CN109929556A - 一种钐掺杂磷酸盐桔红色荧光粉及其制备方法和应用 - Google Patents

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周杨
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车毅
向继云
张卓辉
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Abstract

一种钐掺杂磷酸盐桔红色荧光粉，化学式为NaLa1‑xSmxP4O12，0.01≤x≤0.11；制备时，将各反应物Na2CO3、La2O3、Sm2O3、NH4H2PO4混合均匀，研磨后放入电阻炉中，在400℃下保温5小时进行低温预烧结；然后随炉冷却到室温，取出样品再次研磨；之后将电阻炉升温至700℃，并在该温度下保温3～7天后，随炉冷却到室温，最后取出研磨得到桔红色荧光粉成品。本发明制备的桔红色荧光粉包括的元素少，降低了合成的原料成本，简化了合成工艺；同时，丰富了红色荧光粉体系材料，且可获得色纯度较高和色温较低的桔红色光，适用于暖白光LED器件。

Description

一种钐掺杂磷酸盐桔红色荧光粉及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于WLED灯用荧光粉技术领域，具体涉及一种钐掺杂磷酸盐桔红色荧光粉及其制备方法和应用。
背景技术
随着社会的进步和发展，能源和环境问题越来越成为当今世界着重关注的问题，节约能源、保护环境越来越成为社会进步的主要动力。人们日常生活中，照明用电需求占总消耗电量的比例十分大，但目前存在传统照明方式耗电量大、使用寿命短、转换效率低、污染环境等缺陷，因而不符合现代社会节约能源保护环境的宗旨，因此需要有一种符合社会发展需求的新的照明方式来代替传统照明方式，而具有较长使用寿命、转换效率高且对环境污染低的绿色照明方式，即半导体白色发光二极管(简称WLED)，被公认为是目前最有价值的新光源。对比传统的照明方式，WLED具有效率高、无汞污染、低碳排放、寿命长、体积小、节能等优点，这使得它被广泛应用于交通运输、照明显示、医疗器械和电子产品等领域。荧光转换型WLED工作原理是利用低压直流电来激发单一基质的半导体芯片，其芯片发射出的近紫外光再激发到涂敷在芯片上的荧光粉，使荧光粉发出人眼可见的长波长的光，通过调节三色荧光粉(红、绿、蓝)的比例来实现白光发射。然而，在这种实现白光的技术中，作为荧光转换型WLED中的核心组成部分的红色荧光粉，大部分基质材料为硫化物、硫氧化物、氮化物、硅酸盐及钨钼酸盐等体系，而对于磷酸盐基质材料的开发应用研究较少，因而，需要进一步丰富红色荧光粉的种类，尤其是能够被近紫外光激发的红色荧光粉。
发明内容
本发明的目的是提供一种钐掺杂磷酸盐桔红色荧光粉及其制备方法和应用，制得的荧光粉能够与近紫外LED芯片相匹配，进一步丰富红色荧光粉的种类，还能改善现有技术中通过近紫外LED芯片加三基色荧光粉实现白色发光技术中色纯度较低和色温较高的问题；制备方法具有所需设备和工艺简单、适合大量工业化生产的优点。
本发明采取的技术方案如下：
一种钐掺杂磷酸盐桔红色荧光粉，其化学式为NaLa1-xSmxP4O12，0.01≤x≤0.11。
进一步的，所述荧光粉的化学式为NaLa1-xSmxP4O12，0.05≤x≤0.09。
进一步的，所含Na元素来自Na2CO3，所含La元素来自La2O3，所含Sm元素来自Sm2O3，所含P元素来自NH4H2PO4，各反应物的摩尔比为，Na2CO3：La2O3：Sm2O3：NH4H2PO4＝1：1-x：x：8，0.01≤x≤0.11。
一种钐掺杂磷酸盐桔红色荧光粉的制备方法，将各反应物混合均匀，研磨15～20min后放入电阻炉中，在400℃下保温5小时进行低温预烧结；然后随炉冷却到室温，取出样品再次研磨15～20min；之后将电阻炉升温至700℃，并在该温度下保温3～7天后，随炉冷却到室温，最后取出研磨15～30min得到桔红色荧光粉成品。700℃的温度能够保证各原料在固相反应条件下充分反应，确保得到NaLa1-xSmxP4O12纯相粉末。
本发明的有益效果：
本发明采用高温固相合成法、以NaLaP4O12作为基质进行掺钐合成得到桔红色荧光粉，该荧光粉可以被紫外光激发，发出桔红色光，该荧光粉的色纯度高、色温低，适用于暖白光LED中。
本发明的桔红色荧光粉，所包括的元素少，降低了合成的原料成本，简化了合成工艺；同时，丰富了WLED用红色荧光粉体系材料；另外，利用三价稀土离子Sm的4f电子特征跃迁，可获得亮度更高的红光输出。
本发明合成过程均在敞开体系下进行，整个过程操作简单，合成时间较短，反应条件温和，适合大规模产业化生产。
附图说明
图1是本发明实施例1NaLa0.93P4O12:Sm3+ 0.07的粉末衍射图谱；
图2是本发明各实施例NaLa1-xSmxP4O12中不同Sm3+掺杂浓度的荧光粉的激发光谱图；
图3是本发明各实施例NaLa1-xSmxP4O12中不同Sm3+掺杂浓度的荧光粉的发射光谱图；
图4是本发明实施例1在401nm激发波长下得到NaLa0.93P4O12:Sm3+ 0.07的磷酸盐桔红色荧光粉的CIE色度坐标图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
本发明采用改良高温固相法合成桔红色荧光粉，此桔红色荧光粉的化学式为NaLa1-xSmxP4O12(也可写成NaLa1-xP4O12:Smx)，0.01≤x≤0.11，烧结温度为700℃。具体的合成路线包括：称量—研磨—低温预烧—随炉冷却—研磨—高温煅烧—冷却研磨取样。本发明中所用到的原料有La2O3，Na2CO3，NH4H2PO4以及Sm2O3。
实施例1制备NaLa0.93P4O12:Sm0.07荧光粉
按照化学计量比准确称量0.758g的La2O3，0.265g的Na2CO3，2.300g的NH4H2PO4及0.061g的Sm2O3。
将各反应物混合均匀，研磨15min后放入电阻炉中，在400℃下保温5小时进行低温预烧结；然后随炉冷却到室温，取出样品再次研磨20min；之后将电阻炉升温至700℃，并在该温度下保温7天后，随炉冷却到室温，最后取出研磨15min得到NaLa0.93P4O12:Sm0.07桔红色荧光粉成品。
实施例2制备NaLa0.99P4O12:Sm0.01荧光粉
制备过程同实施例1，区别在于各原料用量的不同。原料的具体用量为0.806g的La2O3，0.265gNa2CO3，2.300g的NH4H2PO4及0.009g的Sm2O3。
实施例3制备NaLa0.97P4O12:Sm0.03荧光粉
制备过程同实施例1，区别在于各原料用量的不同。原料的具体用量为0.790g的La2O3，0.265gNa2CO3，2.300g的NH4H2PO4及0.026g的Sm2O3。
实施例4制备NaLa0.95P4O12:Sm0.05荧光粉
制备过程同实施例1，区别在于各原料用量的不同。原料的具体用量为0.774g的La2O3，0.265gNa2CO3，2.300g的NH4H2PO4及0.044g的Sm2O3。
实施例5制备NaLa0.91P4O12:Sm0.09荧光粉
制备过程同实施例1，区别在于各原料用量的不同。原料的具体用量为0.741g的La2O3，0.265gNa2CO3，2.300g的NH4H2PO4及0.078g的Sm2O3。
实施例6制备NaLa0.89P4O12:Sm0.11荧光粉
制备过程同实施例1，区别在于各原料用量的不同。原料的具体用量为0.725g的La2O3，0.265gNa2CO3，2.300g的NH4H2PO4及0.096g的Sm2O3。
图1为本发明最佳配方的实施例NaLa0.93P4O12:Sm3+ 0.07的粉末衍射图谱，图1表明，合成的粉末材料为以NaLaP4O12作为基质掺钐的纯相物质。
图2为本发明所有实施例NaLa1-xSmxP4O12中不同Sm3+掺杂浓度的荧光粉在波长为596nm的波长监测下的激发光谱图。从图中可以看出，激发峰的位置分别位于315,343,361,372,401，413，439,468,477,529,560nm处。最强的激发峰位于401nm，对应于Sm3+的6H5/2→4F7/2电子能级跃迁。
图3为本发明所有实施例NaLa1-xSmxP4O12中不同Sm3+掺杂浓度的荧光粉在401nm的激发波长下得到的发射光谱图，从图中可以看出，发射中心分别位于561、596、605、644、648、696、703nm处，其分别对应于Sm3+的4G5/2→6H5/2(561nm)、4G5/2→6H7/2(596、605nm)、4G5/2→6H9/2(644、648nm)、4G5/2→6H11/2(696、703nm)的跃迁。其中最大的发射峰位于596nm处。Sm3+的掺杂量为0.07mol时，可获得最大的发光强度。
图4是本发明试验例在401nm激发波长下得到NaLa0.93P4O12:Sm3+ 0.07的磷酸盐桔红色荧光粉的CIE色度坐标图。从该图可以看出，制备得到的NaLa0.93P4O12:Sm3+ 0.07磷酸盐荧光粉的色坐标位于CIE色度图上的桔红色区域，色纯度较高(此色坐标靠近坐标图的边界，即表明其色纯度高)，色温为1866K，适用于近紫外激发的暖白光LED器件。

