CN111647405B - 一种无稀土双钙钛矿结构的绿色荧光粉及制备方法 - Google Patents

一种无稀土双钙钛矿结构的绿色荧光粉及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无稀土双钙钛矿结构的绿色荧光粉及制备方法，其化学通式为La2MgZrO6:xBi3+，其中0.005≤x≤0.03。该方法是将氧化镧、氧化镁、氧化锆、氧化铋按照一定的摩尔比称取；将称取好的原料放入玛瑙研体中，研磨30分钟，使原料混合均匀；将混合均匀的原料加入到坩埚中，后放在高温管式炉内，在空气气氛下1400℃烧结10h，得到固状物；将固状物置于玛瑙研体中研磨成粉、过筛，就得到无稀土的双钙钛矿结构的绿色荧光粉。此无稀土绿色荧光粉发射光谱范围400nm‑650nm，具有价格便宜、制备简单、激发波长范围广、可被紫外芯片良好激发等特点。

Description

一种无稀土双钙钛矿结构的绿色荧光粉及制备方法
技术领域
本发明涉及非稀土发光材料领域，具体是提供一种无稀土双钙钛矿结构的绿色荧光粉及制备方法。
背景技术
如今，由于白光LED具有节能、效率高、寿命长、环境友好等显著的特性，已经受到广泛关注。其被人们看成是继白炽灯、荧光灯、高压型气体放电灯之后的第四代照明光源，而且被应用到照明、医疗、光学温度传感器等领域，其是未来照明方面的主流产品。
目前市场上出现了大量的白光LED灯的制备方法。其中主流的为黄色荧光粉与蓝光LED芯片组合、红绿蓝三基色荧光粉合成白光、红绿蓝三种LED芯片合成白光。出现比较早也是比较成熟的是蓝色InGaN-LED芯片和黄色YAG：Ce3+荧光粉的组合。鉴于发射光谱中没有足够的红色成分，制成的pc-WLED产生冷的白光，具有较高的CCT(≥7750K)和较低的CRI(Ra＝70–80)，在长时间使用后，这很容易使人的眼睛在工作时感到疲倦。为克服这个问题，大量的研究者转向研发红绿蓝三基色荧光粉合成白光和红绿蓝三种LED芯片合成白光。
红绿蓝三基色荧光粉合成白光和红绿蓝三种LED芯片合成白光是未来白光LED发展的趋势。而对于红绿蓝三基色荧光粉合成白光和红绿蓝三种LED芯片合成白光来说，红绿蓝三种荧光粉的制备是至关重要的。本文将介绍三种荧光粉中的绿色荧光粉。
传统的荧光粉大多选用稀土元素作为激活剂来发光，而稀土元素往往价格昂贵，此外荧光粉的制备很多选用高温、还原性氛围下合成。这些因素提高了荧光粉的合成成本。为克服以上困难，本文介绍一种无稀土、空气氛围下合成的绿色荧光粉。
发明内容
本发明的目的是公开一种无稀土双钙钛矿结构绿色荧光粉及制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种无稀土双钙钛矿结构的绿色荧光粉，其化学组成可以用以下通式表示：La2MgZrO6:xBi3+，其中0.005≤x≤0.03。
一种无稀土双钙钛矿结构的绿色荧光粉制备方法，包括步骤如下：
(1)配料：按化学通式La2MgZrO6:xBi3+中的摩尔计量比，称取以下各原料：La2O3(99.99％)、MgO(99.99％)、ZrO2(99％)、Bi2O3(99.9％)；
(2)将称取好的上述原料放入玛瑙研体中，研磨30分钟，使原料混合均匀；
(3)将混合均匀的原料加入到耐高温的刚玉坩埚中，后放置于高温管式炉中，以3℃/min的速率将温度升至1450℃，维持温度烧结10h，而后以3℃/min的速率冷去到500℃，随后自然降温到室温；再此期间，高温管式炉内为空气氛围；
(4)将冷却后的固状物置于玛瑙研体中研磨成粉，并用325目的筛网过滤，得到样品成品。
与目前技术相比，本发明的有益效果为：
(1)价格较低。制备合成的荧光粉不含有昂贵的稀土金属元素，且制备不需要还原性气氛。
(2)激发带较宽。能完好的匹配紫外芯片。
(3)制备方法简单。本发明的荧光粉采用传统高温固相法合成，操作简单，且单次合成的产量大，易于工业化。
附图说明
图1为本发明实例1～7制备得到的荧光粉XRD图谱；
图2为本发明所制备得到的La2MgZrO6:xBi3+荧光粉荧光光谱图；
图3为制备得到的La2Zr2O7:0.02Bi3+与本发明La2MgZrO6:0.015Bi3+荧光粉荧光光谱的对比图；
