CN112094647A - 一种窄带发射氮氧化物红色荧光粉及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种一种窄带发射氮氧化物红色荧光粉及其制备方法。通过提供一种La4‑ xSr2+xSi5N12‑xOx(0≤x≤2)晶体，以该晶体为基质的氮氧化物荧光粉，并为该荧光粉提供一种制备方法。该晶体属于单斜晶系，晶胞参数a=14.9017(2)Å、b=5.4745(1)Å、c=16.0571(2)Å、β=98.873(1)°，V=1294.25(3)Å3，Z=4。通过Pr3+掺杂，获得该氮氧化物荧光粉，用化学通式La4‑x‑ySr2+ xSi5N12‑xOx:yPr3+表示,其中0≤x≤2，0.005≤y≤0.1。本发明中荧光粉以La2.295Sr3.69Si5N10.31O1.69为基质材料，具有全新的结构及化学组成，以Pr3+作为激活离子，该荧光粉能被近紫外及蓝光激发，发射橙红光，其光谱半峰宽约为40 nm，属于窄带发射荧光粉。荧光粉的激发带和近紫外芯片和蓝光芯片能够很好的匹配。

Description

一种窄带发射氮氧化物红色荧光粉及其制备方法
技术领域
本发明属于发光材料技术领域，具体涉及一种窄带发射氮氧化物红色荧光粉及其制备方法。
背景技术
白光发光二极管（wLED），由于其节能，坚固，使用寿命长且环保等优点，是一种极具潜力的固态照明技术。它取代了传统的白炽灯或荧光灯光源，减少了能源消耗。荧光粉转换的白光LED主要由蓝色或近紫外芯片作为激发源，并具有适当的荧光粉成分，可将部分芯片发射下转换为更长的波长。因此，荧光粉在固态照明中具有重要作用。目前最成熟的商用白光LED实现方式为蓝光GaN芯片+Y3Al5O12:Ce3+ (YAG) 二基色荧光粉转换LED。在这种蓝光LED+黄色荧光粉的白光LED中，由于光谱中缺乏红光成分，在日常照明中呈现冷白光，显色性较差。通过以上的白光LED的实现策略中添加适量的红色荧光粉，可以得到暖白光的照明，从而有效提高LED的显色性。
目前，研究者们在氧化物，硫化物，氟（氧）化物，磷（氧）化物，氮（氧）化物等化合物中，通过稀土金属离子掺杂，如Eu2+、Ce3+、Pr3+和过渡金属离子掺杂，如Mn2+、Mn4+、Bi3+等激活离子掺杂，获得了大量的性能优异的荧光材料。但由于硫化物的不稳定性、氟（氧）化物的原料氢氟酸的危险性等问题，限制了其商业应。氮（氧）化物荧光粉由于具有独特的发光性能，如，颜色可调谐、蓝光激发及发光效率具有良好的性质，和优异的热稳定性能，受到了科学界和产业界的极大关注。目前，CaAlSiN3和Sr2Si5N8的氮化物因其高效的红光发射目前应用于商业红粉。但目前氮（氧）化物研究领域中研究工作主要以已有的氮（氧）化物基质材料研究为主，而对于新组成和新结构的新型氮（氧）化物基质材料研究较少。所以，研发新型髙性能白光LED用荧光粉成为了必然趋势。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种La4-xSr2+xSi5N12-xOx (0≤x≤2)晶体，以该晶体为基质的氮氧化物荧光粉，并为该荧光粉提供一种制备方法。
解决上述技术问题所采用的荧光粉用化学通式La4-x-ySr2+xSi5N12-xOx:yPr3+表示,其中0≤x≤2，0.005≤y≤0.01。
上述的氮氧化物荧光粉的化学通式中，优选x≈1.69，y=0.015。
本发明含一种窄带发射氮氧化物红色荧光粉的制备方法为：按化学计量比称取纯度99％以上的LaN、纯度99.9％以上的Sr3N2、Si3N4 、PrCl3，混合均匀并研磨后放入钨坩埚中，然后置入气压烧结炉进行烧结步骤，烧结过程在氮氢气还原气氛下进行，还原气氛的压力为1~3 MPa，烧结温度为1500～1700 ℃，烧结时间为4~20小时。
