CN110804438A - 一种光色可调尖晶石荧光粉及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光色可调尖晶石荧光粉及其制备方法和应用。本发明的尖晶石荧光粉的化学表达式为ZnAl2‑xO4:xMn，0<x<0.005，且该荧光粉在制备过程中添加了用于调节Mn2+和Mn4+相对含量的Li基电荷调节剂。本发明的光色可调尖晶石荧光粉的制备方法包括以下步骤：按照Zn、Al和Mn的摩尔比称取ZnO、Al2O3和MnCO3，再加入Li基电荷调节剂，充分研磨均匀，再进行焙烧。本发明的尖晶石荧光粉的光色可以在
Figure DDA0002233636430000011
范围内调节，进而可以满足各种类型的光源需求，且其制备工艺简单、成本低廉、环境友好，可以广泛应用于LED照明和显示、荧光温度传感等多个方面。

Description

一种光色可调尖晶石荧光粉及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种光色可调尖晶石荧光粉及其制备方法和应用，属于发光材料技术领域。
背景技术
荧光材料是一种光致发光材料，广泛应用于照明、染料、增白剂、涂料、化学分析、太阳能电池、防伪、激光等领域，尤其是在照明领域(LED显示、照明光源)发挥着至关重要的作用。
白光LED是一种将电能转换为白光的固态半导体器件，具有效率高、体积小、寿命长、安全、节能、环保等诸多优点，是继白炽灯、荧光灯、高压气体放电灯之后的第四代照明光源，必将成为未来照明市场上的主流产品。荧光粉的光谱、稳定性、量子效率等直接关系到白光LED的显色指数、使用寿命和应用范围。所以，实现荧光粉的光色调节具有十分重要的意义。
过渡金属离子Mn2+和Mn4+是优良的发光激活离子，其光效高、成本低、储量可观，具有巨大的发展潜力。目前在针对ZnAl2O4尖晶石体系的研究中，由于Mn4+的自还原现象，最终产物往往为发绿光的尖晶石荧光粉ZnAl2O4:Mn2+，极难得到Mn4+激活的发红光的尖晶石荧光粉，更别说实现光色调节。
因此，有必要开发一种光色可调的尖晶石荧光粉，用以满足各种类型的光源需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光色可调尖晶石荧光粉及其制备方法和应用。
本发明所采取的技术方案是：
一种光色可调尖晶石荧光粉，其化学表达式为ZnAl2-xO4:xMn，0<x<0.005，且该荧光粉在制备过程中添加了用于调节Mn2+和Mn4+相对含量的Li基电荷调节剂。
优选的，一种光色可调尖晶石荧光粉，其化学表达式为ZnAl1.998O4:0.002Mn，且该荧光粉在制备过程中添加了用于调节Mn2+和Mn4+相对含量的Li基电荷调节剂。
优选的，所述Li基电荷调节剂为Li2CO3、LiF中的至少一种。
上述光色可调尖晶石荧光粉的制备方法包括以下步骤：按照Zn、Al和Mn的摩尔比称取ZnO、Al2O3和MnCO3，再加入Li基电荷调节剂，充分研磨均匀，再进行焙烧，得到光色可调尖晶石荧光粉。
优选的，所述Li基电荷调节剂的添加量为ZnO、Al2O3和MnCO3总质量的0～20％。
优选的，所述焙烧的温度为1200～1800℃，焙烧时间为3～7h。
进一步优选的，所述焙烧的温度为1500℃，焙烧时间为5h。
优选的，所述焙烧在空气气氛中进行。
一种LED灯，含有上述光色可调尖晶石荧光粉。
一种荧光温度传感器，含有上述光色可调尖晶石荧光粉。
本发明的有益效果是：本发明的尖晶石荧光粉的光色可以在
Figure BDA0002233636410000021
范围内调节，进而可以满足各种类型的光源需求，且其制备工艺简单、成本低廉、环境友好，可以广泛应用于LED照明和显示、荧光温度传感等多个方面。
1)本发明通过调节Li基电荷调节剂的加入量来调节荧光粉中Mn2+和Mn4+的相对含量，进而调节荧光粉红绿光的光强比，发出在
Figure BDA0002233636410000022
范围内可调的光色，满足各种类型的光源需求，简便有效；
2)本发明没有使用稀土化合物或氟化氢作为原料，成本低廉，而且对环境友好；
3)本发明通过高温固相法制备尖晶石荧光粉，技术成熟，操作简便，更容易实现大规模的生产。
附图说明
图1为实施例1的尖晶石荧光粉ZnAl1.998O4:0.002Mn(0wt％Li2CO3/LiF)的X射线衍射图。
图2为实施例1的尖晶石荧光粉ZnAl1.998O4:0.002Mn(0wt％Li2CO3/LiF)在波长440nm的光激发下的发射光谱图。
图3为实施例2的尖晶石荧光粉ZnAl1.998O4:0.002Mn(8wt％Li2CO3)的X射线衍射图。