具体实施方式
下面结合附图将对本发明进行详细的阐述。
实例1：
按化学式La2MgZrO6:0.005Bi3+，称取La2O3(99.99％)3.3188g、MgO(99.99％)0.4115g、ZrO2(99％)1.2709g、Bi2O3(99.9％)0.0119g。将上述原料放入玛瑙研体中，研磨30分钟，使原料混合均匀，而后置于耐高温的刚玉坩埚中，并将坩埚放入高温管式炉中，以3℃/min的速率将温度升至1450℃，维持温度烧结10h，而后以3℃/min的速率冷去到500℃，随后自然降温到室温，其中，炉内氛围为空气气氛。将冷却后的样品研磨呈粉状，经过325目的筛网过滤。这样就得到了成品的荧光粉。随后将得到的样品进行检测。对实例1制备得到的荧光粉进行XRD分析，如图1所示，实例1制备得到的产物为双钙钛矿结构的荧光粉，化学式为La2MgZrO6:0.005Bi3+。对实例1制备得到的产物进行荧光光谱检测，如图2可知该荧光粉可在353nm近紫外光激发下，发射出光谱范围400nm-650nm，波峰为513nm的绿色光。
实例2：
按化学式La2MgZrO6:0.01Bi3+，称取La2O3(99.99％)3.3081g、MgO(99.99％)0.4113g、ZrO2(99％)1.2699g、Bi2O3(99.9％)0.0238g。放入玛瑙研体中，研磨30分钟，使原料混合均匀，而后置于耐高温的刚玉坩埚中，并将坩埚放入高温管式炉中，以3℃/min的速率将温度升至1450℃，维持温度烧结10h，而后以3℃/min的速率冷去到500℃，随后自然降温到室温，其中，炉内氛围为空气气氛。将冷却后的样品研磨呈粉状，经过325目的筛网过滤。这样就得到了成品的荧光粉。随后将得到的样品进行检测。对实例2制备得到的荧光粉进行XRD分析，如图1所示，实例2制备得到的产物为双钙钛矿结构的荧光粉，化学式为La2MgZrO6:0.01Bi3+。对实例2制备得到的产物进行荧光光谱检测，如图2可知该荧光粉可在353nm近紫外光激发下，发射出光谱范围400nm-650nm，波峰为513nm的绿色光。
实例3：
按化学式La2MgZrO6:0.015Bi3+，称取La2O3(99.99％)3.2974g、MgO(99.99％)0.4109g、ZrO2(99％)1.2690g、Bi2O3(99.9％)0.0357g。放入玛瑙研体中，研磨30分钟，使原料混合均匀，而后置于耐高温的刚玉坩埚中，并将坩埚放入高温管式炉中，以3℃/min的速率将温度升至1450℃，维持温度烧结10h，而后以3℃/min的速率冷去到500℃，随后自然降温到室温，其中，炉内氛围为空气气氛。将冷却后的样品研磨呈粉状，经过325目的筛网过滤。这样就得到了成品的荧光粉。随后将得到的样品进行检测。对实例3制备得到的荧光粉进行XRD分析，如图1所示，实例3制备得到的产物为双钙钛矿结构的荧光粉，化学式为La2MgZrO6:0.015Bi3+。对实例3制备得到的产物进行荧光光谱检测，如图2可知该荧光粉可在353nm近紫外光激发下，发射出光谱范围400nm-650nm，波峰为513nm的绿色光。
实例4：
按化学式La2MgZrO6:0.02Bi3+，称取La2O3(99.99％)3.2867g、MgO(99.99％)0.4107g、ZrO2(99％)1.2681g、Bi2O3(99.9％)0.0475g。放入玛瑙研体中，研磨30分钟，使原料混合均匀，而后置于耐高温的刚玉坩埚中，并将坩埚放入高温管式炉中，以3℃/min的速率将温度升至1450℃，维持温度烧结10h，而后以3℃/min的速率冷去到500℃，随后自然降温到室温，其中，炉内氛围为空气气氛。将冷却后的样品研磨呈粉状，经过325目的筛网过滤。这样就得到了成品的荧光粉。随后将得到的样品进行检测。对实例4制备得到的荧光粉进行XRD分析，如图1所示，实例4制备得到的产物为双钙钛矿结构的荧光粉，化学式为La2MgZrO6:0.005Bi3+。对实例4制备得到的产物进行荧光光谱检测，如图2可知该荧光粉可在353nm近紫外光激发下，发射出光谱范围400nm-650nm，波峰为513nm的绿色光。
实例5：
