CN108559506A - 一种基于紫外光激发的蓝色发光材料及其发光方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于紫外光激发的蓝色发光材料，所述蓝色发光材料是单相发光材料，其化学式为SrLa_1‑xAlO₄:Tm³⁺ _x，其中Tm³⁺为发光中心，x为Tm³⁺掺杂的摩尔数，且0.002≤x≤0.014。本发明提供的蓝色发光材料以化学性能稳定的SrLaAlO₄为发光基质，Tm³⁺为发光中心；Tm³⁺的掺杂量为0.002～0.014，少量的Tm³⁺进入SrLaAlO₄晶体晶格中心后不会改变基质的晶体结构，也不会影响基质的化学稳定性，因此本发明提供的蓝色发光材料稳定性好。本发明还提供了上述蓝色发光材料的发光方法，将所述发光材料置于波长为200～375nm的紫外光下激发，以使得发光材料发蓝光。

Description

一种基于紫外光激发的蓝色发光材料及其发光方法

技术领域

本发明涉及发光材料技术领域，具体涉及一种基于紫外光激发的蓝色发光材料及其发光方法。

背景技术

近年来，白光LED得到关注，成为新一代绿色环保、节能的照明光源。由于W-LED用荧光粉的合成简单，且性能稳定，成本低，发光响应快，因此被越来越多的人研究，而稀土离子掺杂的新型发光材料也随之成为材料科学和照明显示领域的研究热点。

从人类照明历史来看，白光LED被誉为最有可能取代传统照明设备(如白炽灯、日光灯)的第四代照明光源。稀土三基色荧光灯是采用红、蓝、绿三种荧光粉，被照物体颜色纯正、不失真，对环境无污染。但是目前商品化的白光LED的发光效率普遍较低，没有达到标准日光灯所要求的最低效率，需要不断提高芯片的量子效率。同时，国内外的黄色和绿色荧光粉在封装应用中已经很成熟，而蓝色荧光粉的稳定性却远远不能和其他粉相比，因此，开发稳定性好的蓝色荧光粉可以有效提高白光LED发光的质量。

目前商用蓝色荧光粉主要为BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺(简称：BAM)，其在147nm和172nm的真空紫外能被有效激发，主峰波长约为450nm。但是BAM的稳定性较差，在长时间的光照下会产生严重光衰。BAM的发光源于Eu²⁺的跃迁，Eu²⁺由Eu³⁺还原得来，因此在制备的过程中需要保护气氛，还原剂一般为氢气、一氧化碳等，在高温烧结过程中，使用氢气和一氧化碳等气体也存在一定的安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种稳定性好的蓝色发光材料，解决现有技术中蓝色发光材料稳定性差的技术问题。

为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种基于紫外光激发的蓝色发光材料，所述蓝色发光材料是单相发光材料，其化学式为SrLa_1-xAlO₄:Tm³⁺ _x，其中Tm³⁺为发光中心，x为Tm³⁺掺杂的摩尔数，且0.002≤x≤0.014。

本发明的技术方案还提供了上述蓝色发光材料的发光方法，其特征在于，将所述发光材料置于波长为200～375nm的紫外光下激发，以使得发光材料发蓝光。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本技术方案提供的蓝色发光材料是一种单相发光材料，以SrLaAlO₄为发光基质，SrLaAlO₄属于层状钙钛矿结构，具有化学性能稳定和热稳定性良好的特点；将Tm³⁺掺杂到SrLaAlO₄后，由于Tm³⁺具有和La³⁺相同的电负性而占据晶体中La³⁺的格位从而构成发光中心；Tm³⁺的掺杂量为0.002～0.014，少量的Tm³⁺进入SrLaAlO₄晶体晶格中心后不会改变基质的晶体结构，也不会影响基质的化学稳定性和热稳定性，因此本技术方案提供的蓝色发光材料的稳定性好；将Tm³⁺掺杂到SrLaAlO₄后，Tm³⁺会产生电子跃迁，由¹D₂→³F₄跃迁，此时会形成波长分布在200～375nm之间的线状光谱，当选择激发波长为200～375nm的紫外光激发该发光材料，该发光材料会发蓝光。本发明提供的发光材料是发光效果良好的单相蓝色发光材料，且稳定性好。本发明的蓝色发光材料可作为白光LED中的蓝光部分，也可用于家用或商用蓝色景观照明、显示、背投等。

