CN108300468A - 紫外激发稀土掺杂硅磷酸钙荧光粉的制备方法及其产品和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种紫外激发稀土掺杂硅磷酸钙荧光粉的制备方法及其产品和应用，按照化学式Ca5(PO4)2SiO4：Re的化学计量比称取原料，氧化钙、磷酸钙、二氧化硅、稀土氧化物，充分球磨混合得到混合物；将得到的混合物在空气、氧气或氩气一种或其混合气体气氛中加热煅烧；煅烧后球磨、造粒得到稀土掺杂硅磷酸钙荧光粉。本发明荧光粉制备工艺简单，通过在该基质中掺杂不同稀土元素，可以得到在紫外激发下，在可见光谱区域有强烈发射的荧光材料。此荧光粉材料可应用于LED照明、生物荧光标记以及各种显示装置中，由于Ca5(PO4)2SiO4的可降解性可用于体内示踪。
Description
技术领域
本发明属于荧光粉材料领域，具体的说是一种紫外激发稀土掺杂硅磷酸钙荧光粉的制备方法及其产品和应用。属于白光LED照明、生物荧光标记以及各种显示装置中，还可应用于体内示踪。
背景技术
当今世界每年用于照明的能源消耗占全球消耗能源的比例高达20%，在能源短缺、环境恶化的重大挑战下，新一代绿色LED照明光源应运而生，为节能环保带来希望。白光LED照明光源与白炽灯、荧光灯相比具有使用寿命长、效率高、抗恶劣环境、光谱范围宽、绿色环保无污染、节能、安全、体积小等优点。由于本身具有众多优点以及节能，被各国政府所重视，纷纷出台相应的研究计划，如日本的“21世纪光计划”，美国“下一代照明光源计划的半导体照明国家研究规划”，我国也推出了“半导体照明工程”。
在实现白光LED的方式中，LED芯片配合荧光粉转化实现白光LED的方案成为主流。目前广泛使用的是蓝光+黄色荧光粉。然而这种白光LED的效率指标同时受荧光粉和蓝光LED两者的影响，在高的电流下蓝光的电光强度比黄光的电光强度增加得快，随着电流的改变就会导致光谱的不匹配从而导致显色指数偏低。而紫外体系的白光LED不存在以上的情况，紫外体系的白光LED有成本较低、颜色的控制比较容易、色彩均匀度好、显色性好等优点。因此，新型的可被紫外LED有效激发的荧光粉是目前备受关注的方向。
M5(PO4)2SiO4由于稳定的物理化学性能、颗粒尺寸易控而引起关注，它的晶体结构具有四面体和八面体间隙容易容纳稀土金属作为发光中心，因此适合做荧光基体，但其合成温度高（>1300oC）仍是主要面临的主要问题。另外,Ca5(PO4)2SiO4是一种生物材料，在体内容易降解而有望成为生物组织材料，因此可作为体内生物荧光标志或者示踪应用。
发明内容
本发明针对紫外激发的可见光荧光粉显色指数偏低和Ca5(PO4)2SiO4的制备温度高的问题，本发明目的在于提供一种紫外激发稀土掺杂硅磷酸钙荧光粉的制备方法。
本发明的再一目的在于：提供一种上述方法制备的紫外激发稀土掺杂硅磷酸钙荧光粉产品。
本发明的又一目的在于：提供一种上述产品的应用。
本发明目的通过下述方案实现：一种紫外激发稀土掺杂硅磷酸钙荧光粉的制备方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：
(1) 按照化学式 Ca5(PO4)2SiO4：Re的化学计量比称取原料，氧化钙、磷酸钙、二氧化硅、稀土氧化物，充分球磨混合得到混合物；
(2) 将步骤 (1) 中得到的混合物在空气、氧气或氩气一种或其混合气体气氛中加热煅烧；
(3) 煅烧后球磨、造粒得到稀土掺杂硅磷酸钙荧光粉。
Re的掺杂量为0～20%。
步骤(2)中，所述加热煅烧包括以下步骤：将所述混合物移至陶瓷或刚玉舟中，放在可通气的马弗炉中按照设定的温度程序加热煅烧，通空气、氧气或者氩气中的一种或其混合气体，由室温经过100min升温至600～1200℃，保温 2-8 小时，随后降至室温。
该硅磷酸盐荧光粉原料中稀土掺杂方式是氧化物、硝酸盐或碳酸盐。
所用的四种原料均进行表面改性，改性剂为螯合剂多铵。
本发明提供一种紫外激发稀土掺杂硅磷酸钙荧光粉，根据上述任一所述方法制备得到；该硅磷酸钙荧光粉的通式为Ca5(PO4)2SiO4：Re，其中，硅磷酸钙为发光基质，Re为掺杂的稀土发光中心，为铈、铕、铥、钐、饵中的至少一种。
本发明提供一种紫外激发稀土掺杂硅磷酸钙荧光粉在LED照明、生物荧光标记中的应用。
本发明荧光粉制备工艺简单，通过在该基质中掺杂不同稀土元素，可以得到在紫外激发下，制备的发光粉体通过不同稀土掺杂实现全光谱发光，在可见光谱区域有强烈发射的荧光材料。此荧光粉材料可应用于LED照明、生物荧光标记以及各种显示装置中，由于Ca5(PO4)2SiO4的可降解性可用于体内示踪。
本发明采用一步烧结法制备硅磷酸钙荧光粉基质及荧光粉，该方法操作简单、结构易控，烧结温度低，由于基体硅磷酸钙的具有四面体和八面体间隙，稀土离子在较低温度即可容易进去空隙，形成发光中心，稀土种类不同可实现不同颜色的可见光发光。发光特性采用Flog-3荧光光谱仪进行测试。
