CN109943318B - 改性YAG:Ce荧光粉及其制备方法 - Google Patents

改性YAG:Ce荧光粉及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109943318B
CN109943318B CN201910361297.7A CN201910361297A CN109943318B CN 109943318 B CN109943318 B CN 109943318B CN 201910361297 A CN201910361297 A CN 201910361297A CN 109943318 B CN109943318 B CN 109943318B
Authority
CN
China
Prior art keywords
yag
fluorescent powder
phosphor
modified
heating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201910361297.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109943318A (zh
Inventor
陈泓任
邱克辉
尹良君
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Electronic Science and Technology of China
Chengdu Univeristy of Technology
Original Assignee
University of Electronic Science and Technology of China
Chengdu Univeristy of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu Univeristy of Technology filed Critical University of Electronic Science and Technology of China
Priority to CN201910361297.7A priority Critical patent/CN109943318B/zh
Publication of CN109943318A publication Critical patent/CN109943318A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109943318B publication Critical patent/CN109943318B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Luminescent Compositions (AREA)

Abstract

本发明涉及一种改性YAG:Ce荧光粉及其制备方法，属于稀土发光材料技术领域。改性YAG:Ce荧光粉，其结构为，石墨相氮化碳包覆在YAG:Ce荧光粉颗粒表面。本发明的石墨相氮化碳包覆的Y3Al5O12:Ce荧光粉，发光强度明显提升，工艺简单易行，产品性质优良。

