CN109021975A - 一种镨掺杂三硼酸钇锶基红色荧光粉及其制备方法 - Google Patents

一种镨掺杂三硼酸钇锶基红色荧光粉及其制备方法 Download PDF

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郑金乐
任强
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Abstract

本发明公开了一种镨掺杂三硼酸钇锶基红色荧光粉及其制备方法，其化学通式为：Sr3Y1‑x(BO3)3∶xPr，其中0.01≤x≤0.2。可以被近紫外或蓝光有效激发，发出色纯度高的红光。本发明是基于固相合成法来制备红色荧光粉，在空气气氛下制备，工艺简单，重现性好，制备周期短，无污染物排放，环境友好，易于操作和工业化生产。

Description

一种镨掺杂三硼酸钇锶基红色荧光粉及其制备方法
技术领域
本发明属于LED用荧光粉技术领域，涉及一种镨掺杂三硼酸钇锶基红色荧光粉及其制备方法。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode，LED)被公认为是二十一世纪的新光源，具有节能、响应快、绿色环保、寿命长、体积小、发光效率高等诸多优点，在照明和显示领域有着巨大的应用前景。
目前，商用白光LED产生白光主要是通过GaIn基芯片产生的蓝光激发YAG:Ce3+荧光粉，但是产生的白光缺少红色成分，导致其显色性指数较低(Ra<80)，相关色温较高(CCT>7000K)，仅可满足普通的照明要求。在近紫外LED芯片上涂覆红绿蓝三色荧光粉，以近紫外光激发蓝色、绿色、红色荧光粉形成蓝光、绿光、红光组合也可以发出白光。这种方法不仅可以克服传统白光LED存在的问题，还容易控制发光的颜色。Pr3+经常作为一种红光发射的激活剂，可以在近紫外或蓝光激发下发射红光。所以，Pr3+掺杂荧光粉的发射光可以作为白光LED的红色成分。因此，研究能被近紫外、蓝光有效激发，发光强度高、纯度好的镨掺杂三硼酸钇锶基红光荧光粉具有很好的实际应用价值。
发明内容
本发明的目的是提供一种镨掺杂三硼酸钇锶基红色荧光粉及其制备方法，解决传统白光LED中存在的红色荧光粉显色指数低，色温高等问题。
本发明所采用的技术方案是，
一种镨掺杂三硼酸钇锶基红色荧光粉，该荧光粉的化学通式为Sr3Y1-x(BO3)3∶xPr，其中0.01≤x≤0.2。
该荧光粉的激发光谱在300～320nm，主要激发峰在309nm附近，其发射光谱在610～640nm，主峰在619nm附近。
所述的荧光粉能够在近紫外或蓝光激发下发出红光。
一种镨掺杂三硼酸钇锶基红色荧光粉及其制备方法，包括以下步骤：
(1)按照荧光粉的化学结构式Sr3Y1-x(BO3)3∶xPr的摩尔配比量，分别称取含有Sr、Y、B、Pr元素的化合物作为原料，将称取的原料充分研磨并混合均匀；
(2)将均匀的原料在空气氛下，于1200℃-1300℃下煅烧5-8小时；
(3)煅烧完成后，冷却至室温后取出，充分研磨粉碎，得到Pr3+掺杂三硼酸钇锶荧光粉Sr3Y1-x(BO3)3∶xPr，其中0.01≤x≤0.2。
所述的含有Sr、Y、B、Pr元素的化合物，分别为SrCO3、Y2O3、H3BO3、Pr6O11。
所述煅烧是在SX3-10-14型快速升温电阻炉中进行，在空气气氛下，从室温以5～10℃/min的升温速率升至1200℃-1300℃，保温5-8h，之后随炉冷却。
所述的原料的研磨、煅烧后的研磨其研磨时间为20～60min。
本发明的有益效果是:
本发明提供的以Sr3Y(BO3)3为基质的荧光粉属于三硼酸盐，其结构中含有1个非BO3 3-“自由氧”原子，并且可以沿着稀土离子链形成一维能量传递，因此，该基体能够与稀土离子产生有效的能量转换。三硼酸盐荧光粉有很强的激发光谱，且都在紫外区有一个很强的激发峰，因而发光强度比较高。所以Sr3Y(BO3)3能够作为良好的荧光粉基体材料。通过掺杂激活离子Pr3+，可在近紫外(309nm)激发下获得主峰位于619nm附近发光强度较强、色纯度较高的红光。本发明制备得到的Sr3Y(BO3)3基荧光粉化学性质稳定，发光性能好，发光强度高，显色性好，可满足白光LED照明领域的应用要求。本发明制备的荧光粉适合近紫外或蓝光激发，发射峰位位于619nm，色坐标位于红光区域(x＝0.696，y＝0.304)，与近紫外芯片和蓝光芯片的发光二极管匹配，说明本发明制备的荧光粉是一种发光性能优良的红色荧光粉。
本发明提供的镨掺杂三硼酸钇锶基红色荧光粉的制备方法，其制备方法是基于固相合成法来制备的，操作性强，在空气气氛下制备，升温过程简单，制备方法简单易行，重现性好，制备周期短。
附图说明
图1是实施例3制备得到的Sr3Y0.96(BO3)3∶0.06Pr荧光粉和Sr3Y(BO3)3基体的X射线衍射图谱与Ba3Dy(BO3)3标准卡片(PDF#50-0098)对比图；
