CN106544022B - 一种Eu3+掺杂的钽酸盐红色荧光粉、制备方法及用途 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Eu3+掺杂的钽酸盐红色荧光粉、制备方法及其用途,荧光粉为La2‑ 2xEu2xTa12O33,其中x为Eu3+掺杂的化学计量分数,0.001≤x≤0.20,采用高温固相法,添加稀土离子制备而成。本发明的材料可以被250~475纳米附近的近紫外光和蓝光有效激发,与近紫外LED芯片的发射波长非常吻合,在近紫外光激发下,该荧光粉能够发射出明亮的红色荧光,发射波长以612纳米为主,具有很宽的激发光谱和发光光谱;且得到的颗粒度均匀,发光效率高,化学稳定性好,在紫外线辐射下不会产生硫化物等有毒气体,对环境友好,可应用于白光LED和其它发光领域;制备过程中将含有合成材料所需元素的化合物按比例混合,采用高温固相法制备,工艺简单、无任何污染,对环境友好,适合工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光材料,特别涉及一种Eu3+掺杂的钽酸盐红色荧光粉、制备方法及用途,属于发光材料技术领域。
背景技术
白光LED是继白炽灯、日光灯和节能灯之后的第四代照明电光源,或称为 21世纪绿色光源,具有绿色环保、寿命超长、高效节能、抗恶劣环境、结构简单、体积小、重量轻、响应快、工作电压低及安全性好的特点。自1996年日亚公司首次开发出白光LED之后,以LED固态光源替代传统照明光源是目前照明技术发展的主要趋势,各国都给予高度重视,纷纷制定了发展计划,加紧研制和开发。
目前使用最广泛且技术很成熟的白光LED主要是以发蓝光的GaN基芯片搭配YAG:Ce的荧光粉,通过激发YAG:Ce来发射黄光与蓝光混合来实现的,其效率高、制造成本低,但由于其发射光谱中缺少绿色和红色成分,尤其在红色区域发光效率不高,导致它的显色指数比较低,色彩还原性差,色调偏冷色调,从而使得其应用受到一定的限制,另外其制取过程花费的成本也较高。因此研究性能好的红色荧光粉不仅具有一定的理论意义,更具有重要的实际应用意义。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题,本发明的目的在于提供一种稳定性高、发光效率高,制备工艺简单易行、成本低廉,且对环境无污染的Eu3+掺杂的钽酸盐红色荧光粉,本发明的另一目的在于提供一种上述Eu3+掺杂的钽酸盐红色荧光粉的制备方法及Eu3+掺杂的钽酸盐红色荧光粉的用途。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:一种Eu3+掺杂的钽酸盐红色荧光粉,化学式为La2-2xEu2xTa12O33,其中x为Eu3+掺杂的化学计量分数, 0.001≤x≤0.20。
本发明还提供了一种Eu3+掺杂的钽酸盐红色荧光粉的制备方法,包括如下步骤:
(1)按化学组成La2-2xEu2xTa12O33中各元素的化学计量比,其中0.001≤x≤0.20,分别称取含有镧离子La3+的化合物、含有铕离子Eu3+的化合物、含有钽离子Ta5+的化合物,研磨并混合均匀;
(2)将步骤(1)得到的混合物在空气气氛下预煅烧,预煅烧温度为200~ 900℃,预煅烧时间为1~20小时;
(3)将步骤(2)预煅烧得到的混合物自然冷却,研磨并混合均匀后,在空气中进行煅烧,煅烧温度为900~1300℃,煅烧时间为4~30小时;然后冷却至室温,研磨并混合均匀,得到荧光粉。
作为制备方法的优选方案,步骤(2)的预煅烧特征温度为350~750℃,预煅烧特征时间为4~10小时。
作为制备方法的另一优选方案,步骤(3)的煅烧温度为1000~1150℃,煅烧时间为6~12小时。
上述技术方案中,含有镧离子La3+的化合物为氧化镧、碳酸镧和硝酸镧中的一种;所述的含有铕离子Eu3+的化合物为氧化铕、硝酸铕、碳酸铕、硫酸铕、氯化铕中的一种;所述的含有钽离子Ta5+的化合物为氧化钽和氯化钽中的一种。
与现有技术相比,本发明的有益效果和应用价值如下:
1、本发明提供的钽酸盐基红色荧光材料,有良好的物理和化学性能,颗粒度均匀、结晶度好,发光效率高,在紫外线辐射下不会产生硫化物等有毒气体,对环境友好,可以广泛应用于制备高功率的LED,在光致发光方面有很大的应用价值。
2、所制备出的新型红色荧光粉可以有效地吸收近紫外到蓝光区域(250~ 475纳米)的光,并将能量传递给掺杂在基质材料中的三价铕离子Eu3+,发射出主峰612纳米附近的红光,色度纯正,亮度高,将其配合适量的绿色、蓝色荧光粉,涂敷和封装于InGaN二极管外,可制备高效率的白光LED照明器件,还可以用于被紫外光激发的其他各种照明设备中,在照明、显示和检测等方面具有广泛的应用前景。