Description

改性YAG:Ce荧光粉及其制备方法
技术领域
本发明涉及改性YAG:Ce荧光粉及其制备方法，属于稀土发光材料技术领域。
背景技术
白光LED是目前应用最广泛的固态照明光源。相比于传统白炽灯，具有能耗低、绿色环保、显色性好的优点。白光LED的实现方式一般采用蓝光LED芯片与荧光粉搭配，LED芯片发出的蓝光与荧光粉发出的光混合而产生白光。因此，荧光粉的性能，如发光效率、光谱特性和热稳定性，对白光LED器件的发展有关键性的影响。
Y3Al5O12:Ce荧光粉在紫外和蓝光区都能被高效激发，在460nm蓝光激发下可发出很强的黄光。发射光谱覆盖480-650nm,峰值位于550nm附近。可有效地与蓝光LED芯片配合，制成白光LED器件。基本原理为Y3Al5O12:Ce荧光粉吸收一部分LED芯片发出的蓝光而发出黄光，再与透过的剩余蓝光混合产生白光。
自1996年日本Nichia公司将Y3Al5O12:Ce荧光粉与蓝光LED芯片封装开发出白光LED以来，这种方法制成的白光LED已被广泛应用于照明、液晶显示等领域。因此，通过对Y3Al5O12:Ce荧光粉进一步处理，获得更好的发光性能，进一步提高白光LED器件效率，具有重要意义。
发明内容
为了提高YAG:Ce荧光粉的发光强度，本发明提供一种改性YAG:Ce荧光粉。
改性YAG:Ce荧光粉，该荧光粉的结构为：石墨相氮化碳包覆在YAG:Ce荧光粉颗粒表面。
优选的，荧光粉的厚度控制在30nm以内；
更优选的，石墨相氮化碳层的厚度为2～25nm；
更优选的，石墨相氮化碳层的厚度为2～13nm；
进一步优选的，石墨相氮化碳层的厚度为3～7nm。
优选的：改性YAG:Ce荧光粉的发光强度为未改性YAG:Ce荧光粉的1.03～1.3倍；更优选的，改性YAG:Ce荧光粉的发光强度为未改性YAG:Ce荧光粉的1.1～1.3倍；进一步优选的，改性YAG:Ce荧光粉的发光强度为未改性YAG:Ce荧光粉的1.2～1.3倍。
本发明要解决的第二个技术问题是提供一种改性YAG:Ce荧光粉的制备方法。
改性YAG:Ce荧光粉的制备方法，包括以下步骤：
A、将三聚氰胺溶于溶剂中，得到三聚氰胺溶液；
B、将YAG:Ce荧光粉与三聚氰胺溶液混匀，再加热除去溶剂，得到预处理YAG:Ce荧光粉；
C、再将预处理YAG:Ce荧光粉在450～650℃下加热2～4h，得到石墨相氮化碳包覆的荧光粉；
D、再将石墨相氮化碳包覆的荧光粉在真空或惰性气氛保护下加热到1100～1650℃，保温1～4h，然后冷却，得到改性YAG:Ce荧光粉。
其中，溶剂可以为甲醇、乙二醇或吡啶；优选溶剂为乙二醇。当溶剂为乙二醇时，优选三聚氰胺与乙二醇的质量体积比为0.5～4g:10～30mL。
本发明步骤B中，加热除去溶剂后，三聚氰胺会析出并附着在荧光粉表面。如果溶剂为乙二醇，除去乙二醇的加热温度优选70℃。
优选的：三聚氰胺与YAG:Ce荧光粉的重量比为0.5～4:2；更优选的，三聚氰胺与YAG:Ce荧光粉的重量比为1～2:2；进一步优选的，三聚氰胺与YAG:Ce荧光粉的重量比为1.5～2:2。
优选的，为了提高改性YAG:Ce荧光粉的发光强度，步骤C中：将预处理YAG:Ce荧光粉在580～650℃加热2～4h；进一步优选加热时间为3～4h；更优选的，加热温度为580℃，加热时间为3h。
步骤D中，惰性气氛包括N2、氦气等。
优选的，步骤D中：将石墨相氮化碳包覆的荧光粉在N2保护下加热。
优选的，步骤D中：加热到1100～1500℃；更优选的，加热到1200～1500℃保温2～4h；更优选的，保温时间为3～4h；进一步优选的，保温时间为3h。
本发明的有益效果：
1、本专利通过新型包覆方法，在Y3Al5O12:Ce荧光粉颗粒表面包覆一层石墨相氮化碳(简称为g-C3N4)，增强Y3Al5O12:Ce荧光粉对激发光的吸收能力并减少粉体表面缺陷，从而有效提高荧光粉的发光强度。
2、本发明工艺简单，重复性好，原料三聚氰胺和乙二醇价格低廉，易于大规模生产。
3、本发明通过控制三聚氰胺和YAG:Ce荧光粉的用量，可控制包覆层的厚度。通过调整加热和高温热处理的温度和时间，可调整包覆层的结晶度和消除缺陷。
附图说明
图1为实施例1包覆但未经热处理的YAG:Ce荧光粉的SEM照片。
图2为实施例1产物的HRTEM照片。
图3为实施例1产物和未经任何处理的YAG:Ce荧光粉的激发与发射光谱图。
图4为实施例1产物与蓝光LED封装制成的白光LED器件。
具体实施方式
为了提高YAG:Ce荧光粉的发光强度，本发明提供一种改性YAG:Ce荧光粉。
改性YAG:Ce荧光粉，该荧光粉的结构为：石墨相氮化碳包覆在YAG:Ce荧光粉颗粒表面。
为了提高改性YAG:Ce荧光粉的发光强度，荧光粉的厚度控制在30nm以内。厚度过小则对发光强度增强效果也会变小，但仍能提升。当厚度超过30nm时，表面吸收的能量不能完全传递到内部荧光粉，反而造成强度降低。
更优选的，石墨相氮化碳层的厚度为2～25nm；进一步优选为，石墨相氮化碳层的厚度为2～13nm；当石墨相氮化碳层的厚度为3～7nm时，发光强度最大。
优选的：改性YAG:Ce荧光粉的发光强度为未改性YAG:Ce荧光粉的1.03～1.3倍；更优选的，改性YAG:Ce荧光粉的发光强度为未改性YAG:Ce荧光粉的1.1～1.3倍；进一步优选的，改性YAG:Ce荧光粉的发光强度为未改性YAG:Ce荧光粉的1.2～1.3倍。