Claims (5)

1.一种钐掺杂磷酸盐桔红色荧光粉，其特征在于，该荧光粉的化学式为NaLa1-xSmxP4O12，0.01≤x≤0.11。
2.如权利要求1所述的一种钐掺杂磷酸盐桔红色荧光粉，其特征在于，所述荧光粉的化学式为NaLa1-xSmxP4O12，0.05≤x≤0.09。
3.如权利要求1或2所述的一种钐掺杂磷酸盐桔红色荧光粉，其特征在于，所含Na元素来自Na2CO3，所含La元素来自La2O3，所含Sm元素来自Sm2O3，所含P元素来自NH4H2PO4，各反应物的摩尔比为，Na2CO3：La2O3：Sm2O3：NH4H2PO4＝1：1-x：x：8，0.01≤x≤0.11。
4.一种钐掺杂磷酸盐桔红色荧光粉的制备方法，其特征在于，将各反应物Na2CO3、La2O3、Sm2O3、NH4H2PO4按照1：1-x：x：8，0.01≤x≤0.11的摩尔比混合均匀，研磨15～20min后放入电阻炉中，在400℃下保温5小时进行低温预烧结；然后随炉冷却到室温，取出样品再次研磨15～20min；之后将电阻炉升温至700℃，并在该温度下保温3～7天后，随炉冷却到室温，最后取出研磨15～30min得到桔红色荧光粉成品。
5.如权利要求3所述的一种钐掺杂磷酸盐桔红色荧光粉的应用，其特征在于，被用于暖白光LED器件中。
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