图2是实施例3制备得到的Sr3Y0.96(BO3)3∶0.06Pr荧光粉的激发光谱和发射光谱；
图3是实施例3制备得到的Sr3Y0.96(BO3)3∶0.06Pr荧光粉的CIE色坐标图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种镨掺杂三硼酸钇锶基红色荧光粉及其制备方法，具体按照以下步骤实施：
(1)按照荧光粉的化学结构式Sr3Y1-x(BO3)3∶xPr的摩尔配比量，分别称取含有Sr、Y、B、Pr元素的化合物作为原料，将称取的原料充分研磨并混合均匀；
(2)将均匀的原料在空气氛下，于1200-1300℃下煅烧5-8小时；
(3)煅烧完成后，冷却至室温后取出，充分研磨粉碎，得到Pr3+掺杂三硼酸钇锶荧光粉Sr3Y1-x(BO3)3∶xPr，其中0.01≤x≤0.15。
本发明一种镨掺杂三硼酸钇锶基红色荧光粉及其制备方法，采用固相法来制备，其发光强度高，工艺简单，操作性强，制备周期短。
实施例1
按化学式Sr3Y0.99(BO3)3∶0.01Pr的化学计量配比，用电子天平分别准确称取SrCO3、Y2O3、H3BO3、Pr6O11，其中稀土氧化物的纯度为99.99％，其余均为分析纯。将上述原料进行研磨混合均匀后，装入刚玉坩埚，置于快速升温电阻炉中，在空气气氛以5℃/min的升温速率升至1200℃，保温5小时，然后随炉冷却，待样品冷却至室温。取出样品再次研磨粉碎，即得到Pr3+掺杂三硼酸钇锶红色荧光粉。
实施例2
按化学式Sr3Y0.98(BO3)3∶0.02Pr的化学计量配比，用电子天平分别准确称取SrCO3、Y2O3、H3BO3、Pr6O11，其中稀土氧化物的纯度为99.99％，其余均为分析纯。将上述原料进行研磨混合均匀后，装入刚玉坩埚，置于快速升温电阻炉中，在空气气氛以8℃/min的升温速率升至1200℃，保温5小时，然后随炉冷却，待样品冷却至室温。取出样品再次研磨粉碎，即得到Pr3+掺杂三硼酸钇锶红色荧光粉。
实施例3
按化学式Sr3Y0.96(BO3)3∶0.06Pr的化学计量配比，用电子天平分别准确称取SrCO3、Y2O3、H3BO3、Pr6O11，其中稀土氧化物的纯度为99.99％，其余均为分析纯。将上述原料进行研磨混合均匀后，装入刚玉坩埚，置于快速升温电阻炉中，在空气气氛以10℃/min的升温速率升至1250℃，保温5小时，然后随炉冷却，待样品冷却至室温。取出样品再次研磨粉碎，即得到Pr3+掺杂三硼酸钇锶红色荧光粉。
图1是本实施例3制备的Sr3Y0.96(BO3)3∶0.06Pr荧光粉和Sr3Y(BO3)3基体的X射线衍射图谱与Ba3Dy(BO3)3标准卡片(PDF#50-0098)对比图。目前PDF卡片库中没有发现Sr3Y(BO3)3的标准卡片，但是找到与这种物质的晶体结构比较相近的Ba3Dy(BO3)3标准卡片PDF#50-0098作为样品衍射图谱分析的标准卡片。可以发现主要衍射峰都与Ba3Dy(BO3)3的标准卡片对应，但都向大衍射角度方向有一点偏移。原因在于Sr和Ba的离子半径不同导致向大角度偏移；Y和Dy的离子半径非常接近对衍射角的影响很小。从图中可看出，物相纯度高，结晶度好，掺杂前后主晶相未发生明显变化。
图2是本实施例3制备的Sr3Y0.96(BO3)3∶0.06Pr荧光粉的激发光谱和发射光谱。该荧光粉的激发光谱在300～320nm，主要激发峰在309nm附近，其发射光谱在610～640nm，发射峰位于619nm，主峰在603nm附近。由此可见，该荧光粉可被近紫外光有效激发而发出红光，可应用于白光LED。
图3为本实施例3制备的Sr3Y0.96(BO3)3∶0.06Pr荧光粉的CIE色坐标图。色坐标位于红光区域(x＝0.696，y＝0.304)说明本发明制备的荧光粉是一种发光性能优良的红色荧光粉。
实施例4
按化学式Sr3Y0.9(BO3)3∶0.1Pr的化学计量配比，用电子天平分别准确称取SrCO3、Y2O3、H3BO3、Pr6O11，其中稀土氧化物的纯度为99.99％，其余均为分析纯。将上述原料进行研磨混合均匀后，装入刚玉坩埚，置于快速升温电阻炉中，在空气气氛以10℃/min的升温速率升至1250℃，保温7小时，然后随炉冷却，待样品冷却至室温。取出样品再次研磨粉碎，即得到Pr3+掺杂三硼酸钇锶红色荧光粉。
实施例5
按化学式Sr3Y0.8(BO3)3∶0.2Pr的化学计量配比，用电子天平分别准确称取SrCO3、Y2O3、H3BO3、Pr6O11，其中稀土氧化物的纯度为99.99％，其余均为分析纯。将上述原料进行研磨混合均匀后，装入刚玉坩埚，置于快速升温电阻炉中，在空气气氛以10℃/min的升温速率升至1300℃，保温8小时，然后随炉冷却，待样品冷却至室温。取出样品再次研磨粉碎，即得到Pr3+掺杂三硼酸钇锶红色荧光粉。

