CN110746970A - 一种Ga3+/Ce3+共掺GdAG多色荧光粉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一种Ga³⁺/Ce³⁺共掺GdAG多色荧光粉的合成方法，其化学式组成为Gd₃(Al_1‑xGa_x)₅O₁₂:0.01Ce³⁺，该荧光粉是以硝酸钆、硝酸镓、硝酸铝和硝酸铈按一定比例混合得到母盐，将其滴入一定浓度的NH₄HCO₃溶液中，所得沉淀经离心、洗涤和干燥后得到前驱体粉末，最终经过煅烧得到形貌可控的Ga³⁺/Ce³⁺共掺GdAG多色荧光粉。本发明所制备的多色荧光粉的荧光性能优异，有望在新一代荧光粉应用在照明领域中发挥着重要的作用。

Description

一种Ga3+/Ce3+共掺GdAG多色荧光粉

技术领域

本发明涉及一种应用于照明和显示等领域的多色荧光粉的制备，其荧光粉的发光色可控。

背景技术

随着高新科技的飞速发展，特别是场发射显示技术(FED)和等离子显示技术(PDP)的发展，使得对荧光粉的发光效率、稳定性及颗粒尺寸又提出了更高的要求。在荧光材料领域，虽然GdAG:Ce³⁺呈现优异的黄色荧光发射，但仍不能满足在光学仪器等领域的应用，开发更高性能的荧光粉显得迫在眉睫。

Gd 作为稀土元素中较为特殊的一种，其 4f 亚层电子处于半充满状态，亦适宜用作发光基质材料。除此之外，其在~275 nm (⁸S_7/2→⁶I_J)处的特征发射峰与众多稀土激活离子的吸收带发生重叠，可将自身部分或全部能量传递给激活剂离子并增强其发光。较YAG和 LuAG 相比，GdAG基荧光材料具有更加优异的荧光性能。Ga³⁺掺入部分取代Al³⁺能够降低导带底能级，淹没部分浅陷阱能级，部分消除反位缺陷，调整Ce³⁺离子的能级位置与能带结构，使得荧光粉的发光色发生变化。

发明内容

本发明需要解决的问题是，通过调节Ga³⁺的掺入浓度，实现荧光粉发光色由橙黄色到黄绿色的转变。

为实现以上目的，本发明采用以下方案：

一种Ga³⁺/Ce³⁺共掺 GdAG多色荧光粉，制备方法包括以下步骤：

(1)将稀土氧化物(Gd₂O₃和CeO₂)溶于热硝酸中配置成稀土硝酸盐；

(2)将Gd³⁺、Al³⁺、Ga³⁺和Ce³⁺按摩尔比为0.27 : 5-5x : 5x: 0.03(x=0.1-0.8)量取稀土硝酸盐、硝酸镓和硝酸铝，以去离子水补充使溶液达到150mL，混合均匀得到母盐；

(3)室温下将步骤(2)的母盐溶液滴加到一定浓度的NH₄HCO₃沉淀剂溶液中，所得沉淀经离心、洗涤和干燥后得到前驱体粉末；

(4)将步骤(3)中的前驱体粉末在高温下进行煅烧，获得该系多色荧光粉。

附图说明

图1是不同Ga³⁺离子的掺杂浓度下的Gd₃(Al_1-xGa_x)₅O₁₂ :0.01Ce³⁺ (x=0.1-0.8)前驱体经1500 ^oC煅烧后的FE-SEM图。

图2是不同Ga³⁺离子的掺杂浓度下的Gd₃(Al_1-xGa_x)₅O₁₂ :0.01Ce³⁺ (x=0.1-0.8)荧光粉在450nm激发下的发射光谱。

下面通过具体的实例，进一步阐述本发明。

实例一

一种Ga³⁺/Ce³⁺共掺 GdAG多色荧光粉，制备方法包括以下步骤：

(1)将稀土氧化物(Gd₂O₃和CeO₂)溶于热硝酸中配置成稀土硝酸盐；

(2)将Gd³⁺、Al³⁺、Ga³⁺和Ce³⁺按摩尔比为0.27 : 4.5 : 0.5: 0.03量取稀土硝酸盐、硝酸镓和硝酸铝，以去离子水补充使溶液达到150mL，混合均匀得到母盐；

