CN109628093A - 一种Eu2+离子掺杂硅铝酸盐蓝色荧光粉及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种Eu²⁺离子掺杂硅铝酸盐蓝色荧光粉及其制备方法，属于发光材料及其制备方法技术领域。该蓝色荧光粉化学分子式为Y₂Mg_{2‑ x}Al₂Si₂O₁₂:xEu²⁺，其中，0.001≤x≤0.100。该蓝色荧光粉制备方法采用高温固相合成法:选择上述结构式中阳离子的氢氧化物、氧化物、碳酸盐或者其他相应的盐类为原料，在1400℃～1500℃还原气氛条件下煅烧4h～8h，冷却研磨后得到。在紫外光激发下，该系列荧光粉在380nm～650nm范围内具有宽带发射，并可通过改变x值实现发射主峰从441nm到492nm的调节，可作为紫外激发LED或等离子显示器用荧光材料。本发明合成原料易得，制备工艺简单，成本低廉，适宜大批量生产。

Description

一种Eu2+离子掺杂硅铝酸盐蓝色荧光粉及其制备方法

技术领域

本发明属于发光材料及其制备方法技术领域，具体涉及一种Eu²⁺离子掺杂硅铝酸盐蓝色荧光粉及其制备方法。

背景技术

发光二极管，简称LED，是一种可将电能转换为光能的半导体固态照明元件。由于其使用寿命长、高效节能、绿色环保等优点，已广泛应用于电子设备背光源、家用照明、汽车车灯和显示板等各个领域。

目前，白光LED的主要实现方式是将LED芯片与荧光粉组合。具体方式有两种：一是用蓝光LED芯片激发黄色荧光粉，二是用近紫外LED芯片激发红、绿、蓝荧光粉。其中，第一种方式已商业化并被广泛应用，但该体系中缺少红色成分，致使LED器件显色指数较低，色温偏高，无法实现暖白光。第二种方式所得的白光LED色温与显色指数相对较好。因此，开发稳定、廉价、高效的，能被近紫外芯片激发的红、绿、蓝荧光粉具有极大现实意义与商业价值。

硅铝酸盐体系发光材料具有良好的化学稳定性和热稳定性，原料成本低廉，制备工艺简单。因此，开发一种近紫外芯片激发的硅铝酸盐基荧光粉具有良好的应用前景。

发明内容

本发明的目的是针对上述背景技术，提供一种Eu²⁺离子掺杂的硅铝酸盐蓝色荧光粉及其制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的:

一种Eu²⁺离子掺杂的硅铝酸盐蓝色荧光粉，其化学式为：

Y₂Mg_2-xAl₂Si₂O₁₂:xEu²⁺，其中0.001≤x≤0.100。

本发明所述的蓝色荧光粉能被200nm～400nm紫外光激发，在380nm～650nm范围内具有宽带发射，并可通过改变x值实现发射主峰从441nm到492nm的调节。

本发明所述的蓝色荧光粉的制备方法，包括以下步骤:

(1)按化学式Y₂Mg_2-xAl₂Si₂O₁₂:xEu²⁺中各元素的化学计量比，分别称取所需的反应物于玛瑙研钵中，加入1.5mL～5mL无水乙醇，研磨使这些组分混合均匀；其中，使用含Y的氧化物或碳酸盐中的至少一种，使用含Mg的氧化物、氢氧化物或碳酸盐中的至少一种，使用含Al的氧化物、氢氧化物或碳酸盐中的至少一种，使用含Si的氧化物，以及含Eu的氧化物或碳酸盐至少一种，0.001≤x≤0.100；

(2)将步骤(1)研磨后粉末在1400℃～1500℃还原气氛条件下煅烧4h～8h，随后在还原气氛条件下冷却至室温；其中，还原气氛为CO气氛、N₂/H₂混合气氛(H₂体积含量5％～10％)或Ar/H₂混合气氛(H₂体积含量5％～10％)中的一种；

(3)将步骤(2)产物研磨均匀，即得到本发明所述的Eu²⁺离子掺杂硅铝酸盐蓝色荧光粉。

有益效果

1.本发明制备的Y₂Mg_2-xAl₂Si₂O₁₂:xEu²⁺(0.001≤x≤0.100)荧光粉能被200nm～400nm紫外光激发，与近紫外LED芯片匹配良好，在380nm～650nm范围内具有宽带发射，并可通过改变x值实现发射主峰从441nm到492nm的调节。

