CN110157415A - 一种锌基双钙钛矿红色荧光粉及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锌基双钙钛矿红色荧光粉及其制备方法与应用，该荧光粉的化学式为：(Zn_1‑xEu_x)₃BO₆，其中，B＝W或Mo，x为Eu³⁺的掺杂浓度，0.4≤x≤0.6；分别称取ZnCO₃、(NH₄)₆Mo₇O₂₄或(NH₄)₁₀W₁₂O₄₁、Eu(NO₃)₃粉体作为反应原料，称取NH₄Cl作为助熔剂，研磨直至混合均匀，研磨后的粉体置于刚玉坩埚中，放入马弗炉中在空气气氛下煅烧，煅烧温度为900～1100℃，保温时间为4～7h；自然冷却至室温，即制得。该荧光粉在近紫外(350～370nm)或蓝光(465nm)附近激发下可以发射614～617nm附近的纯正红光，发光效率高达35～42％，色纯度好，适用于制备白光LED照明器件。本发明的制备方法简单，相形成温度低，在加入助熔剂后，颗粒发育为近球形颗粒状，无需进一步球磨分级，适合在LED中封装使用。

Description

一种锌基双钙钛矿红色荧光粉及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于稀土发光材料技术领域，涉及一种红色荧光粉，具体涉及一种锌基双钙钛矿红色荧光粉及其制备方法与应用。

背景技术

随着人类工业化的进程的不断推进，能源问题逐渐成为影响现代文明发展的重要因素。其中，最主要的问题就是能源的枯竭和利用率低。传统的照明技术，能量利用率低，寿命短，为了实现对未来的可持续发展，节能环保成为目前主流研究方向。

高性能白光发光二极管(White Light Emitting Diode,WLED)是目前照明光源发展的方向，以其寿命长、效率高、抗恶劣环境、环保、节能、安全等优点得到国内外的广泛关注。作为特殊的高显指、高光效白光光源，WLED已经被广泛应用在户外照明、室内照明等领域。目前，制备高性能WLED主要采用两种方式：一是近紫外芯片激发三基色荧光粉；二是将蓝光芯片配合黄色荧光粉。由于工艺简单、成本较低，目前商业广泛采用第二种方案，即基于蓝光芯片InGaN和YAG:Ce荧光粉的方案。但是这种方案产生的白光由于红光缺失，显色指数较低，仍需要高效稳定的红色荧光粉。综合来看，红色荧光粉的市场需求很高，但是在制备工艺和发光效率上存在一些不足，严重制约着WLED的进一步应用。

氮化物体系红色荧光粉，是商用荧光粉的代表，然而其制备需要苛刻的条件：高的煅烧温度、N₂气氛的保护以及气压的恒定等等；同时，设备和成本的投入极大制约了氮化物体系荧光粉的工业化发展。另外硫(氧)化物体系、钛酸盐体系、钨钼酸盐体系等体系红色荧光粉也存在一些问题：硫(氧)化物体系性能很不稳定，易潮解；钛酸盐体系红色荧光粉目前三价稀土离子的掺杂不能完全受实验控制，而电荷补偿剂的加入，易使发光中心掺杂浓度受影响，甚至产生猝灭，从而大大限制了该类材料的发光效率。因此开发新型的红色荧光粉势在必行。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种锌基双钙钛矿红色荧光粉，发光效率高。

本发明的目的之二是提供上述锌基双钙钛矿红色荧光粉的制备方法，工艺简单、耗能少、生产成本低。

本发明的目的之三是提供上述锌基双钙钛矿红色荧光粉的应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种锌基双钙钛矿红色荧光粉，其化学式如下：(Zn_1-xEu_x)₃BO₆，其中，B＝W或Mo，x为Eu³⁺的掺杂浓度，0.4≤x≤0.6。

基质材料是具有双钙钛矿结构的Zn₃BO₆(B＝W或Mo)，Eu³⁺为掺杂离子。

本发明还提供上述锌基双钙钛矿红色荧光粉的制备方法，具体步骤如下：

(1)按照(Zn_1-xEu_x)₃BO₆，其中，B＝W或Mo，0.4≤x≤0.6的化学计量比分别称取ZnCO₃、(NH₄)₆Mo₇O₂₄或(NH₄)₁₀W₁₂O₄₁、Eu(NO₃)₃粉体作为反应原料，称取NH₄Cl作为助熔剂，助熔剂添加量为原料粉体总质量的2wt.％～5wt.％；

(2)将称量的各原料粉体和助熔剂依次加入玛瑙研钵中，研磨直至混合均匀；

(3)将研磨后的粉体置于刚玉坩埚中，放入马弗炉中在空气气氛下煅烧，煅烧温度为900～1100℃，保温时间为4～7h；自然冷却至室温，即制得锌基双钙钛矿红色荧光粉。