(3)室温下将步骤(2)的母盐溶液滴加到一定浓度的NH₄HCO₃沉淀剂溶液中，所得沉淀经离心、洗涤和干燥后得到前驱体粉末；

(4)将步骤(3)中的前驱体粉末在高温下进行煅烧，获得该系荧光粉。

实例二

本实施案例与实例一的实施步骤的不同之处在于，将步骤(2)中的Gd³⁺、Al³⁺、Ga³⁺和Ce^{3 +}按摩尔比为0.27 : 4 : 1: 0.03，其他条件均与实例一相同。

实例三

本实施案例与实例一的实施步骤的不同之处在于，将步骤(2)中的Gd³⁺、Al³⁺、Ga³⁺和Ce^{3 +}按摩尔比为0.27 : 3 : 2: 0.03，其他条件均与实例一相同。

实例四

本实施案例与实例一的实施步骤的不同之处在于，将步骤(2)中的Gd³⁺、Al³⁺、Ga³⁺和Ce^{3 +}按摩尔比为0.27 : 2 : 3: 0.03，其他条件均与实例一相同。

实例五

本实施案例与实例一的实施步骤的不同之处在于，将步骤(2)中的Gd³⁺、Al³⁺、Ga³⁺和Ce^{3 +}按摩尔比为0.27 : 1 : 4: 0.03，其他条件均与实例一相同。

实例六

本实施案例与实例一的实施步骤的不同之处在于，将步骤(2)中的Gd³⁺、Al³⁺和Ce³⁺按摩尔比为0.27 : 5: 0.03，其他条件均与实例一相同。

图1反应的是不同Ga³⁺离子掺杂浓度下Gd₃(Al_1-xGa_x)₅O₁₂ :0.01Ce³⁺ (x=0.1-0.8)荧光粉的。由图可知，随着温度升高至 1300 ^oC，颗粒逐渐长大，且颗粒与颗粒之间出现了明显的烧结颈，颗粒粒径为~2μm，保持良好的分散性。对比不同 Ga³⁺含量掺杂的样品可知，Ga³⁺离子的掺杂并未明显改变荧光颗粒的形貌和尺寸。

图2反映的不同Ga³⁺离子的掺杂浓度对Gd₃(Al_1-xGa_x)₅O₁₂ :0.01Ce³⁺ (x=0.1-0.8)荧光粉的荧光性能的影响 (λ_ex=452 nm)。一方面，由图中可知，在Ce³⁺离子的452 nm 激发下，其发射光谱表现出 Ce³⁺的 5d-4f 特征发射峰，且随着Ga³⁺离子掺杂浓度的逐渐增加，Ce³⁺的发射峰出现蓝移现象，使得Gd₃(Al_1-xGa_x)₅O₁₂ :0.01Ce³⁺ (x=0.1-0.8)荧光粉的发光色由橙黄色到黄绿色的转变，当调节黄蓝光在一定比例时可直接得到白光发射，因此在白光 LED 方面具有巨大的应用前景。

Claims (5)

1.一种Ga³⁺/Ce³⁺共掺 GdAG多色荧光粉，其特征在于其化学式组成Gd₃(Al_1-xGa_x)₅O₁₂ :0.01Ce³⁺，其中x=0.1-0.8。

2. 根据权利要求书1所述的一种Ga³⁺/Ce³⁺共掺 GdAG多色荧光粉，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将稀土氧化物(Gd₂O₃和CeO₂)溶于热硝酸中配置成稀土硝酸盐；

(2)将Gd³⁺、Al³⁺ 、Ga³⁺和Ce³⁺按摩尔比为0.27 : 5-5x : 5x: 0.03(x=0.1-0.8)量取稀土硝酸盐、硝酸镓和硝酸铝，以去离子水补充使溶液达到150mL，混合均匀得到母盐；

(3)室温下将步骤(2)的母盐溶液滴加到一定浓度的NH₄HCO₃沉淀剂溶液中，所得沉淀经离心、洗涤和干燥后得到前驱体粉末；

(4)将步骤(3)中的前驱体粉末在高温下进行煅烧，获得该系多色荧光粉。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中Ce³⁺的最佳浓度为0.01M。

4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)的母盐溶液滴加速率为5mL/min,反应的时效时间为30min。

5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)前驱体先在空气的气氛下1500 ^oC下煅烧4h，而后在Ar/H₂ (20 Vol. % H₂) 的气氛下经1100 ^oC下煅烧还原4h。

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