Claims (7)

1.一种镨掺杂三硼酸钇锶基红色荧光粉，其特征在于，该荧光粉的化学通式为Sr3Y1-x(BO3)3∶xPr，其中0.01≤x≤0.2。
2.如权利要求1所述的镨掺杂三硼酸钇锶基红色荧光粉，其特征在于，该荧光粉的激发光谱在300～320nm，主要激发峰在309nm附近，其发射光谱在610～640nm，主峰在619nm附近。
3.如权利要求2所述的镨掺杂三硼酸钇锶基红色荧光粉，其特征在于，所述的荧光粉能够在近紫外或蓝光激发下发出红光。
4.一种镨掺杂三硼酸钇锶基红色荧光粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按照荧光粉的化学结构式Sr3Y1-x(BO3)3∶xPr的摩尔配比量，分别称取含有Sr、Y、B、Pr元素的化合物作为原料，将称取的原料充分研磨并混合均匀；
(2)将均匀的原料在空气氛下，于1200℃-1300℃下煅烧5-8小时；
(3)煅烧完成后，冷却至室温后取出，充分研磨粉碎，得到Pr3+掺杂三硼酸钇锶荧光粉Sr3Y1-x(BO3)3∶xPr，其中0.01≤x≤0.2。
5.如权利要求4所述的镨掺杂三硼酸钇锶基红色荧光粉的制备方法，其特征在于，所述的含有Sr、Y、B、Pr元素的化合物，分别为SrCO3、Y2O3、H3BO3、Pr6O11。
6.如权利要求4所述的镨掺杂三硼酸钇锶基红色荧光粉的制备方法，其特征在于，所述煅烧，在快速升温电阻炉中进行，在空气气氛下，从室温以5～10℃/min的升温速率升至1200℃-1300℃，保温5-8h，之后随炉冷却。
7.如权利要求4所述的镨掺杂三硼酸钇锶基红色荧光粉的制备方法，其特征在于，所述原料的研磨及煅烧后样品的研磨，其研磨时间为20～60min。
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