附图说明

图1为实施例1～7中SrLa_1-xAlO₄:Tm³⁺ _x在激发波长为359nm时的发射光谱图；

图2为实施例4中合成的产品SrLa_0.992AlO₄:Tm³⁺ _0.008的XRD图；

图3为实施例4中合成的产品SrLa_0.992AlO₄:Tm³⁺ _0.008在监测波长为458nm的激发光谱图；

图4为实施例4中合成的产品SrLa_0.992AlO₄:Tm³⁺ _0.008在激发波长为359nm时的发射光谱图；

图5为实施例4中合成的产品SrLa_0.992AlO₄:Tm³⁺ _0.008的色坐标图。

具体实施方式

本实施例提供了一种基于紫外光激发的蓝色发光材料，所述蓝色发光材料是单相发光材料，其化学式为SrLa_1-xAlO₄:Tm³⁺ _x，其中Tm³⁺为发光中心，x为Tm³⁺掺杂的摩尔数，且0.002≤x≤0.014。

本实施例提供的蓝色发光材料是通过溶液燃烧法合成的，具体的合成步骤如下：

(1)按SrLa_1-xAlO₄:Tm³⁺ _x的化学计量比称取适量的硝酸锶、九水合硝酸铝、氧化镧和氧化铥，用浓硝酸将上述几种原料配制成含Sr²⁺、La³⁺、Al³⁺和Tm³⁺的硝酸盐混合溶液。再向上述硝酸盐混合溶液中加入有机燃料和络合剂，搅拌混合均匀，有机燃料与硝酸盐混合溶液中Sr²⁺的摩尔比为1～6：1，有机燃料与硝酸盐混合溶液中Sr²⁺的最佳摩尔比为4：1；络合剂和有机燃料的摩尔比为3～5:1，络合剂和有机燃料的最佳摩尔比为4：1；

有机燃料在燃烧的过程中会释放大量的热量并完全分解、挥发，不会产生有毒物质，可以为尿素、柠檬酸和氨基乙酸中的至少一种。

络合剂能使硝酸盐混合溶液中的金属离子分散的更加均匀，在燃烧的过程中会膨胀，生成疏松的产物，可以避免产物团聚，且燃烧后的络合剂中的元素全部以无毒无害的气体形式释放。络合剂可以为乙二醇、聚乙二醇或两者的混合物。

(2)将步骤(1)中的硝酸盐混合溶液、有机燃料和络合剂的混合物在800～900℃的空气气氛下进行燃烧反应，反应完成后，冷却至室温即得到SrLa_1-xAlO₄:Tm³⁺ _x。

进行燃烧反应时，可以将硝酸盐混合溶液、有机燃料和络合剂的混合物从室温缓慢升温至800～900℃后停止反应；还可以等反应器中的温度升温至800～900℃后，保持温度恒定不变，然后将硝酸盐混合溶液、有机燃料和络合剂的混合物放入反应器，然后直接在800～900℃下反应，直至混合物燃烧完全后停止反应。

硝酸盐混合溶液、有机燃料和络合剂的最佳燃烧反应温度为800℃，在此温度下合成的产品的纯度更高，晶相更完整。

利用溶液燃烧法合成蓝色发光材料，为纳米级别的颗粒，颗粒尺寸小适合不同结构、尺寸、形状的光学器件。

本实施例还提供了上述蓝色发光材料的发光方法，将上述发光材料置于波长为200～375nm的紫外光下激发，以使得发光材料发蓝光。

当将上述发光材料置于348～375nm的紫外光下激发，发光材料发蓝光强度较大；当将上述发光材料置于359nm的紫外光激发下，发光材料发蓝光强度最大。

下面将结合具体实施例对本发明提供的基于紫外光激发的蓝色发光材料及其发光方法予以进一步说明。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施例1：

本发明的实施例1提供了一种基于紫外光激发的蓝色发光材料，其化学式为SrLa_0.998AlO₄:Tm³⁺ _0.002，x为0.002，其制备方法如下：

按SrLa_0.998AlO₄:Tm³⁺ _0.002的化学计量比称取一定量的硝酸锶、九水合硝酸铝、氧化镧和氧化铥，用浓硝酸将上述几种原料配制成含Sr²⁺、La³⁺、Al³⁺和Tm³⁺的硝酸盐混合溶液。再向上述硝酸盐混合溶液中加入尿素和乙二醇，尿素的用量为硝酸盐混合溶液中Sr²⁺摩尔量的4倍，乙二醇用量为尿素摩尔量的4倍；将硝酸盐混合溶液、尿素和乙二醇的混合液在电磁搅拌器上混合均匀后装入瓷坩埚，将高温电阻炉升温至800℃，保持温度恒定不变，然后将瓷坩埚放入800℃的高温电阻炉内进行燃烧反应，待混合液燃烧完全后停止反应，取出瓷坩埚，将反应产物自然冷却至室温即得到所需材料。

