CN106590652A - 一种钽酸盐基蓝色荧光粉、制备方法及其用途 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钽酸盐基蓝色荧光粉、制备方法及其用途，荧光粉化学通式为La2‑ 2xCe2xTa12O33，其中x为Ce3+掺杂的化学计量分数，0.001≤x≤0.05。属于无机发光材料的技术领域，采用高温固相法，添加稀土离子制备而成。本发明制备得到的材料可以被250‑375纳米的紫外光有效激发，发射出380～550纳米的蓝光，具有很宽的激发光谱和发光光谱，与紫外LED芯片匹配良好；且得到的颗粒度均匀，发光效率高，化学稳定性好，可应用于各种照明显示和发光色度的调节，具有良好的实际应用前景；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，制备该材料的工艺简单、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，特别涉及一种钽酸盐基蓝色荧光粉、制备方法及其用途，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。因此人们把目光投向了紫外芯片搭配红、绿、蓝三基色荧光粉形成复合白光来提高它的显色指数。但蓝色荧光粉的综合性能较差，在显色性能和稳定性能方面不如红色和绿色荧光粉的好，并且其制取过程成本较高，因此研究性能好的蓝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，且对环境无污染的钽酸盐基蓝色荧光粉，本发明的另一目的在于提供上述钽酸盐基蓝色荧光粉的制备方法及钽酸盐基蓝色荧光粉的用途。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种钽酸盐基蓝色荧光粉，化学式为La2-2xCe2xTa12O33，其中x为Ce3+掺杂的化学计量分数，0.001≤x≤0.05。
本发明还提供了一种钽酸盐基蓝色荧光粉的制备方法，包括如下步骤：
(1)按化学式La2-2xCe2xTa12O33中各元素的化学计量比，其中0.001≤x≤0.05，分别称取含有镧离子La3+的化合物、含有铈离子Ce3+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，在还原气氛中进行煅烧，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)的预煅烧温度为350～750℃，预煅烧时间为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，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；所述的含有铈离子Ce3+的化合物为氧化铈、硝酸铈、三氟化铈、四氟化铈中的一种；所述的含有钽离子Ta5+的化合物为氧化钽、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蓝色荧光材料，有良好的物理和化学性能，发光效率高，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、本发明提供的氟酸盐基蓝色荧光材料，可以被320纳米附近的紫外光有效激发，发射出380～550纳米范围的蓝光，具有很宽的激发光谱和发光光谱，与紫外LED芯片匹配良好，可以有效的应用于白光LED中色度的调节，且可以用于被紫外光激发的各种照明设备及色度的调节，具有广阔的应用前景。
3、本发明提供的钽酸盐基蓝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，对环境友好。
附图说明
图1是本发明实施例1制备样品La1.998Ce0.002Ta12O33的X射线粉末衍射图谱；
图2是本发明实施例1制备样品La1.998Ce0.002Ta12O33的扫描电子显微镜图；
图3是本发明实施例1制备样品La1.998Ce0.002Ta12O33在425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La1.998Ce0.002Ta12O33在323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La1.998Ce0.002Ta12O33在323纳米波长激发、425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La1.9Ce0.1Ta12O33在420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La1.9Ce0.1Ta12O33在325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La1.9Ce0.1Ta12O33在325纳米波长激发、420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La1.9Ce0.1Ta12O33的扫描电子显微镜图谱。
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La1.998Ce0.002Ta12O33
根据化学式La1.998Ce0.002Ta12O33中各元素的化学计量比，分别称取氧化镧La2O3：0.977克，氧化铈：0.001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350℃，预煅烧时间15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，在还原性气氛中进行最终煅烧，煅烧温度为1150℃，煅烧时间是6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La1.998Ce0.002Ta12O33为单相材料，没有其它杂相存在，而且结晶度较好。