2.本发明制备的Eu²⁺离子掺杂硅铝酸盐蓝色荧光粉原料来源丰富且价格低廉，制备工艺简单，设备要求及生产成本较低，节能高效，绿色环保，适宜大批量生产。

3.本发明制备的Eu²⁺离子掺杂硅铝酸盐蓝色荧光粉具有良好的热稳定性、化学稳定性和色稳定性，具有较高的量子效率。在100℃下测得发光强度为室温条件的97％以上，150℃下发光强度为室温条件的87％以上。量子效率最高可达67.69％。

附图说明

图1：本发明制备的Eu²⁺离子掺杂硅铝酸盐蓝色荧光粉的X射线衍射对比图。

由图可见，本发明Eu²⁺离子掺杂硅铝酸盐蓝色荧光粉的衍射峰均与Y₃Al₅O₁₂标准卡片(PDF#88-2048)的标准峰相匹配。

图2：本发明制备的蓝色荧光粉Y₂Mg_1.97Al₂Si₂O₁₂:0.03Eu²⁺的激发光谱图(监测波长为470nm)和发射光谱图(激发波长为370nm)。

由图可见，本发明Eu²⁺离子掺杂硅铝酸盐蓝色荧光粉的激发光谱范围在200nm～400nm，发射光谱范围在400nm～650nm，发射主峰为470nm。

图3：本发明制备的Eu²⁺离子掺杂硅铝酸盐蓝色荧光粉的发射光谱归一化强度对比图。

由图可见，本发明Eu²⁺离子掺杂硅铝酸盐蓝色荧光粉在380nm～650nm范围内具有宽带发射，并可通过改变x值实现发射主峰从441nm到492nm的调节。

图4：本发明制备的Eu²⁺离子掺杂硅铝酸盐蓝色荧光粉发射峰强与峰位变化图。

由图可见，本发明Eu²⁺离子掺杂硅铝酸盐蓝色荧光粉随着Eu²⁺离子掺杂浓度的增加，发射峰强度先增强后减弱，发射主峰位置不断向长波长方向移动。

图5：本发明制备的蓝色荧光粉Y₂Mg_1.97Al₂Si₂O₁₂:0.03Eu²⁺的变温光谱图，内插图为温度与发光强度对应关系图。

由图可见，本发明Eu²⁺离子掺杂硅铝酸盐蓝色荧光粉随温度升高，发射峰强度呈下降趋势，在100℃下发光强度为室温条件的97％，150℃下发光强度为室温时发光强度的87％，具有良好的热稳定性。

图6：本发明制备的Eu²⁺离子掺杂硅铝酸盐蓝色荧光粉的色度坐标图。

由图可见，本发明Eu²⁺离子掺杂蓝色荧光粉可实现从蓝光区(0.156,0.105)到蓝绿光区(0.218,0.359)的色度调节。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述，但本发明的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。

实施例1：

称取Y₂O₃(99.99％)0.4516g，MgO(分析纯)0.1611g，Al₂O₃(分析纯)0.2039g，SiO₂(分析纯)0.2403g，Eu₂O₃(99.99％)0.0004g于玛瑙研钵中，加入1.5mL无水乙醇后，研磨一小时左右，使原料充分混合。将混合均匀的反应物盛入刚玉坩埚，置于高温炉内，在N₂/H₂还原气氛条件下1400℃煅烧8h。然后，继续在高温炉内还原气氛下使样品降至室温后，将煅烧得到的块状样品研磨成粉末，即得到所需荧光粉，其组成为Y₂Mg_1.999Al₂Si₂O₁₂:0.001Eu²⁺。

实施例2：

称取Y₂O₃(99.99％)0.4516g，MgO(分析纯)0.1608g，Al₂O₃(分析纯)0.2039g，SiO₂(分析纯)0.2403g，Eu₂O₃(99.99％)0.0017g于玛瑙研钵中，加入2mL无水乙醇后，研磨一小时左右，使原料充分混合。将混合均匀的反应物盛入刚玉坩埚，置于高温炉内，在N₂/H₂还原气氛条件下1400℃煅烧8h。然后，继续在高温炉内还原气氛下使样品降至室温后，将煅烧得到的块状样品研磨成粉末，即得到所需荧光粉，其组成为Y₂Mg₁.995Al₂Si₂O₁₂:0.005Eu²⁺。