本发明要解决的第二个技术问题是提供一种改性YAG:Ce荧光粉的制备方法。
改性YAG:Ce荧光粉的制备方法，包括以下步骤：
A、将三聚氰胺溶于溶剂中，得到三聚氰胺溶液；
B、将YAG:Ce荧光粉与三聚氰胺溶液混匀，再加热除去溶剂，得到预处理YAG:Ce荧光粉；
C、再将预处理YAG:Ce荧光粉在450～650℃下加热2～4h，得到石墨相氮化碳包覆的荧光粉；
D、再将石墨相氮化碳包覆的荧光粉在真空或惰性气氛保护下加热到1100～1650℃，保温1～4h，然后冷却，得到改性YAG:Ce荧光粉。
其中，步骤A中，溶剂的作用是使三聚氰胺重新析出时能附着在荧光粉表面。若将三聚氰胺粉体与荧光粉直接混合，无此溶解重结晶的过程，将无法达到包覆目的，只成为机械混合物。因此本发明的溶剂只要能有效溶解三聚氰胺，且易于挥发都可用。本发明溶剂优选甲醇、乙二醇或吡啶，这三种溶剂对三聚氰胺均有一定溶解性且易挥发，只是不同溶剂需要的加热温度不同。为了充分溶解，且降低溶剂成本，优选溶剂为乙二醇；优选三聚氰胺与溶剂的质量体积比为0.5～4g:10～30mL。
本发明步骤B中，加热除去溶剂后，三聚氰胺会析出并附着在荧光粉表面。如果溶剂为乙二醇，除去乙二醇的加热温度优选为70℃。
经过步骤C的处理，三聚氰胺在荧光粉表面发生热缩聚反应生成石墨相氮化碳包覆于荧光粉表面。
为了提高改性YAG:Ce荧光粉的发光强度，优选的：三聚氰胺与YAG:Ce荧光粉的重量比为0.5～4:2；更优选的，三聚氰胺与YAG:Ce荧光粉的重量比为1～2:2；进一步优选的，三聚氰胺与YAG:Ce荧光粉的重量比为1.5～2:2。
本发明要将步骤C的反应温度控制在450～650℃范围内。温度低于450℃时，三聚氰胺缩聚不完全，有三聚氰胺残留；高于650℃时，氮化碳不稳定，会部分分解。
优选的，为了提高改性YAG:Ce荧光粉的发光强度，步骤C中：将预处理YAG:Ce荧光粉在580～650℃加热2～4h；进一步优选加热时间为3～4h；更优选的，加热温度为580℃，加热时间为3h。
步骤D中，惰性气氛包括N2、氦气等。
优选的，步骤D中：将石墨相氮化碳包覆的荧光粉在N2保护下加热。
本发明需要进行步骤D的热处理步骤，其目的是为了进一步提高石墨相氮化碳结晶度，从而提高改性YAG:Ce荧光粉的发光强度。未经热处理的包覆层中含有O和C杂质，O来自于包覆加热时环境中的O，C来自三聚氰胺缩聚时的副产物。热处理可以提高包覆层结晶度，并减少O和C残留。另外，在进行热处理时，氮化碳也会部分分解，使包覆层厚度减薄。
如果不进行步骤D的热处理的包覆荧光粉，强度反而会略有降低。
本发明步骤D需要控制热处理温度在1100～1650℃范围内。否则会导致包覆层的结晶度较差，杂质不能完全去除，从而影响材料的发光强度。
步骤D中，冷却为随炉冷却。
优选的，为了提高改性YAG:Ce荧光粉的发光强度，热处理温度在1100～1500℃范围内；更优选的，步骤D中：加热到1200～1500℃保温2～4h；更优选的，保温时间为3～4h；进一步优选的，保温时间为3h。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
将20mL乙二醇倒入烧杯，加热到70℃，再加入1.5g三聚氰胺，搅拌使其溶解；将2gYAG:Ce荧光粉加入溶液中。保持在70℃并搅拌直到乙二醇溶液基本挥发；移入氧化铝坩埚，在马弗炉中加热到580℃，保温3小时。随炉冷却后取出荧光粉，稍加研磨；将荧光粉放入真空碳管炉中，将炉内抽真空后充入N2作为保护气体；升温至1500℃，保温3小时。随炉冷却后取出荧光粉，即为石墨相氮化碳包覆的YAG:Ce荧光粉。
该产品在进行步骤D热处理前的SEM图见附图1，可见YAG荧光粉表面包覆上了一层30～50nm的石墨相氮化碳层。经过步骤D热处理后的产品的HRTEM图见附图2所示，包覆层减薄为3.49nm，包覆厚度总体在3～7nm。
该产品与未经任何处理的YAG:Ce荧光粉的激发与发射光谱对比，如图3所示。激发光谱监测波长λem＝537nm，发射光谱激发波长λex＝460nm。包覆处理后荧光粉发光强度提升了26％。
将该产品与蓝光LED封装制成白光LED器件，如图4所示。
实施例2～19
在实施例1的基础上，改变YAG:Ce荧光粉质量、三聚氰胺质量、氮化碳合成温度、氮化碳合成时间、热处理温度、热处理时间，得到不同条件下，石墨相氮化碳包覆的YAG：Ce荧光粉。其具体组分、合成条件和产物性质见表1。
对比例1
未经处理的YAG:Ce荧光粉，记为D1。
对比例2
将20mL乙二醇倒入烧杯，加热到70℃，再加入1.5g三聚氰胺，搅拌使其溶解；将2gYAG:Ce荧光粉加入溶液中。保持在70℃并搅拌直到乙二醇溶液基本挥发；移入氧化铝坩埚，在马弗炉中加热到580℃，保温3小时。随炉冷却后取出荧光粉，稍加研磨，得到石墨相氮化碳包覆的YAG:Ce荧光粉，记为D2。
试验例
下述产物的发光强度为在460nm蓝光激发下测得，测试仪器为HITACHI F-4600荧光分光光度计。为便于比较，以未经任何处理的YAG:Ce荧光粉发光强度为标准归一化。
表1YAG:Ce包覆方法，合成条件和产物的荧光性质
Figure BDA0002046928600000051
Figure BDA0002046928600000061