3、本发明提供的钽酸盐基红色荧光粉,制备工艺简单、易于操作,方法安全可控、对生产条件和设备要求不高,成本低、无任何污染,适于工业化生产。
附图说明
图1是本发明实施例1制备样品La1.998Eu0.002Ta12O33的X射线粉末衍射图谱;
图2是本发明实施例1制备样品La1.998Eu0.002Ta12O33的扫描电子显微镜图;
图3是本发明实施例1制备样品La1.998Eu0.002Ta12O33在612纳米波长监测下的激发光谱图;
图4是本发明实施例1制备样品La1.998Eu0.002Ta12O33在396纳米波长激发下的发射光谱图;
图5是本发明实施例1制备样品La1.998Eu0.002Ta12O33在355纳米波长激发、 612纳米波长监测下的发光衰减曲线;
图6是本发明实施例4制备样品La1.8Eu0.2Ta12O33在612纳米波长监测下的激发光谱图;
图7是本发明实施例4制备样品La1.8Eu0.2Ta12O33在396纳米波长激发下的发射光谱图;
图8是本发明实施例4制备样品La1.8Eu0.2Ta12O33在355纳米波长激发、612 纳米波长监测下的发光衰减曲线;
图9是本发明实施例4制备样品La1.8Eu0.2Ta12O33的扫描电子显微镜图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
实施例1:
制备La1.998Eu0.002Ta12O33,根据化学式La1.998Eu0.002Ta12O33中各元素的化学计量比,分别称取氧化镧La2O3:0.977克,氧化铕Eu2O3:0.003克,氧化钽Ta2O5: 8.034克。在玛瑙研钵中研磨并混合均匀后,选择空气气氛预煅烧,预煅烧温度为550℃,预煅烧时间18小时,然后冷至室温,取出样品,把得到的前驱体充分混合研磨均匀,在空气中进行最终煅烧,煅烧温度为1000℃,煅烧时间是5 小时,冷却至室温,取出样品研磨即得到所需的荧光材料。
参见附图1,它是本实施例技术方案制备样品的X射线粉末衍射图谱,XRD 测试结果显示,所制备的钽酸盐La1.998Eu0.002Ta12O33为对应PDF卡片号21-0460 的单相材料La2Ta12O33,没有其它杂相存在,纯度高,而且结晶度较好,表明三价铕离子Eu3+的掺杂对基质的结构无影响。
参见附图2,它是本实施例技术方案制备样品的扫描电子显微镜图谱,从样品形貌图中可以看出,所得样品颗粒分散较为均匀。
参见附图3,它是按本实施例技术方案制备的样品在612纳米波长监测下的激发光谱图,在250~420纳米范围内有宽峰出现,在395纳米和465纳米有强峰出现,表明该材料可有效地被近紫外到蓝光区域的光激发,适用于白光LED。
参见附图4,它是按本实施例技术方案制备的样品在396纳米波长激发下的发射光谱图,从图中可以看出,该材料的发射波长为612纳米波段范围的红光。
参见附图5,它是按本实施例技术方案制备的样品在355纳米波长激发、612 纳米波长监测下的发光衰减曲线,计算可得衰减时间为0.85毫秒。
实施例2:
制备La1.98Eu0.02Ta12O33,根据化学式La1.98Eu0.02Ta12O33中各元素的化学计量比,分别称取碳酸镧La2(CO3)3·8H2O:1.788克,硝酸铕Eu(NO3)3·6H2O:0.027 克,氧化钽Ta2O5:8.034克。在玛瑙研钵中研磨并混合均匀后,选择空气气氛预煅烧,预煅烧温度为650℃,预煅烧时间为10小时,然后冷至室温,取出样品,把得到的前驱体充分混合研磨均匀,在空气之中1100℃下进行煅烧,煅烧时间是8小时,冷却至室温,取出样品研磨即得到所需的钽酸盐荧光材料。
本实施例制备的样品,其主要结构形貌、激发光谱、发射光谱以及发光衰减曲线与实施例1相似。
实施例3:
制备La1.92Eu0.08Ta12O33,根据化学式La1.92Eu0.08Ta12O33中各元素的化学计量比,分别称取硝酸镧La(NO3)3:1.872克,硫酸铕Eu2(SO4)3·H2O:0.073克,氧化钽Ta2O5:8.034克。在玛瑙研钵中研磨并混合均匀后,选择空气气氛预煅烧,预煅烧温度为900℃,预煅烧时间为1小时,然后冷至室温,取出样品,把得到的前驱体充分混合研磨均匀,在空气之中,1300℃下进行煅烧,煅烧时间是4 小时,冷却至室温,取出样品研磨即得到所需的钽酸盐荧光材料。
本实施例制备的样品,其主要结构形貌、激发光谱、发射光谱以及发光衰减曲线与实施例1相似。
实施例4:
制备La1.8Eu0.2Ta12O33,根据化学式La1.8Eu0.2Ta12O33中各元素的化学计量比,分别称取氧化镧La2O3:0.880克,氯化铕EuCl3:0.155克,氯化钽TaCl5:13.026 克。在玛瑙研钵中研磨并混合均匀后,选择空气气氛预煅烧,预煅烧温度为750℃,预煅烧时间为4小时,然后冷至室温,取出样品,把得到的前驱体充分混合研磨均匀,在空气气氛之中,1150℃下进行煅烧,煅烧时间是12小时,冷却至室温,取出样品研磨即得到所需的钽酸盐荧光材料。
参见附图6,是按按本实施例技术方案制备的样品在612纳米波长监测下的激发光谱图,从图中可以看出,在250~420纳米范围内有宽峰出现,在395纳米和465纳米有强峰出现,表明该材料可有效地被近紫外到蓝光区域的光激发,适用于白光LED。
参见附图7,它是按本实施例技术方案制备的样品在396纳米波长激发下的发射光谱图,从图中可以看出,该材料的发射波长为612纳米波段范围的红光。
参见附图8,它是按本实施例技术方案制备的样品在355纳米波长激发、612 纳米波长监测下的发光衰减曲线,计算可得衰减时间为0.72毫秒。
参见附图9,是本实施例技术方案制备样品的扫描电子显微镜图,从样品形貌图中可以看出,所得样品颗粒分散较为均匀。
实施例5:
制备La1.7Eu0.3Ta12O33,根据化学式La1.7Eu0.3Ta12O33中各元素的化学计量比,分别称取氧化镧La2O3:0.831克,碳酸铕Eu2(CO3)3·H2O:0.226克,氯化钽TaCl5: 13.025克。在玛瑙研钵中研磨并混合均匀后,选择空气气氛预煅烧,预煅烧温度为200℃,预煅烧时间为20小时,然后冷至室温,取出样品,把得到的前驱体充分混合研磨均匀,在空气之中,900℃下进行煅烧,煅烧时间是30小时,冷却至室温,取出样品研磨即得到所需的钽酸盐荧光材料。
本实施例制备的样品,其主要结构形貌、激发光谱、发射光谱以及发光衰减曲线与实施例4相似。
实施例6:
制备La1.6Eu0.4Ta12O33,根据化学式La1.6Eu0.4Ta12O33中各元素的化学计量比,分别称取氧化镧La2O3:0.782克,碳酸铕Eu2(CO3)3·H2O:0.301克,氧化钽Ta2O5: 8.034克。在玛瑙研钵中研磨并混合均匀后,选择空气气氛预煅烧,预煅烧温度为700℃,预煅烧时间为6小时,然后冷至室温,取出样品,把得到的前驱体充分混合研磨均匀,在空气之中,1100℃下进行煅烧,煅烧时间是12小时,冷却至室温,取出样品研磨即得到所需的钽酸盐荧光材料。
本实施例制备的样品,其主要结构形貌、激发光谱、发射光谱以及发光衰减曲线与实施例4相似。
Claims (7)
1.一种Eu3+掺杂的钽酸盐红色荧光粉,其特征在于:化学式为La2-2xEu2xTa12O33,其中2x为Eu3+掺杂的化学计量分数,0.001≤x≤0.20。
2.一种如权利要求1所述的Eu3+掺杂的钽酸盐红色荧光粉的制备方法,其特征在于采用高温固相法,包括以下步骤:
(1)按化学组成La2-2xEu2xTa12O33中各元素的化学计量比,其中0.001≤x≤0.20,分别称取含有镧离子La3+的化合物、含有铕离子Eu3+的化合物、含有钽离子Ta5+的化合物,研磨并混合均匀;
(2)将步骤(1)得到的混合物在空气气氛下预煅烧,预煅烧温度为200~900℃,预煅烧时间为1~20小时;
(3)将步骤(2)预煅烧得到的混合物自然冷却,研磨并混合均匀后,在空气中进行煅烧,煅烧温度为900~1300℃,煅烧时间为4~30小时;然后冷却至室温,研磨并混合均匀,得到荧光粉。
3.根据权利要求2所述的一种Eu3+掺杂的钽酸盐红色荧光粉的制备方法,其特征在于:步骤(2)的预煅烧温度为350~750℃,预煅烧时间为4~10小时。
4.根据权利要求2所述的一种Eu3+掺杂的钽酸盐红色荧光粉的制备方法,其特征在于:步骤(3)的煅烧温度为1000~1150℃,煅烧时间为6~12小时。
5.根据权利要求2所述的一种Eu3+掺杂的钽酸盐红色荧光粉的制备方法,其特征在于:所述的含有镧离子La3+的化合物为氧化镧、碳酸镧、硝酸镧中的一种;所述的含有铕离子Eu3 +的化合物为氧化铕、硝酸铕、碳酸铕、硫酸铕、氯化铕中的一种;所述的含有钽离子Ta5+的化合物为氧化钽和氯化钽中的一种。
6.一种权利要求1所述的Eu3+掺杂的钽酸盐红色荧光粉的用途,其特征在于,所述荧光粉在光致发光方面的应用。
7.根据权利要求6所述的一种Eu 3+掺杂的钽酸盐红色荧光粉的用途,其特征在于,所述荧光粉在250-475纳米的紫外光激发下,发射出612纳米的红光,应用在被紫外光激发的照明设备及白光LED的色度调节中。
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