按化学式La2MgZrO6:0.025Bi3+，称取La2O3(99.99％)3.2761g、MgO(99.99％)0.4104g、ZrO2(99％)1.2672g、Bi2O3(99.9％)0.0594。放入玛瑙研体中，研磨30分钟，使原料混合均匀，而后置于耐高温的刚玉坩埚中，并将坩埚放入高温管式炉中，以3℃/min的速率将温度升至1450℃，维持温度烧结10h，而后以3℃/min的速率冷去到500℃，随后自然降温到室温，其中，炉内氛围为空气气氛。将冷却后的样品研磨呈粉状，经过325目的筛网过滤。这样就得到了成品的荧光粉。随后将得到的样品进行检测。对实例5制备得到的荧光粉进行XRD分析，如图1所示，实例5制备得到的产物为双钙钛矿结构的荧光粉，化学式为La2MgZrO6:0.005Bi3+。对实例5制备得到的产物进行荧光光谱检测，如图2可知该荧光粉可在353nm近紫外光激发下，发射出光谱范围400nm-650nm，波峰为513nm的绿色光。
实例6：
按化学式La2MgZrO6:0.03Bi3+，称取La2O3(99.99％)3.2655g、MgO(99.99％)0.4101、ZrO2(99％)1.2663、Bi2O3(99.9％)0.0712g。放入玛瑙研体中，研磨30分钟，使原料混合均匀，而后置于耐高温的刚玉坩埚中，并将坩埚放入高温管式炉中，以3℃/min的速率将温度升至1450℃，维持温度烧结10h，而后以3℃/min的速率冷去到500℃，随后自然降温到室温，其中，炉内氛围为空气气氛。将冷却后的样品研磨呈粉状，经过325目的筛网过滤。这样就得到了成品的荧光粉。随后将得到的样品进行检测。对实例6制备得到的荧光粉进行XRD分析，如图1所示，实例6制备得到的产物为双钙钛矿结构的荧光粉，化学式为La2MgZrO6:0.005Bi3+。对实例6制备得到的产物进行荧光光谱检测，如图2可知该荧光粉可在353nm近紫外光激发下，发射出光谱范围400nm-650nm，波峰为513nm的绿色光。
实例7：
按照化学式La2Zr2O7:0.02Bi3+,称取La2O3(99.99％)2.8117g、ZrO2(99％)2.1697g、Bi2O3(99.9％)0.0407g，放入玛瑙研体中，研磨30分钟，使原料混合均匀，而后置于耐高温的刚玉坩埚中，并将坩埚放入高温管式炉中，以3℃/min的速率将温度升至1450℃，维持温度烧结10h，而后以3℃/min的速率冷去到500℃，随后自然降温到室温，其中，炉内氛围为空气气氛。将冷却后的样品研磨呈粉状，经过325目的筛网过滤。这样就得到了成品的荧光粉。随后将得到的样品进行检测。对实例7制备得到的荧光粉进行XRD分析，如图1所示，实例7制备得到的产物，其化学式为La2Zr2O7:0.02Bi3+。对实例7制备得到的产物进行荧光光谱检测，如图3可知该荧光粉在激发波长为353nm时发光强度远远低于本发明的荧光粉，排除杂质对本发明的影响。
上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种无稀土双钙钛矿结构的绿色荧光粉，其特征在于：该绿色荧光粉化学组成用以下通式表示：La2MgZrO6:xBi3+，其中0.005≤x≤0.03。
2.一种无稀土双钙钛矿结构的绿色荧光粉的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）配料：按化学通式La2MgZrO6:xBi3+中的摩尔计量比，称取以下各原料：纯度为99.99%的La2O3、纯度为99.99%的MgO、纯度为99%的ZrO2、纯度为99.9%的Bi2O3；其中，0.005≤x≤0.03；
（2）将称取好的上述原料放入玛瑙研体中，研磨30分钟，使原料混合均匀；
（3）将混合均匀的原料加入到耐高温的刚玉坩埚中，后放置于高温管式炉中，以3℃/min的速率将温度升至1450℃，维持温度烧结10h，而后以3℃/min的速率冷却到500℃，随后自然降温到室温；在此期间，高温管式炉内为空气氛围；
（4）将冷却后的固状物置于玛瑙研体中研磨成粉，并用325目的筛网过滤，得到样品成品。
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