附图说明
图1为实施例1获得荧光粉体扫描图；
图2 为实施例1的发光光谱。
具体实施方式
本发明通过下面具体实例进行详细的描述，但是本发明的保护范围不受限于这些实施例子。
实施例1
将氧化钙：磷酸钙：二氧化硅按摩尔量比0.5mol:0.2mol:0.1mol称取粉体，随后称取0.02mol的氧化铈球磨混合成均匀的粉体，混合物经过多铵螯合后移至刚玉舟中，放入马弗炉中通入氧气经过100min升温至600℃，保温8小时，随后降至室温。煅烧后球磨、造粒得到稀土掺杂硅磷酸钙荧光粉。发光特性采用Flog-3荧光光谱仪进行测试。图1为获得荧光粉体扫描图和图2 为样品的发光光谱。样品在360nm紫外激发下，在577nm有明显的发射峰，发射峰强度高，具有明显高显示指数特征。
实施例2
将氧化钙：磷酸钙：二氧化硅按摩尔量比0.5mol:0.2mol:0.1mol称取粉体，随后称取0.001mol的碳酸钐球磨混合成均匀的粉体，混合物经过多铵螯合后移至刚玉舟中，放入马弗炉中通入氧气经过100min升温至1000℃，保温2小时，随后降至室温。煅烧后球磨、造粒得到稀土掺杂硅磷酸钙荧光粉。发光特性采用Flog-3荧光光谱仪进行测试。样品在365nm紫外激发下，在450nm有明显的发射峰，发射峰强度高，具有明显高显示指数特征。
实施例3
将氧化钙：磷酸钙：二氧化硅按摩尔量比0.5mol:0.2mol:0.1mol称取粉体，随后称取0.01mol的硝酸铒球磨混合成均匀的粉体，混合物经过多铵螯合后移至陶瓷舟中，放入马弗炉中通入氧气经过100min升温至800℃，保温5小时，随后降至室温。煅烧后球磨、造粒得到稀土掺杂硅磷酸钙荧光粉。发光特性采用Flog-3荧光光谱仪进行测试。样品在370nm紫外激发下，在670nm有明显的发射峰，发射峰强度高，具有明显高显示指数特征。
实施例4
将氧化钙：磷酸钙：二氧化硅按摩尔量比0.5mol:0.2mol:0.1mol称取粉体，随后称取0.01mol的氧化铕球磨混合成均匀的粉体，混合物经过多铵螯合后移至陶瓷舟中，放入马弗炉中通入氧气经过100min升温至800℃，保温5小时，随后降至室温。煅烧后球磨、造粒得到稀土掺杂硅磷酸钙荧光粉。发光特性采用Flog-3荧光光谱仪进行测试。样品在375nm紫外激发下，在652nm有明显的发射峰，发射峰强度高，具有明显高显示指数特征。
Claims (7)
1.一种紫外激发稀土掺杂硅磷酸钙荧光粉的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1) 按照化学式 Ca5(PO4)2SiO4：Re的化学计量比称取原料，氧化钙、磷酸钙、二氧化硅、稀土氧化物，充分球磨混合得到混合物；
(2) 将步骤 (1) 中得到的混合物在空气、氧气或氩气中的一种或其混合气体气氛中加热煅烧；
(3) 煅烧后球磨、造粒得到稀土掺杂硅磷酸钙荧光粉。
2.根据权利要求 1 所述紫外激发稀土掺杂硅磷酸钙荧光粉的制备方法，其特征在于：Re的掺杂量为0～20%。
3.根据权利要求1所述紫外激发稀土掺杂硅磷酸钙荧光粉的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述加热煅烧包括以下步骤：将所述混合物移至陶瓷或刚玉舟中，放在可通气的马弗炉中按照设定的温度程序加热煅烧，通空气、氧气或者氩气中的一种或其混合气体，由室温经过100min升温至600～1200℃，保温 2-8 小时，随后降至室温。
4.根据权利要求1所述紫外激发稀土掺杂硅磷酸钙荧光粉的制备方法，其特征在于：该硅磷酸盐荧光粉原料中稀土掺杂方式是氧化物、硝酸盐或碳酸盐。
5.根据权利要求1所述紫外激发稀土掺杂硅磷酸钙荧光粉的制备方法，其特征在于：所用的四种原料均进行表面改性，改性剂为螯合剂多铵。
6.一种紫外激发稀土掺杂硅磷酸钙荧光粉，其特征在于根据权利要求1至5之任一项所述方法制备得到；该硅磷酸钙荧光粉的通式为Ca5(PO4)2SiO4：Re，其中，硅磷酸钙为发光基质，Re为掺杂的稀土发光中心，为铈、铕、铥、钐、饵中的至少一种。
7.一种根据权利要求6所述紫外激发稀土掺杂硅磷酸钙荧光粉在LED照明、生物荧光标记中的应用。
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| CN114314601A (zh) * | 2020-09-29 | 2022-04-12 | 中国科学院上海硅酸盐研究所苏州研究院 | 一种Eu离子掺杂的硅磷酸钙发光粉体及其制备方法 |
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