Claims (18)

1.改性YAG:Ce荧光粉，其特征在于，该荧光粉的结构为：石墨相氮化碳包覆在YAG:Ce荧光粉颗粒表面；所述石墨相氮化碳层的厚度≤30nm。
2.根据权利要求1所述的改性YAG:Ce荧光粉，其特征在于：石墨相氮化碳层的厚度为2～13nm。
3.根据权利要求2所述的改性YAG:Ce荧光粉，其特征在于：石墨相氮化碳层的厚度为3～7nm。
4.根据权利要求1～3任一项所述的改性YAG:Ce荧光粉，其特征在于：改性YAG:Ce荧光粉的发光强度为未改性YAG:Ce荧光粉的1.03～1.3倍。
5.根据权利要求4所述的改性YAG:Ce荧光粉，其特征在于：改性YAG:Ce荧光粉的发光强度为未改性YAG:Ce荧光粉的1.1～1.3倍。
6.根据权利要求4所述的改性YAG:Ce荧光粉，其特征在于：改性YAG:Ce荧光粉的发光强度为未改性YAG:Ce荧光粉的1.2～1.3倍。
7.权利要求1～6任一项所述的改性YAG:Ce荧光粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、将三聚氰胺溶于溶剂中，得到三聚氰胺溶液；
B、将YAG:Ce荧光粉与三聚氰胺溶液混匀，再加热除去溶剂，得到预处理YAG:Ce荧光粉；
C、再将预处理YAG:Ce荧光粉在450～650℃下加热2～4h，得到石墨相氮化碳包覆的荧光粉；
D、再将石墨相氮化碳包覆的荧光粉在真空或惰性气氛保护下加热到1100～1650℃，保温1～4h，然后冷却，得到改性YAG:Ce荧光粉。
8.根据权利要求7所述的改性YAG:Ce荧光粉的制备方法，其特征在于，步骤A中：所述溶剂为甲醇、乙二醇和吡啶中的任意一种。
9.根据权利要求8所述的改性YAG:Ce荧光粉的制备方法，其特征在于：所述溶剂为乙二醇。
10.根据权利要求7所述的改性YAG:Ce荧光粉的制备方法，其特征在于：三聚氰胺与YAG:Ce荧光粉的重量比为0.5～4:2。
11.根据权利要求10所述的改性YAG:Ce荧光粉的制备方法，其特征在于：三聚氰胺与YAG:Ce荧光粉的重量比为1～2:2。
12.根据权利要求11所述的改性YAG:Ce荧光粉的制备方法，其特征在于：三聚氰胺与YAG:Ce荧光粉的重量比为1.5～2:2。
13.根据权利要求7所述的改性YAG:Ce荧光粉的制备方法，其特征在于，步骤C中：将预处理YAG:Ce荧光粉在580～650℃加热。
14.根据权利要求13所述的改性YAG:Ce荧光粉的制备方法，其特征在于，加热温度为580℃，加热时间为3h。
15.根据权利要求7所述的改性YAG:Ce荧光粉的制备方法，其特征在于，步骤D中：将石墨相氮化碳包覆的荧光粉在N2保护下加热。
16.根据权利要求15所述的改性YAG:Ce荧光粉的制备方法，其特征在于，步骤D中：加热到1200～1500℃保温2～4h。
17.根据权利要求16所述的改性YAG:Ce荧光粉的制备方法，其特征在于，步骤D中：保温时间为3～4h。
18.根据权利要求17所述的改性YAG:Ce荧光粉的制备方法，其特征在于，步骤D中：保温时间为3h。
CN201910361297.7A 2019-04-30 2019-04-30 改性YAG:Ce荧光粉及其制备方法 Expired - Fee Related CN109943318B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910361297.7A CN109943318B (zh) 2019-04-30 2019-04-30 改性YAG:Ce荧光粉及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910361297.7A CN109943318B (zh) 2019-04-30 2019-04-30 改性YAG:Ce荧光粉及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109943318A CN109943318A (zh) 2019-06-28
CN109943318B true CN109943318B (zh) 2020-06-30

