CN109266345A - 一种稀土离子双掺杂的单基质磷酸盐白光荧光粉及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种稀土离子双掺杂的单基质磷酸盐白光荧光粉及其制备方法，该白光荧光粉以磷酸盐为基质材料，共掺复合三价镝离子和铕离子，其化学组成通式为：A(B_1‑x‑yDy_xEu_y)(PO₃)₄，其中，A为碱金属元素Li或Na，B为稀土元素Y或Lu，x为Dy³⁺掺杂Y或Lu位的摩尔百分数，y为Eu³⁺掺杂Y或Lu位的摩尔百分数，0.01≤x/y≤0.5；采用溶胶凝胶法制备得到。本发明提供的制备方法工艺简单，工程可控，成本低廉，绿色环保，制得的磷酸盐荧光粉为纯相，能被近紫外光高效激发，获得显色指数较高的白光发射，可应用在白光LED照明领域中。

Description

一种稀土离子双掺杂的单基质磷酸盐白光荧光粉及其制备 方法

技术领域

本发明属于稀土发光材料技术领域，涉及一种磷酸盐荧光粉，具体涉及一种稀土离子双掺杂的单基质磷酸盐白光荧光粉及其制备方法。

背景技术

近年来，随着LED技术的不断发展，其发光效率也在逐步提高，特别是大功率白光LED的出现，LED可以在实际生活中代替传统光源使用，比如高功率的汽车大灯、路面照明灯、液晶显示屏背光灯等，这些应用的产生无疑加快了LED取代传统照明光源的速度。与传统照明光源相比，白光LED存在诸多优势：体积小、能耗低、寿命长、效率高等，因此被誉为第四代照明光源。

目前白光LED成熟的方案主要采用InGaN芯片(370～410nm)和YAG：Ce³⁺黄色荧光粉组合，利用透镜原理将芯片发出的蓝光和荧光粉发出的黄光混合出白光。目前为止，上述方案虽然存在较为完善的商用生产线，但方案本身却存在以下突出的缺陷：一方面，由于蓝光芯片的发光角度较小，会造成LED在发光的各个方向上强度分布不均匀，容易造成眩光，严重影响照明质量；另一方面，由于方案本身缺乏红色发光成分，使得LED发出的白光具有较低的显色指数和较高的相关色温。因此，开发新型高效稳定的白光LED用荧光粉成了目前研究的热点之一。

在众多的白光LED用荧光粉中，以磷酸盐为基质的荧光粉得到了广泛的研究与探讨。磷酸盐体系的荧光粉具有较好的吸收能力，较高的转换效率，很强的发射能力，是一类性能良好的荧光粉，以磷酸盐为基质的荧光材料在制灯行业广泛使用。此外由于该种材料制备方法简单，合成温度较低，且制备后的荧光粉物理化学性质稳定等优点，该类荧光粉具有更大的发展空间以及应用前景。

目前，商用白光LED用荧光粉制作工艺较为成熟，但仍存在以下缺陷：①短波长的蓝光激发荧光粉产生长波长的黄光，存在能量损耗，使得LED效率降低，并且由于各个方向发光强度的不同，严重影响照明质量；②由于缺少红光部分，不易实现低色温，使得荧光粉显色指数偏低。因此，本领域迫切需要开发一种能有效克服现有荧光粉缺点的荧光材料。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种稀土离子双掺杂的单基质磷酸盐白光荧光粉，能被近紫外光高效激发，且化学稳定性好，显色指数高。

本发明的目的之二是提供上述稀土离子双掺杂的单基质磷酸盐白光荧光粉的制备方法，工艺简单，产品质量可控。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种稀土离子双掺杂的单基质磷酸盐白光荧光粉，以磷酸盐为基质材料，共掺复合三价镝离子和铕离子，其化学组成通式为：A(B_1-x-yDy_xEu_y)(PO₃)₄，其中，A为碱金属元素Li或Na，B为稀土元素Y或Lu，x为Dy³⁺掺杂Y或Lu位的摩尔百分数，y为Eu³⁺掺杂Y或Lu位的摩尔百分数，0.01≤x/y≤0.5。