优选的，步骤(2)中所述研磨的时间为30min～120min。

优选的，步骤(2)中所述煅烧过程的升温速率为3～6℃/min。

本发明还提供上述锌基双钙钛矿红色荧光粉在制备白光LED照明器件中的应用。

该荧光粉在近紫外(350～370nm)或蓝光(465nm)附近激发下可以发射614～617nm附近的纯正红光，发光效率高达35～42％，色纯度好，约96～98％，非常适用于制备白光LED照明器件。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、(Zn_1-xEu_x)₃BO₆为双钙钛矿结构，该结构B位Zn与W间隔排列，Zn位置呈层状排列，可有效使掺入的Eu离子距离较远，发生相互作用概率低，发光猝灭浓度高，最高达60％，发光效率高。

2、(Zn_1-xEu_x)₃BO₆双钙钛矿结构中，Zn分别占据双钙钛矿的A、B位，掺入的Eu取代Zn，亦可以占据钙钛矿结构中的A、B位置，发光中心多样化，电偶极跃迁宇称能级禁戒跃迁被打破，红光纯正，色纯度高。

3、基质材料中含有Zn，在加入助熔剂后，相形成温度低，可以在900-1100℃煅烧下即可获得纯相，对设备要求低，节能。同时，任意Eu掺杂浓度下均形成钙钛矿结构，不产生杂相。

4、在加入助熔剂后，颗粒发育为近球形颗粒状，无需进一步球磨分级，适合在LED中封装使用。

附图说明

图1为本发明实施例1制备所制备锌基双钙钛矿红色荧光粉的X射线衍射图谱；

图2为本发明实施例1所制备锌基双钙钛矿红色荧光粉的激发光谱图；

图3为本发明实施例1制备所制备锌基双钙钛矿红色荧光粉分别在蓝光、近紫外光激发下的发射光谱图；

图4为本发明实施例1制备所制备锌基双钙钛矿红色荧光粉的SEM图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

(1)按照(Zn_0.5Eu_0.5)₃MoO₆中各元素的化学计量比分别称取ZnCO₃、(NH₄)₆Mo₇O₂₄、Eu(NO₃)₃粉体作为反应原料，添加的3wt.％的NH₄Cl作为助熔剂；

(2)将助熔剂以及其它按化学计量比称量的原料粉依次加入玛瑙研钵中，研磨60min，混合均匀；

(3)将样品置于刚玉坩埚中，放入马弗炉中在1000℃下煅烧，升温速率为5℃/min，保温时间为5h。

参见附图1，它是本实施例制备的样品的X射线粉末衍射图谱；XRD测试结果显示，所制备的样品结晶度较好，为Zn₃MoO₆单相材料，无杂相。

参见附图2，它是本实施例制备的样品在监测发射光617纳米下得到的激发光谱图，从图中可以看出，该材料的红色发光的激发来源主要在250～490纳米之间的紫外至蓝光区域。

参见附图3，它是本实施例制备的样品分别在蓝光、近紫外光激发下的发射光谱图，从图中可以看出，在465nm蓝光激发下，发射615nm左右的红光；在350nm近紫外光激发下，发射616nm左右的红光。发光效率高达42％、色纯度为98％、发光猝灭浓度高达57％。

参见附图4，它是按本实施例制备的样品的SEM图，所得样品颗粒尺寸的大小在1～10μm，发育为近球形颗粒状，无需进一步球磨分级，适合在LED中封装使用。

实施例2

(1)按照(Zn_0.4Eu_0.6)₃MoO₆中各元素的化学计量比分别称取ZnCO₃、(NH₄)₆Mo₇O₂₄、Eu(NO₃)₃粉体作为反应原料，添加的2wt.％的NH₄Cl作为助熔剂；

(2)将助熔剂以及其它按化学计量比称量的原料粉依次加入玛瑙研钵中，研磨30min，混合均匀；

(3)将样品置于刚玉坩埚中，放入马弗炉中在900℃下煅烧，升温速率为3℃/min，保温时间为4h。

本实施例制备的荧光粉的无杂相；可有效被蓝光激发，在465nm蓝光激发下，发射614nm左右的红光；在350nm近紫外光激发下，发射615nm左右的红光。发光效率高达35％、色纯度为96％、发光猝灭浓度高达57％；同时颗粒尺寸的大小在1～10μm，发育为近球形颗粒状，无需进一步球磨分级，适合在LED中封装使用。

实施例3

(1)按照(Zn_0.4Eu_0.6)₃MoO₆中各元素的化学计量比分别称取ZnCO₃、(NH₄)₆Mo₇O₂₄、Eu(NO₃)₃粉体作为反应原料，添加的5wt.％的NH₄Cl作为助熔剂；