实施例3：

称取Y₂O₃(99.99％)0.4516g，MgO(分析纯)0.1604g，Al₂O₃(分析纯)0.2039g，SiO₂(分析纯)0.2403g，Eu₂O₃(99.99％)0.0035g于玛瑙研钵中，加入2.5mL无水乙醇后，研磨一小时左右，使原料充分混合。将混合均匀的反应物盛入刚玉坩埚，置于高温炉内，在N₂/H₂还原气氛条件下1425℃煅烧7h。然后，继续在高温炉内还原气氛下使样品降至室温后，将煅烧得到的块状样品研磨成粉末，即得到所需荧光粉，其组成为Y₂Mg_1.99Al₂Si₂O₁₂:0.01Eu²⁺。

实施例4：

称取Y₂O₃(99.99％)0.4516g，MgO(分析纯)0.1596g，Al₂O₃(分析纯)0.2039g，SiO₂(分析纯)0.2403g，Eu₂O₃(99.99％)0.0070g于玛瑙研钵中，加入3mL无水乙醇后，研磨一小时左右，使原料充分混合。将混合均匀的反应物盛入刚玉坩埚，置于高温炉内，在N₂/H₂还原气氛条件下1450℃煅烧6h。然后，继续在高温炉内还原气氛下使样品降至室温后，将煅烧得到的块状样品研磨成粉末，即得到所需荧光粉，其组成为Y₂Mg_1.98Al₂Si₂O₁₂:0.02Eu²⁺。

实施例5：

称取Y₂O₃(99.99％)0.4516g，MgO(分析纯)0.1588g，Al₂O₃(分析纯)0.2039g，SiO₂(分析纯)0.2403g，Eu₂O₃(99.99％)0.0105g于玛瑙研钵中，加入3.5mL无水乙醇后，研磨一小时左右，使原料充分混合。将混合均匀的反应物盛入刚玉坩埚，置于高温炉内，在N₂/H₂还原气氛条件下1450℃煅烧6h。然后，继续在高温炉内还原气氛下使样品降至室温后，将煅烧得到的块状样品研磨成粉末，即得到所需荧光粉，其组成为Y₂Mg_1.97Al₂Si₂O₁₂:0.03Eu²⁺。

实施例6：

称取Y₂(CO₃)₃(99.99％)0.7156g，MgCO₃(分析纯)0.3305g，Al₂(CO₃)₃(分析纯)0.4680g，SiO₂(分析纯)0.2403g，Eu₂(CO₃)₃(99.99％)0.0194g于玛瑙研钵中，加入4mL无水乙醇后，研磨一小时左右，使原料充分混合。将混合均匀的反应物盛入刚玉坩埚，置于高温炉内，在N₂/H₂还原气氛条件下1475℃煅烧5h。然后，继续在高温炉内还原气氛下使样品降至室温后，将煅烧得到的块状样品研磨成粉末，即得到所需荧光粉，其组成为Y₂Mg_1.96Al₂Si₂O₁₂:0.04Eu²⁺。

实施例7：

称取Y₂(CO₃)₃(99.99％)0.7156g，Mg(OH)₂(分析纯)0.2274g，Al(OH)₃(分析纯)0.3120g，SiO₂(分析纯)0.2403g，Eu₂(CO₃)₃(99.99％)0.0243g于玛瑙研钵中，加入4.5mL无水乙醇后，研磨一小时左右，使原料充分混合。将混合均匀的反应物盛入刚玉坩埚，置于高温炉内，在N₂/H₂还原气氛条件下1500℃煅烧4h。然后，继续在高温炉内还原气氛下使样品降至室温后，将煅烧得到的块状样品研磨成粉末，即得到所需荧光粉，其组成为Y₂Mg_1.95Al₂Si₂O₁₂:0.05Eu²⁺。

实施例8：

称取Y₂O₃(99.99％)0.4516g，MgO(分析纯)0.1564g，Al₂O₃(分析纯)0.2039g，SiO₂(分析纯)0.2403g，Eu₂O₃(99.99％)0.0210g于玛瑙研钵中，加入5mL无水乙醇后，研磨一小时左右，使原料充分混合。将混合均匀的反应物盛入刚玉坩埚，置于高温炉内，在Ar/H₂还原气氛条件下1425℃煅烧6h。然后，继续在高温炉内还原气氛下使样品降至室温后，将煅烧得到的块状样品研磨成粉末，即得到所需荧光粉，其组成为Y₂Mg_1.94Al₂Si₂O₁₂:0.06Eu²⁺。