该荧光粉在近紫外光激发下发射主波长为482nm、574nm、592nm和614nm，发光颜色为白光。

在荧光粉中，稀土掺杂离子Dy³⁺和Eu³⁺占据Y或Lu的格位，在紫外光激发下，Dy³⁺主要对应⁴F_9/2→⁶H_15/2和⁴F_9/2→⁶H_13/2跃迁的蓝光和黄光发射，分别为482nm和574nm；Eu³⁺主要对应⁵D₀→⁷F₁和⁵D₀→⁷F₂跃迁的黄光和红光，分别为592nm和614nm，并且在实际的激发中，Dy^{3 +}和Eu³⁺之间存在能量的交叉弛豫，Dy³⁺的能量会传递给Eu³⁺，进一步加强其红光部分的发射强度，因此只要把基质中Dy³⁺和Eu³⁺的摩尔百分比的比值控制在0.01≤x/y≤0.5，不仅能实现显色指数较高的白光发射，而且由于掺杂离子间交叉弛豫的存在能进一步增强其发光的量子效率。

本发明还提供上述稀土离子双掺杂的单基质磷酸盐白光荧光粉的制备方法，采用溶胶凝胶法，具体包括以下步骤：

(1)按化学通式A(B_1-x-yDy_xEu_y)(PO₃)₄，A＝Li或Na，B＝Y或Lu中各元素的化学计量比，分别称取相应质量的ANO₃、B(NO₃)₃、Dy(NO₃)₃、Eu(NO₃)₃和含P的化合物，作为原料，并置于盛有去离子水的容器中，搅拌直至溶解完全，其中，x为Dy³⁺掺杂的摩尔百分数，y为Eu³⁺掺杂的摩尔百分数，0.01≤x/y≤0.5，A离子在水溶液中的浓度为0.05～0.2mol/L，随后加入尿素并充分搅拌均匀，尿素在水溶液中的浓度为0.5～1mol/L，得到混合溶液；

(2)对步骤(1)得到的混合溶液立刻进行pH值滴定，pH值保持在5～7；

(3)将步骤(2)得到的混合溶液放入电阻炉中烘焙，温度为80～90℃，直到获得蜂窝状前驱体；

(4)将步骤(3)得到的前驱体放入高温电阻炉中煅烧，温度为700～800℃，时间为10～15min；

(5)待步骤(4)中的产物自然冷却至室温后取出，研磨成粉即得到所需荧光粉。

优选的，步骤(1)中所述含P的化合物为磷酸二氢铵或磷酸氢二铵。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明提供的磷酸盐荧光粉，能被近紫外光高效激发，稀土掺杂离子Dy³⁺和Eu^{3 +}取代基质中Y或Lu离子格位，因此只要把基质中Dy³⁺和Eu³⁺的摩尔百分比的比值控制在0.01≤x/y≤0.5，并且由于Eu³⁺所发的光补充了现商用方案中所缺失的红光成分，获得了显色指数较高的白光发射，可应用于白光LED照明领域中。

(2)本发明采用稀土离子Dy³⁺和Eu³⁺作为发光离子，在光致发光时，通过交叉弛豫的方式Dy³⁺离子将能量传递给Eu³⁺离子，从而增强了Eu³⁺的发光强度，有效地提高了量子效率和整体发光强度。

(3)本发明制备工艺简单，工程可控，成本低廉，制得的荧光粉为纯相，化学稳定性好，适用于工业化生产，反应过程无工业三废，绿色环保。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1制备LiY_0.85Dy_0.05Eu_0.1(PO₃)₄

