激发谱为一宽谱，覆盖了紫外和紫光区域，激发峰位于370nm附近，光谱峰值高，说明本实施例的荧光粉可以被紫外和紫光芯片有效激发。当发射光谱的激发波长为370nm，本实施例的荧光粉的发射为宽带黄光发射，发射峰位于550nm附近，说明本实施例的荧光粉适合做紫外和紫光激发的黄色荧光粉。本实施例的荧光粉XRD图谱显示产物的d值和相对强度变化趋势与Ba2Zn(BO3)2的标准卡片一致，说明本实施例合成的荧光粉纯度较高。
实施例4
按照Sr2Zn(BO3)2称取SrCO3、ZnO和H3BO3，它们之间的摩尔比为2：1：2，充分研磨混合均匀后，放置坩埚中，再高温炉在950℃焙烧2小时，后冷却到室温，得到无稀土黄色荧光粉。
本实施例的荧光粉激发谱为一宽谱，覆盖了紫外和紫光区域，激发峰位于370nm附近，光谱峰值高，说明本实施例的荧光粉可以被紫外和紫光芯片有效激发。当发射光谱的激发波长为370nm，本实施例的荧光粉的发射为宽带黄光发射，发射峰位于550nm附近，说明本实施例的荧光粉适合做紫外和紫光激发的黄色荧光粉。本实施例的荧光粉XRD图谱显示产物的d值和相对强度变化趋势与Ba2Zn(BO3)2的标准卡片一致，说明本实施例合成的荧光粉纯度较高。
实施例5
按照(Ba0.8Ca0.2)2Zn(BO3)2称取BaCO3、CaCO3、ZnO和H3BO3，它们之间的摩尔比为1.6：0.4：1：2，充分研磨混合均匀后，放置坩埚中，再高温炉在800℃焙烧7小时，后冷却到室温，得到无稀土黄色荧光粉。
本实施例的荧光粉激发谱为一宽谱，覆盖了紫外和紫光区域，激发峰位于370nm附近，光谱峰值高，说明本实施例的荧光粉可以被紫外和紫光芯片有效激发。当发射光谱的激发波长为370nm，本实施例的荧光粉的发射为宽带黄光发射，发射峰位于550nm附近，说明本实施例的荧光粉适合做紫外和紫光激发的黄色荧光粉。本实施例的荧光粉XRD图谱显示产物的d值和相对强度变化趋势与Ba2Zn(BO3)2的标准卡片一致，说明本实施例合成的荧光粉纯度较高。
实施例6
按照(Ba0.4Ca0.6)2Zn(BO3)2称取BaCO3、CaCO3、ZnO和H3BO3，它们之间的摩尔比为0.8：1.2：1：2，充分研磨混合均匀后，放置坩埚中，再高温炉在850℃焙烧5小时，后冷却到室温，得到无稀土黄色荧光粉。
本实施例的荧光粉激发谱为一宽谱，覆盖了紫外和紫光区域，激发峰位于370nm附近，光谱峰值高，说明本实施例的荧光粉可以被紫外和紫光芯片有效激发。当发射光谱的激发波长为370nm，本实施例的荧光粉的发射为宽带黄光发射，发射峰位于550nm附近，说明本实施例的荧光粉适合做紫外和紫光激发的黄色荧光粉。本实施例的荧光粉XRD图谱显示产物的d值和相对强度变化趋势与Ba2Zn(BO3)2的标准卡片一致，说明本实施例合成的荧光粉纯度较高。
实施例7
按照Ca2Zn(BO3)2称取CaO、ZnO和H3BO3，它们之间的摩尔比为2：1：2，充分研磨混合均匀后，放置坩埚中，再高温炉在900℃焙烧3小时，后冷却到室温，得到无稀土黄色荧光粉。
本实施例的荧光粉激发谱为一宽谱，覆盖了紫外和紫光区域，激发峰位于370nm附近，光谱峰值高，说明本实施例的荧光粉可以被紫外和紫光芯片有效激发。当发射光谱的激发波长为370nm，本实施例的荧光粉的发射为宽带黄光发射，发射峰位于550nm附近，说明本实施例的荧光粉适合做紫外和紫光激发的黄色荧光粉。本实施例的荧光粉XRD图谱显示产物的d值和相对强度变化趋势与Ba2Zn(BO3)2的标准卡片一致，说明本实施例合成的荧光粉纯度较高。
实施例8
按照(Sr0.7Ca0.3)2Zn(BO3)2称取SrO、CaO、ZnO和H3BO3，它们之间的摩尔比为1.4：0.6：1：2，充分研磨混合均匀后，放置坩埚中，再高温炉在950℃焙烧2小时，后冷却到室温，得到无稀土黄色荧光粉。
本实施例的荧光粉激发谱为一宽谱，覆盖了紫外和紫光区域，激发峰位于370nm附近，光谱峰值高，说明本实施例的荧光粉可以被紫外和紫光芯片有效激发。当发射光谱的激发波长为370nm，本实施例的荧光粉的发射为宽带黄光发射，发射峰位于550nm附近，说明本实施例的荧光粉适合做紫外和紫光激发的黄色荧光粉。本实施例的荧光粉XRD图谱显示产物的d值和相对强度变化趋势与Ba2Zn(BO3)2的标准卡片一致，说明本实施例合成的荧光粉纯度较高。
实施例9
按照(Sr0.8Ca0.2)2Zn(BO3)2称取SrO、CaO、ZnO和H3BO3，它们之间的摩尔比为1.6：0.4：1：2，充分研磨混合均匀后，放置坩埚中，再高温炉在800℃焙烧7小时，后冷却到室温，得到无稀土黄色荧光粉。
本实施例的荧光粉激发谱为一宽谱，覆盖了紫外和紫光区域，激发峰位于370nm附近，光谱峰值高，说明本实施例的荧光粉可以被紫外和紫光芯片有效激发。当发射光谱的激发波长为370nm，本实施例的荧光粉的发射为宽带黄光发射，发射峰位于550nm附近，说明本实施例的荧光粉适合做紫外和紫光激发的黄色荧光粉。本实施例的荧光粉XRD图谱显示产物的d值和相对强度变化趋势与Ba2Zn(BO3)2的标准卡片一致，说明本实施例合成的荧光粉纯度较高。
上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种无稀土黄色荧光粉，其特征在于：荧光粉的化学表示式是：(M1-xNx)2Zn(BO3)2，其中M，N为碱土金属Ba、Sr、Ca中任意一种，0＜x＜1。
2.一种无稀土黄色荧光粉的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)以含M或N的化合物、氧化锌和硼酸，按化学表达式(M1-xNx)2Zn(BO3)2的摩尔比称取所述原料，其中M，N为碱土金属Ba、Sr、Ca中任意一种，0＜x＜1，得到混合物；(2)将该混合物装入坩埚，在高温炉内800～950℃条件下烧结3～7小时，后冷却到室温得到所述无稀土黄色荧光粉。
3.如权利要求2所述的无稀土黄色荧光粉的制备方法，其特征在于：所述含M或N的化合物为碳酸盐或者氧化物。
4.如权利要求3所述的无稀土黄色荧光粉的制备方法，其特征在于：所述的碳酸盐为碳酸钡、碳酸锶和碳酸钙中任意一种。
5.如权利要求3所述的无稀土黄色荧光粉的制备方法，其特征在于：所述的氧化物为氧化钡、氧化锶和氧化钙中任意一种。
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