实施例9：

称取Y₂O₃(99.99％)0.4516g，MgO(分析纯)0.1556g，Al₂O₃(分析纯)0.2039g，SiO₂(分析纯)0.2403g，Eu₂O₃(99.99％)0.0245g于玛瑙研钵中，加入2mL无水乙醇后，研磨一小时左右，使原料充分混合。将混合均匀的反应物盛入刚玉坩埚，置于高温炉内，在Ar/H₂还原气氛条件下1425℃煅烧6h。然后，继续在高温炉内还原气氛下使样品降至室温后，将煅烧得到的块状样品研磨成粉末，即得到所需荧光粉，其组成为Y₂Mg_1.93Al₂Si₂O₁₂:0.07Eu²⁺。

实施例10：

称取Y₂O₃(99.99％)0.4516g，MgO(分析纯)0.1548g，Al₂O₃(分析纯)0.2039g，SiO₂(分析纯)0.2403g，Eu₂O₃(99.99％)0.0280g于玛瑙研钵中，加入2mL无水乙醇后，研磨一小时左右，使原料充分混合。将混合均匀的反应物盛入刚玉坩埚，置于高温炉内，在CO还原气氛条件下1425℃煅烧6h。然后，继续在高温炉内还原气氛下使样品降至室温后，将煅烧得到的块状样品研磨成粉末，即得到所需荧光粉，其组成为Y₂Mg_1.92Al₂Si₂O₁₂:0.08Eu²⁺。

实施例11：

称取Y₂O₃(99.99％)0.4516g，MgO(分析纯)0.1531g，Al₂O₃(分析纯)0.2039g，SiO₂(分析纯)0.2403g，Eu₂O₃(99.99％)0.0352g于玛瑙研钵中，加入2mL无水乙醇后，研磨一小时左右，使原料充分混合。将混合均匀的反应物盛入刚玉坩埚，置于高温炉内，在CO还原气氛条件下1400℃煅烧8h。然后，继续在高温炉内还原气氛下使样品降至室温后，将煅烧得到的块状样品研磨成粉末，即得到所需荧光粉，其组成为Y₂Mg_1.90Al₂Si₂O₁₂:0.10Eu²⁺。

Claims (3)

1.一种Eu²⁺离子掺杂硅铝酸盐蓝色荧光粉，其特征在于：该材料化学式为Y₂Mg_{2- x}Al₂Si₂O₁₂:xEu²⁺，其中，0.001≤x≤0.100。

2.如权利要求1所述的一种Eu²⁺离子掺杂硅铝酸盐蓝色荧光粉，其特征在于：所述蓝色荧光粉能被200nm～400nm紫外光激发，在380nm～650nm范围内具有宽带发射，并可通过改变x值实现发射主峰从441nm到492nm的调节。

3.如权利要求1所述的一种Eu²⁺离子掺杂硅铝酸盐蓝色荧光粉的制备方法，其步骤如下：

(1)按化学式Y₂Mg_2-xAl₂Si₂O₁₂:xEu²⁺中各元素的化学计量比，分别称取所需的反应物于玛瑙研钵中，加入1.5mL～5mL无水乙醇，研磨使混合均匀；其中，使用含Y的氧化物或碳酸盐中的至少一种，使用含Mg的氧化物、氢氧化物或碳酸盐中的至少一种，使用含Al的氧化物、氢氧化物或碳酸盐中的至少一种，用含Si的氧化物，以及含Eu的氧化物或碳酸盐至少一种；

(2)将步骤(1)研磨后粉末在1400℃～1500℃还原气氛条件下煅烧4h～8h，随后在还原气氛条件下冷却至室温；其中，还原气氛为CO气氛、N₂/H₂混合气氛(H₂体积含量5％～10％)或Ar/H₂混合气氛(H₂体积含量5％～10％)中的一种；

(3)将步骤(2)产物研磨均匀，即得到Eu²⁺离子掺杂硅铝酸盐蓝色荧光粉。