按照化学式LiY_0.85Dy_0.05Eu_0.1(PO₃)₄中各元素的化学计量比，分别称取6.895gLiNO₃、23.368g Y(NO₃)₃、1.743g Dy(NO₃)₃、3.38g Eu(NO₃)₃和46.01g NH₄H₂PO₄，作为原料，并置于盛有去离子水的容器中，搅拌直至溶解完全，保证Li离子在溶液中的浓度为0.05mol/L；随后加入尿素并充分搅拌均匀，尿素在水溶液中的浓度为0.5mol/L；接着将得到的混合溶液进行pH值滴定，pH值保持为5；随后将混合溶液放入温度为80℃电阻炉中烘焙，直至获得蜂窝状前驱体；最后把前驱体放入高温电阻炉中煅烧，温度为700℃，时间为10min；待产物自然冷却至室温后取出，用玛瑙研钵研磨成粉即得到所需荧光粉。

将所制得的荧光粉样品进行荧光光谱(FL3-221,HOROBA,Jobin Yvon,France)测试，在近紫外363nm激发下粉体的发射峰主要位于482nm、574nm、592nm和614nm处，发光颜色为白色。

实施例2制备LiY_0.78Dy_0.02Eu_0.2(PO₃)₄

按照化学式LiY_0.78Dy_0.02Eu_0.2(PO₃)₄中各元素的化学计量比，分别称取6.895gLiNO₃、21.444g Y(NO₃)₃、0.697g Dy(NO₃)₃、6.76g Eu(NO₃)₃和52.8g(NH₄)₂HPO₄，作为原料，并置于盛有去离子水的容器中，搅拌直至溶解完全，保证Li离子在溶液中的浓度为0.1mol/L；随后加入尿素并充分搅拌均匀，尿素在水溶液中的浓度为0.6mol/L；接着将得到的混合溶液进行pH值滴定，pH值保持为6；随后将混合溶液放入温度为90℃电阻炉中烘焙，直至获得蜂窝状前驱体；最后把前驱体放入高温电阻炉中煅烧，温度为800℃，时间为15min；待产物自然冷却至室温后取出，用玛瑙研钵研磨成粉即得到所需荧光粉。

将所制得的荧光粉样品进行荧光光谱(FL3-221,HOROBA,Jobin Yvon,France)测试，在近紫外363nm激发下粉体的发射峰主要位于482nm、574nm、592nm和614nm处，发光颜色为白色。

实施例3制备NaY_0.895Dy_0.05Eu_0.1(PO₃)₄

按照化学式NaY_0.85Dy_0.05Eu_0.1(PO₃)₄中各元素的化学计量比，分别称取8.499gNaNO₃、24.605g Y(NO₃)₃、0.174g Dy(NO₃)₃、3.38g Eu(NO₃)₃和46.01g NH₄H₂PO₄，作为原料，并置于盛有去离子水的容器中，搅拌直至溶解完全，保证Na离子在溶液中的浓度为0.2mol/L；随后加入尿素并充分搅拌均匀，尿素在水溶液中的浓度为1mol/L；接着将得到的混合溶液进行pH值滴定，pH值保持为7；随后将混合溶液放入温度为80℃电阻炉中烘焙，直至获得蜂窝状前驱体；最后把前驱体放入高温电阻炉中煅烧，温度为700℃，时间为10min；待产物自然冷却至室温后取出，用玛瑙研钵研磨成粉即得到所需荧光粉。

将所制得的荧光粉样品进行荧光光谱(FL3-221,HOROBA,Jobin Yvon,France)测试，在近紫外363nm激发下粉体的发射峰主要位于482nm、574nm、592nm和614nm处，发光颜色为白色。

实施例4制备NaLu_0.67Dy_0.03Eu_0.3(PO₃)₄

按照化学式NaLu_0.67Dy_0.03Eu_0.3(PO₃)₄中各元素的化学计量比，分别称取8.499gNaNO₃、24.186g Lu(NO₃)₃、1.046g Dy(NO₃)₃、10.139g Eu(NO₃)₃和46.01g NH₄H₂PO₄，作为原料，并置于盛有去离子水的容器中，搅拌直至溶解完全，保证Na离子在溶液中的浓度为0.1mol/L；随后加入尿素并充分搅拌均匀，尿素在水溶液中的浓度为0.7mol/L；接着将得到的混合溶液进行pH值滴定，pH值保持为6；随后将混合溶液放入温度为85℃电阻炉中烘焙，直至获得蜂窝状前驱体；最后把前驱体放入高温电阻炉中煅烧，温度为750℃，时间为13min；待产物自然冷却至室温后取出，用玛瑙研钵研磨成粉即得到所需荧光粉。