Family

ID=67016795

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910361297.7A Expired - Fee Related CN109943318B (zh) 2019-04-30 2019-04-30 改性YAG:Ce荧光粉及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109943318B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110396408B (zh) * 2019-07-19 2021-03-30 电子科技大学 一种小粒径YAG:Ce荧光粉的制备方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103374349A (zh) * 2013-08-05 2013-10-30 黑龙江大学 C3N4/Y2O3:Eu3+复合纳米管的制备方法
CN104891997B (zh) * 2015-05-27 2016-02-17 青岛大学 一种石墨相氮化碳/硫化钼复合材料的制备方法
CN105214099B (zh) * 2015-10-21 2017-11-28 哈尔滨工程大学 一种应用于光动力治疗的纳米复合材料及制备方法
CN106544017B (zh) * 2016-10-28 2018-11-27 南京工程学院 一种g-C3N4/MF复合结构荧光微球及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109943318A (zh) 2019-06-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhou et al. Single‐Crystal Red Phosphors and Their Core–Shell Structure for Improved Water‐Resistance for Laser Diodes Applications
Yang et al. Microstructure, and luminescence properties of LiBaPO4: Dy3+ phosphors with various Dy3+ concentrations prepared by microwave assisted sintering
Xin et al. Single-composition white-emitting NaSrBO 3: Ce 3+, Sm 3+, Tb 3+ phosphors for NUV light-emitting diodes
EP2093272B1 (en) Fluorescent substance and production method thereof, and light emitting device
US8926864B2 (en) Method of producing β-SiAION, β-SiAION, and products using the same
CN107056070B (zh) 一种透明Ce：YAG玻璃陶瓷及其制备方法
Praveena et al. Sol–gel synthesis and thermal stability of luminescence of Lu3Al5O12: Ce3+ nano-garnet
Zhang et al. Robust YAG: Ce single crystal for ultra-high efficiency laser lighting
WO2012071746A1 (zh) 红色荧光体及其制备方法
WO2011055665A1 (ja) β型サイアロン蛍光体の製造方法
CN102391861B (zh) 一种氮化合物发光材料及其制法以及由其制成的照明光源
WO2019153760A1 (zh) 一种氮化物发光材料及包含其的发光装置
Song et al. Structure and white LED properties of Ce-doped YAG-Al 2 O 3 eutectics grown by the micro-pulling-down method
US8796722B2 (en) Light-emitting material of nitrogen compound, preparation process thereof and illumination source manufactured therefrom
Yuan et al. Rapid, convenient and low-energy preparation of spherical rare earth doped YAG phosphors by a laser sintering method
Zhang et al. Color tunable of Ln-MOFs (Ln= Tb, Eu) and excellent stability for white light-emitting diode
Yang et al. High thermal stability phosphor: Red-emitting LiBaPO4: Sm3+
Wang et al. High-performance and heat-resistant Ce: YAG phosphor in glass for laser lighting
Zheng et al. Dy3+/Ce3+ codoped YAG transparent ceramics for single‐composition tunable white‐light phosphor
CN112094110A (zh) 一种Al2O3-YAG:Ce3+复相荧光陶瓷的制备方法
CN109943318B (zh) 改性YAG:Ce荧光粉及其制备方法
Tian et al. Enhanced luminescence and thermal stability of (Sr, Ca) AlSiN3: Eu2+ via superficial organic carbon modification
Xiumei et al. The photoluminescent properties of Y2O3: Bi3+, Eu3+, Dy3+ phosphors for white-light-emitting diodes
CN109370588B (zh) 半导体发光用的氮化物荧光粉及其制备方法和发光装置
Liu et al. Synthesis and characterization of novel blue emitting Na 2 CaSiO 4: Ce 3+ phosphor

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20200630

Termination date: 20210430