(2)将助熔剂以及其它按化学计量比称量的原料粉依次加入玛瑙研钵中，研磨120min，混合均匀；

(3)将样品置于刚玉坩埚中，放入马弗炉中在1100℃下煅烧，升温速率为6℃/min，保温时间为7h。

本实施例制备的荧光粉的无杂相；可有效被蓝光激发，在465nm蓝光激发下，发射615nm左右的红光；在350nm近紫外光激发下，发射616nm左右的红光。发光效率高达41％、色纯度为97％、发光猝灭浓度高达57％；同时颗粒尺寸的大小在1～10μm，发育为近球形颗粒状，无需进一步球磨分级，适合在LED中封装使用。

实施例4

(1)按照(Zn_0.6Eu_0.4)₃WO₆中各元素的化学计量比分别称取ZnCO₃、(NH₄)₁₀W₁₂O₄₁、Eu(NO₃)₃粉体作为反应原料，添加的2wt.％的NH₄Cl作为助熔剂；

(2)将助熔剂以及其它按化学计量比称量的原料粉依次加入玛瑙研钵中，研磨30min，混合均匀；

(3)将样品置于刚玉坩埚中，放入马弗炉中在900℃下煅烧，升温速率为3℃/min，保温时间为4h。

本实施例制备的荧光粉的无杂相；可有效被蓝光激发，在465nm蓝光激发下，发射614nm左右的红光；在350nm近紫外光激发下，发射615nm左右的红光。发光效率高达35％、色纯度为96％、发光猝灭浓度高达57％；同时颗粒尺寸的大小在1～10μm，发育为近球形颗粒状，无需进一步球磨分级，适合在LED中封装使用。

实施例5

(1)按照(Zn_0.5Eu_0.5)₃WO₆中各元素的化学计量比分别称取ZnCO₃、(NH₄)₁₀W₁₂O₄₁、Eu(NO₃)₃粉体作为反应原料，添加的3wt.％的NH₄Cl作为助熔剂；

(2)将助熔剂以及其它按化学计量比称量的原料粉依次加入玛瑙研钵中，研磨60min，混合均匀；

(3)将样品置于刚玉坩埚中，放入马弗炉中在1000℃下煅烧，升温速率为5℃/min，保温时间为5h。

本实施例制备的荧光粉的无杂相；可有效被蓝光激发，在465nm蓝光激发下，发射615nm左右的红光；在350nm近紫外光激发下，发射616nm左右的红光。发光效率高达42％、色纯度高、发光猝灭浓度高达57％；同时颗粒尺寸的大小在1～10μm，发育为近球形颗粒状，无需进一步球磨分级，适合在LED中封装使用。

实施例6

(1)按照(Zn_0.4Eu_0.6)₃WO₆中各元素的化学计量比分别称取ZnCO₃、(NH₄)₁₀W₁₂O₄₁、Eu(NO₃)₃粉体作为反应原料，添加的5wt.％的NH₄Cl作为助熔剂；

(2)将助熔剂以及其它按化学计量比称量的原料粉依次加入玛瑙研钵中，研磨120min，混合均匀；

(3)将样品置于刚玉坩埚中，放入马弗炉中在1100℃下煅烧，升温速率为6℃/min，保温时间为7h。

本实施例制备的荧光粉的无杂相；可有效被蓝光激发，在465nm蓝光激发下，发射614nm左右的红光；在350nm近紫外光激发下，发射615nm左右的红光。发光效率高达40％、色纯度为97％、发光猝灭浓度高达57％；同时颗粒尺寸的大小在1～10μm，发育为近球形颗粒状，无需进一步球磨分级，适合在LED中封装使用。

Claims (5)

1.一种锌基双钙钛矿红色荧光粉，其特征在于，其化学式如下：(Zn_1-xEu_x)₃BO₆，其中，B＝W或Mo，x为Eu³⁺的掺杂浓度，0.4≤x≤0.6。

2.一种权利要求1所述的锌基双钙钛矿红色荧光粉的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

(1)按照(Zn_1-xEu_x)₃BO₆，其中，B＝W或Mo，0.4≤x≤0.6的化学计量比分别称取ZnCO₃、(NH₄)₆Mo₇O₂₄或(NH₄)₁₀W₁₂O₄₁、Eu(NO₃)₃粉体作为反应原料，称取NH₄Cl作为助熔剂，助熔剂添加量为原料粉体总质量的2wt.％～5wt.％；

(2)将称量的各原料粉体和助熔剂依次加入玛瑙研钵中，研磨直至混合均匀；

(3)将研磨后的粉体置于刚玉坩埚中，放入马弗炉中在空气气氛下煅烧，煅烧温度为900～1100℃，保温时间为4～7h；自然冷却至室温，即制得锌基双钙钛矿红色荧光粉。

3.根据权利要求2所述的锌基双钙钛矿红色荧光粉的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述研磨的时间为30min～120min。

4.根据权利要求2所述的锌基双钙钛矿红色荧光粉的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述煅烧过程的升温速率为3～6℃/min。

5.权利要求1所述的锌基双钙钛矿红色荧光粉在制备白光LED照明器件中的应用。