本实施例合成的产物的X射线衍射峰数据与SrLaAlO₄的PDF标准卡#24-1125的衍射数据高度吻合。所得产品在监测波长为458nm时，其激发波长范围为200～375nm，且在波长为348～375nm时，发光强度比较高，其激发峰值为359nm。本实施例制得的SrLa_0.998AlO₄:Tm³⁺ _0.002在波长为359nm时的发射光谱图见图1。

实施例2：

本发明的实施例2提供了一种基于紫外光激发的蓝色发光材料，其化学式为SrLa_0.996AlO₄:Tm³⁺ _0.004，x为0.004，制备方法与实施例1相同，区别仅在于按SrLa_0.996AlO₄:Tm^{3 +} _0.004的化学计量比称取原料。

本实施例合成的产物的X射线衍射峰数据与SrLaAlO₄的PDF标准卡#24-1125的衍射数据高度吻合。所得产品在监测波长为458nm时，其激发波长范围为200～375nm，且在波长为348～375nm时，发光强度比较高，其激发峰值为359nm。本实施例制得的SrLa_0.996AlO₄:Tm³⁺ _0.004在波长为359nm时的发射光谱图见图1。

实施例3：

本发明的实施例3提供了一种基于紫外光激发的蓝色发光材料，其化学式为SrLa_0.994AlO₄:Tm³⁺ _0.006，x为0.006，制备方法与实施例1相同，区别仅在于按SrLa_0.994AlO₄:Tm^{3 +} _0.006的化学计量比称取原料。

本实施例合成的产物的X射线衍射峰数据与SrLaAlO₄的PDF标准卡#24-1125的衍射数据高度吻合。所得产品在监测波长为458nm时，其激发波长范围为200～375nm，且在波长为348～375nm时，发光强度比较高，其激发峰值为359nm。本实施例制得的SrLa_0.994AlO₄:Tm³⁺ _0.006在波长为359nm时的发射光谱图见图1。

实施例4：

本发明的实施例4提供了一种基于紫外光激发的蓝色发光材料，其化学式为SrLa_0.992AlO₄:Tm³⁺ _0.008，x为0.008，制备方法与实施例1相同，区别仅在于按SrLa_0.992AlO₄:Tm^{3 +} _0.008的化学计量比称取原料。

本实施例制得的SrLa_0.992AlO₄:Tm³⁺ _0.008在波长为359nm时的发射光谱图见图1。

对合成的产物进行X射线衍射分析，分析结果见图2。由图2可以看出，本实施例合成的产物的X射线衍射峰数据与SrLaAlO₄的PDF标准卡#24-1125的衍射数据高度吻合，表明本实施例的产品为单相产品，少量Tm³⁺进入SrLaAlO₄晶体晶格中心后不会改变基质的晶体结构。

图3为本实施例制得的SrLa_0.992AlO₄:Tm³⁺ _0.008在监测波长为458nm时的激发光谱图。由图3可以看出其激发波长范围为200～375nm，且在波长为348～375nm时，发光强度比较高，其激发峰值为359nm，是源于³H₆→¹D₂跃迁。

图4为本实施例制得的SrLa_0.992AlO₄:Tm³⁺ _0.008在激发波长为359nm时的发射光谱图，此图为图1中的一部分，与图1中x＝0.008的发射光谱线相同。由图4可以看出SrLa_0.992AlO₄:Tm³⁺ _0.008在波长为400～700nm的范围内只有一个尖峰发射光谱，该尖峰发射光谱谱线的峰值位于458nm处，处于蓝光波长范围内，说明本实施例合成的SrLa_0.992AlO₄:Tm³⁺ _0.008为单色发光，其发光源于Tm³⁺的¹D₂→³F₄跃迁。

图5为本实施例合成的产品的色坐标图，该产品的色坐标为(0.166,0.084)，位于CIE1931色度图的蓝色光区。

实施例5：

本发明的实施例5提供了一种基于紫外光激发的蓝色发光材料，其化学式为SrLa_0.99AlO₄:Tm³⁺ _0.01，x为0.01，制备方法与实施例1相同，区别仅在于按SrLa_0.99AlO₄:Tm^{3 +} _0.01的化学计量比称取原料。