将所制得的荧光粉样品进行荧光光谱(FL3-221,HOROBA,Jobin Yvon,France)测试，在近紫外363nm激发下粉体的发射峰主要位于482nm、574nm、592nm和614nm处，发光颜色为白色。

实施例5制备NaLu_0.798Dy_0.002Eu_0.2(PO₃)₄

按照化学式NaLu_0.798Dy_0.002Eu_0.2(PO₃)₄中各元素的化学计量比，分别称取8.499gNaNO₃、28.806g Lu(NO₃)₃、0.069g Dy(NO₃)₃、6.759g Eu(NO₃)₃和52.8g (NH₄)₂HPO₄，作为原料，并置于盛有去离子水的容器中，搅拌直至溶解完全，保证Na离子在溶液中的浓度为0.2mol/L；随后加入尿素并充分搅拌均匀，尿素在水溶液中的浓度为0.9mol/L；接着将得到的混合溶液进行pH值滴定，pH值保持为6；随后将混合溶液放入温度为85℃电阻炉中烘焙，直至获得蜂窝状前驱体；最后把前驱体放入高温电阻炉中煅烧，温度为780℃，时间为11min；待产物自然冷却至室温后取出，用玛瑙研钵研磨成粉即得到所需荧光粉。

将所制得的荧光粉样品进行荧光光谱(FL3-221,HOROBA,Jobin Yvon,France)测试，在近紫外363nm激发下粉体的发射峰主要位于482nm、574nm、592nm和614nm处，发光颜色为白色。

Claims (4)

1.一种稀土离子双掺杂的单基质磷酸盐白光荧光粉，其特征在于，其化学组成通式为：A(B_1-x-yDy_xEu_y)(PO₃)₄，其中，A为Li或Na，B为Y或Lu，x为Dy³⁺掺杂Y或Lu位的摩尔百分数，y为Eu³⁺掺杂Y或Lu位的摩尔百分数，0.01≤x/y≤0.5。

2.根据权利要求1所述的稀土离子双掺杂的单基质磷酸盐白光荧光粉，其特征在于，该荧光粉在近紫外光激发下发射主波长为482nm、574nm、592nm和614nm，发光颜色为白光。

3.一种权利要求1或2所述的稀土离子双掺杂的单基质磷酸盐白光荧光粉的制备方法，其特征在于，采用溶胶凝胶法，具体包括以下步骤：

(1)按化学通式A(B_1-x-yDy_xEu_y)(PO₃)₄，A＝Li或Na，B＝Y或Lu中各元素的化学计量比，分别称取相应质量的ANO₃、B(NO₃)₃、Dy(NO₃)₃、Eu(NO₃)₃和含P的化合物，作为原料，并置于盛有去离子水的容器中，搅拌直至溶解完全，其中，x为Dy³⁺掺杂的摩尔百分数，y为Eu³⁺掺杂的摩尔百分数，0.01≤x/y≤0.5，A离子在水溶液中的浓度为0.05～0.2mol/L，随后加入尿素并充分搅拌均匀，尿素在水溶液中的浓度为0.5～1mol/L，得到混合溶液；

(2)对步骤(1)得到的混合溶液立刻进行pH值滴定，pH值保持在5～7；

(3)将步骤(2)得到的混合溶液放入电阻炉中烘焙，温度为80～90℃，直至获得蜂窝状前驱体；

(4)将步骤(3)得到的前驱体放入高温电阻炉中煅烧，温度为700～800℃，时间为10～15min；

(5)待步骤(4)中的产物自然冷却至室温后取出，研磨成粉即得到所需荧光粉。

4.根据权利要求3所述的稀土离子双掺杂的单基质磷酸盐白光荧光粉的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述含P的化合物为磷酸二氢铵或磷酸氢二铵。