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，从图中可以看出，所得样品结晶良好，颗粒分散较为均匀。
参见附图3，它是按按本实施例技术方案制备的样品在425纳米波长监测下的激发光谱图，从图中可以看出，该材料的蓝色发光的激发来源主要在250～360纳米的紫外区域，可以很好的制备紫外光激发荧光灯。
参见附图4，它是按按本实施例技术方案制备的样品在323纳米波长激发下的荧光光谱图，从图中可以看出，该材料的发射波长为在425纳米波段范围的蓝光。
参见附图5，它是按本实施例技术方案制备的样品在323纳米波长激发、425纳米波长监测下的发光衰减曲线，计算可得衰减时间为8.21微秒。
实施例2：
制备La1.98Ce0.02Ta12O33
根据化学式La1.98Ce0.02Ta12O33中各元素的化学计量比，分别称取碳酸镧La2(CO3)3·8H2O：1.787克，硝酸铈Ce(NO3)3·6H2O：0.026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，在还原气氛之中，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1相似。
实施例3：
制备La1.96Ce0.04Ta12O33
根据化学式La1.96Ce0.04Ta12O33中各元素的化学计量比，分别称取硝酸镧La(NO3)3：1.008克，三氟化铈CeF3：0.024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，在还原气氛之中，1000℃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1相似。
实施例4：
制备La1.94Ce0.06Ta12O33
根据化学式La1.94Ce0.06Ta12O33中各元素的化学计量比，分别称取氧化镧La2O3：0.948克，四氟化铈CeF4：0.039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，在还原气氛之中，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420纳米波长监测下的激发光谱图，从图中可以看出，该材料的蓝色发光的激发来源主要在250～360纳米的紫外区域，可以很好的制备紫外光激发荧光灯。
参见附图7，是按按本实施例技术方案制备的样品在325纳米波长激发下的荧光光谱图，从图中可以看出，该材料的发射波长为在420纳米波段范围的蓝光。
参见附图8，它是按本实施例技术方案制备的样品在325纳米波长激发、420纳米波长监测下的发光衰减曲线，计算可得衰减时间为7.89微秒。
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谱，从图中可以看出，所得样品颗粒分散较为均匀。
实施例5：
制备La1.92Ce0.08Ta12O33
根据化学式La1.92Ce0.08Ta12O33中各元素的化学计量比，分别称取氧化镧La2O3：0.9384克，四氟化铈CeF4：0.052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，在还原气氛之中，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4相似。
实施例6：
制备La1.9Ce0.1Ta12O33
根据化学式La1.9Ce0.1Ta12O33中各元素的化学计量比，分别称取氧化镧La2O3：0.929克，氧化铈CeO2：0.052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，在还原气氛之中，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)
1.一种钽酸盐基蓝色荧光粉，其特征在于：化学式为La2-2xCe2xTa12O33，其中x为Ce3+掺杂的化学计量分数，0.001≤x≤0.05。
2.一种如权利要求1所述的钽酸盐基蓝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)按化学式La2-2xCe2xTa12O33中各元素的化学计量比，其中0.001≤x≤0.05，分别称取含有镧离子La3+的化合物、含有铈离子Ce3+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，在还原气氛中进行煅烧，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所述的钽酸盐基蓝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所述的钽酸盐基蓝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所述的钽酸盐基蓝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；所述的含有铈离子Ce3+的化合物为氧化铈、硝酸铈、三氟化铈、四氟化铈中的一种；所述的含有钽离子Ta5+的化合物为氧化钽、氯化钽中的一种。
6.一种权利要求1所述的钽酸盐基蓝色荧光粉的用途，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所述的钽酸盐基蓝色荧光粉的用途，其特征在于，所述荧光粉在250-375纳米的紫外光激发下，发射出380～550纳米的蓝光，可应用在被紫外光激发的各种照明设备及白光LED的色度调节中。
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| CN109321247B (zh) * | 2018-11-05 | 2021-03-16 | 江苏师范大学 | 一种钬离子掺杂的钽酸盐发光材料及其制备方法与应用 |
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