图4为实施例2的尖晶石荧光粉ZnAl1.998O4:0.002Mn(8wt％Li2CO3)在波长440nm的光激发下的发射光谱图。
图5为实施例3的尖晶石荧光粉ZnAl1.998O4:0.002Mn(15wt％Li2CO3)的X射线衍射图。
图6为实施例3的尖晶石荧光粉ZnAl1.998O4:0.002Mn(15wt％Li2CO3)在波长440nm的光激发下的发射光谱图。
图7为实施例4的尖晶石荧光粉ZnAl1.998O4:0.002Mn(15wt％LiF)的X射线衍射图。
图8为实施例4的尖晶石荧光粉ZnAl1.998O4:0.002Mn(15wt％LiF)在波长440nm的光激发下的发射光谱图。
图9为实施例5的尖晶石荧光粉ZnAl1.998O4:0.002Mn(20wt％LiF)的X射线衍射图。
图10为实施例5的尖晶石荧光粉ZnAl1.998O4:0.002Mn(20wt％LiF)在波长440nm的光激发下的发射光谱图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的解释和说明。
实施例1：
一种尖晶石荧光粉ZnAl1.998O4:0.002Mn(0wt％Li2CO3/LiF)，其制备方法包括以下步骤：
将0.4070g的ZnO、0.5093g的Al2O3和0.0011g的MnCO3加入研钵，研磨30min，再将研磨后的混合物置于坩埚中，在空气气氛中升温至1500℃，焙烧5h，冷却至室温，取出，研磨，得到尖晶石荧光粉ZnAl1.998O4:0.002Mn(0wt％Li2CO3/LiF)。
尖晶石荧光粉ZnAl1.998O4:0.002Mn(0wt％Li2CO3/LiF)的X射线衍射图如图1所示，在波长440nm的光激发下的发射光谱图如图2所示。
由图1可知：尖晶石荧光粉ZnAl1.998O4:0.002Mn(0wt％Li2CO3/LiF)的衍射峰与ZnAl2O4标准卡片(PDF#82-1043)很好地吻合，说明其晶体结构与ZnAl2O4相同，无杂质。
由图2可知：当用波长440nm的光激发时，尖晶石荧光粉ZnAl1.998O4:0.002Mn(0wt％Li2CO3/LiF)在511nm处有强的绿光发射，无红光发射。
实施例2：
一种尖晶石荧光粉ZnAl1.998O4:0.002Mn(8wt％Li2CO3)，其制备方法包括以下步骤：
将0.4070g的ZnO、0.5093g的Al2O3、0.0011g的MnCO3和0.0734g的Li2CO3加入研钵，研磨30min，再将研磨后的混合物置于坩埚中，在空气气氛中升温至1500℃，焙烧5h，冷却至室温，取出，研磨，得到尖晶石荧光粉ZnAl1.998O4:0.002Mn(8wt％Li2CO3)。
尖晶石荧光粉ZnAl1.998O4:0.002Mn(8wt％Li2CO3)的X射线衍射图如图3所示，在波长440nm的光激发下的发射光谱图如图4所示。
由图3可知：尖晶石荧光粉ZnAl1.998O4:0.002Mn(8wt％Li2CO3)的衍射峰与ZnAl2O4标准卡片(PDF#82-1043)很好地吻合，说明其晶体结构与ZnAl2O4相同，无杂质。
由图4可知：当用波长440nm的光激发时，尖晶石荧光粉ZnAl1.998O4:0.002Mn(8wt％Li2CO3)在511nm处有明显绿光发射，为Mn2+特征发射，同时，在651nm处有窄带红光发射，为Mn4+特征发射。
尖晶石荧光粉ZnAl1.998O4:0.002Mn(8wt％Li2CO3)可以用于实现灵敏的温度探测。
实施例3：
一种尖晶石荧光粉ZnAl1.998O4:0.002Mn(15wt％Li2CO3)，其制备方法包括以下步骤：
将0.4070g的ZnO、0.5093g的Al2O3、0.0011g的MnCO3和0.1376g的Li2CO3加入研钵，研磨30min，再将研磨后的混合物置于坩埚中，在空气气氛中升温至1500℃，焙烧5h，冷却至室温，取出，研磨，得到尖晶石荧光粉ZnAl1.998O4:0.002Mn(15wt％Li2CO3)。
尖晶石荧光粉ZnAl1.998O4:0.002Mn(15wt％Li2CO3)的X射线衍射图如图5所示，在波长440nm的光激发下的发射光谱图如图6所示。
由图5可知：尖晶石荧光粉ZnAl1.998O4:0.002Mn(15wt％Li2CO3)的衍射峰与ZnAl2O4标准卡片(PDF#82-1043)很好地吻合，说明其晶体结构与ZnAl2O4相同，无杂质。
由图6可知：当用波长440nm的光激发时，尖晶石荧光粉ZnAl1.998O4:0.002Mn(15wt％Li2CO3)在651nm处有窄带红光发射，为Mn4+特征发射，基本无绿光发射。