本实施例合成的产物的X射线衍射峰数据与SrLaAlO₄的PDF标准卡#24-1125的衍射数据高度吻合。所得产品在监测波长为458nm时，其激发波长范围为200～375nm，且在波长为348～375nm时，发光强度比较高，其激发峰值为359nm。本实施例制得的SrLa_0.99AlO₄:Tm³⁺ _0.01在波长为359nm时的发射光谱图见图1。

实施例6：

本发明的实施例6提供了一种基于紫外光激发的蓝色发光材料，其化学式为SrLa_0.988AlO₄:Tm³⁺ _0.012，x为0.012，制备方法与实施例1相同，区别仅在于按SrLa_0.988AlO₄:Tm^{3 +} _0.012的化学计量比称取原料。

本实施例合成的产物的X射线衍射峰数据与SrLaAlO₄的PDF标准卡#24-1125的衍射数据高度吻合。所得产品在监测波长为458nm时，其激发波长范围为200～375nm，且在波长为348～375nm时，发光强度比较高，其激发峰值为359nm。本实施例制得的SrLa_0.988AlO₄:Tm³⁺ _0.012在波长为359nm时的发射光谱图见图1。

实施例7：

本发明的实施例7提供了一种基于紫外光激发的蓝色发光材料，其化学式为SrLa_0.986AlO₄:Tm³⁺ _0.014，x为0.014，制备方法与实施例1相同，区别仅在于按SrLa_0.986AlO₄:Tm^{3 +} _0.014的化学计量比称取原料。

本实施例合成的产物的X射线衍射峰数据与SrLaAlO₄的PDF标准卡#24-1125的衍射数据高度吻合。所得产品在监测波长为458nm时，其激发波长范围为200～375nm，且在波长为348～375nm时，发光强度比较高，其激发峰值为359nm。本实施例制得的SrLa_0.986AlO₄:Tm³⁺ _0.014在波长为359nm时的发射光谱图见图1。

图1为SrLa_1-xAlO₄:Tm³⁺ _x在激发波长为359nm时的发射光谱图；由图1可以看出，在激发波长为359nm时，不论x值为多少，SrLa_1-xAlO₄:Tm³⁺ _x的发射光谱谱线的峰值均位于458nm处，处于蓝光波长范围内，且随着x值增大，SrLa_1-xAlO₄:Tm³⁺ _x的发光强度先增大后减小，当0.008≤x≤0.012时，SrLa_1-xAlO₄:Tm³⁺ _x的发光强度比较强，且当x为0.008时，该发光材料的发光强度最大，该发光材料的化学式为SrLa_0.992AlO₄:Tm³⁺ _0.008。当Tm³⁺掺杂量比较少时，随着Tm³⁺含量增加，发光材料的发光中心的数目不断增加，发光强度不断增加，当Tm³⁺浓度高于0.008时，会产生浓度猝灭，使该发光材料的发光强度减弱。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于紫外光激发的蓝色发光材料，其特征在于，所述蓝色发光材料是单相发光材料，其化学式为SrLa_1-xAlO₄:Tm³⁺ _x，其中Tm³⁺为发光中心，x为Tm³⁺掺杂的摩尔数，且0.002≤x≤0.014。

2.根据权利要求1所述的基于紫外光激发的蓝色发光材料，其特征在于，0.008≤x≤0.012。

3.根据权利要求1所述的基于紫外光激发的蓝色发光材料，其特征在于，x为0.008。

4.一种如权利要求1所述的蓝色发光材料的发光方法，其特征在于，将所述发光材料置于波长为200～375nm的紫外光下激发，以使得发光材料发蓝光。

5.根据权利要求4所述的蓝色发光材料的发光方法，其特征在于，将所述发光材料置于波长为348～375nm的紫外光下激发，以使得发光材料发蓝光。

6.根据权利要求4所述的蓝色发光材料的发光方法，其特征在于，将所述发光材料置于波长为359nm的紫外光下激发，以使得发光材料发蓝光。

7.根据权利要求6所述的蓝色发光材料的发光方法，其特征在于，当0.008≤x≤0.012时，将所述荧光粉置于359nm的紫外光下激发，以使得发光材料发蓝光。

8.根据权利要求7所述的蓝色发光材料的发光方法，其特征在于，当x为0.008时，将所述荧光粉置于359nm的紫外光下激发，以使得发光材料发蓝光。