尖晶石荧光粉ZnAl1.998O4:0.002Mn(15wt％Li2CO3)应用于白光LED，可以实现低色温、高显指暖白光发射。
实施例4：
一种尖晶石荧光粉ZnAl1.998O4:0.002Mn(15wt％LiF)，其制备方法包括以下步骤：
将0.4070g的ZnO、0.5093g的Al2O3、0.0011g的MnCO3和0.1376g的LiF加入研钵，研磨30min，再将研磨后的混合物置于坩埚中，在空气气氛中升温至1500℃，焙烧5h，冷却至室温，取出，研磨，得到尖晶石荧光粉ZnAl1.998O4:0.002Mn(15wt％LiF)。
尖晶石荧光粉ZnAl1.998O4:0.002Mn(15wt％LiF)的X射线衍射图如图7所示，在波长440nm的光激发下的发射光谱图如图8所示。
由图7可知：尖晶石荧光粉ZnAl1.998O4:0.002Mn(15wt％LiF)的衍射峰与ZnAl2O4标准卡片(PDF#82-1043)很好地吻合，说明其晶体结构与ZnAl2O4相同，无杂质。
由图8可知：当用波长440nm的光激发时，尖晶石荧光粉ZnAl1.998O4:0.002Mn(15wt％LiF)不仅在511nm处有明显Mn2+的绿光发射，而且在651nm处有Mn4+的窄带红光发射。
尖晶石荧光粉ZnAl1.998O4:0.002Mn(15wt％LiF)可以用于实现灵敏的温度探测。
实施例5：
一种尖晶石荧光粉ZnAl1.998O4:0.002Mn(20wt％LiF)，其制备方法包括以下步骤：
将0.4070g的ZnO、0.5093g的Al2O3、0.0011g的MnCO3和0.1835g的LiF加入研钵，再将研磨后的混合物置于坩埚中，在空气气氛中升温至1500℃，焙烧5h，冷却至室温，取出，研磨，得到尖晶石荧光粉ZnAl1.998O4:0.002Mn(20wt％LiF)。
尖晶石荧光粉ZnAl1.998O4:0.002Mn(20wt％LiF)的X射线衍射图如图9所示，在波长440nm的光激发下的发射光谱图如图10所示。
由图9可知：尖晶石荧光粉ZnAl1.998O4:0.002Mn(20wt％LiF)的衍射峰与ZnAl2O4标准卡片(PDF#82-1043)很好地吻合，说明其晶体结构与ZnAl2O4相同，无杂质。
由图10可知：当用波长440nm的光激发时，尖晶石荧光粉ZnAl1.998O4:0.002Mn(20wt％LiF)在651nm处有窄带红光发射，为Mn4+特征发射，基本无绿光发射。
尖晶石荧光粉ZnAl1.998O4:0.002Mn(20wt％LiF)应用于白光LED，可以实现低色温、高显指暖白光发射。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光色可调尖晶石荧光粉，其特征在于：该荧光粉的化学表达式为ZnAl2-xO4:xMn，0<x<0.005，且该荧光粉在制备过程中添加了用于调节Mn2+和Mn4+相对含量的Li基电荷调节剂。
2.根据权利要求1所述的光色可调尖晶石荧光粉，其特征在于：该荧光粉的化学表达式为ZnAl1.998O4:0.002Mn。
3.根据权利要求1或2所述的光色可调尖晶石荧光粉，其特征在于：所述Li基电荷调节剂为Li2CO3、LiF中的至少一种。
4.权利要求1～3中任意一项所述光色可调尖晶石荧光粉的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：按照Zn、Al和Mn的摩尔比称取ZnO、Al2O3和MnCO3，再加入Li基电荷调节剂，充分研磨均匀，再进行焙烧，得到光色可调尖晶石荧光粉。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述Li基电荷调节剂的添加量为ZnO、Al2O3和MnCO3总质量的0～20％。
6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于：所述焙烧的温度为1200～1800℃，焙烧时间为3～7h。
7.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于：所述焙烧在空气气氛中进行。
8.权利要求1～3中任意一项所述光色可调尖晶石荧光粉在制备LED发光器件、荧光温度传感器中的应用。
9.一种LED灯，其特征在于：含有权利要求1～3中任意一项所述的光色可调尖晶石荧光粉。
10.一种荧光温度传感器，其特征在于：含有权利要求1～3中任意一项所述的光色可调尖晶石荧光粉。
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