上述制备方法中，所述研磨的时间为15～60分钟，所述还原气氛的压力优选1MPa，烧结温度优选1550℃，烧结时间优选8小时。
本发明通过在La2.31Sr3.69Si5N10.31O1.69 基质材料中掺杂Pr3+,获得了波长范围为600 ~ 675 nm的红色荧光粉，具有全新的化学组成，Pr3+为激活中心，其光谱半峰宽小于40nm，属于窄带发射荧光粉，该荧光粉热稳定性好，在近紫外光激发及蓝光下能发射红光，荧光粉的激发带与近紫外芯片和蓝光芯片能够很好的匹配。
附图说明
图1是实施例1制备的La2.31Sr3.69Si5N10.31O1.69样品的X射线衍射和单晶数据的X射线衍射模拟峰对比图。
图2是实施例2制备的La2.295Sr3.69Si5N10.31O1.69：0.015Pr3+样品的X射线衍射和单晶数据的X射线衍射模拟峰对比图。
图3是实施例1制备的La2.295Sr3.69Si5N10.31O1.69：0.015Pr3+荧光粉的光致发光荧光图(实线线为激发光谱图，虚线为发射光谱图)。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围不仅限于这些实施例。
实施例1
按照 La2.295Sr3.69Si5N10.31O1.69的化学计量，称取1.1216 g LaN、1.1360 g Sr3N2、0.7424 g Si3N4，混合均匀后在玛瑙研钵中研磨30分钟，将研磨后的粉末放入钨坩埚中，以上操作均在手套箱中进行，最后将盛研磨好粉末的钨坩埚置入气压烧结炉进行烧结步骤，烧结过程在氮氢气还原气氛下进行，还原气氛的压力为1 MPa，烧结温度为1550 ℃，烧结时间为8小时。待温度降至室温，即可得到La2.295Sr3.69Si5N10.31O1.69晶体。
所得晶体用理学单晶仪进行单晶测试，对所得单晶数据进行单晶解析，其属于单斜晶系，晶胞参数a = 14.9017(2) Å、b = 5.4745(1) Å、 c = 16.0571(2) Å、β = 98.873(1) °，V = 1294.25(3) Å3，Z = 4。解析后得到晶体的化学式是La2.295Sr3.69Si5N10.31O1.69。将解析后的单晶数据进行X射线衍射模拟，实施例1所制备的晶体的衍射峰与模拟衍射峰一致，说明实施例1制备的样品为纯相，结果见图1。
实施例2
按照La2.295Sr3.69Si5N10.31O1.69：0.015Pr3+的化学计量，称取1.1170 g LaN、1.1360 gSr3N2、0.7424 g Si3N4和0.0118 g PrCl3混合均匀后在玛瑙研钵中研磨30分钟，将研磨后的粉末放入钨坩埚中，以上操作均在手套箱中进行，最后将盛研磨好粉末的钨坩埚置入气压烧结炉进行烧结步骤，烧结过程在氮氢气还原气氛下进行，还原气氛的压力为1 MPa，烧结温度为1550 ℃，烧结时间为8小时待温度降至室温，即可得到La2.295Sr3.69Si5N10.31O1.69：0.015Pr3+荧光粉。
实施例2所制备的荧光粉的衍射峰与晶体模拟衍射峰一致，说明实施例2制备的荧光粉为纯相，结果见图2。将所得氮氧化物荧光粉粉体充分研磨后进行发光性能测试，结果见图2。由图3可见，该氮化物荧光粉的激发光谱为250～460 nm，发射光谱600～675 nm，主发射峰位于625 nm。其光谱半峰宽小于40 nm，属于窄带发射荧光粉。在近紫外光及蓝光激发下能发射红光，荧光粉的激发带和近紫外芯片及蓝光能够很好的匹配，能够有效的提高照明及显示的显色指数。

Claims (7)

1.一种窄带发射氮氧化物红色荧光粉及其制备方法，该荧光粉用化学通式 La4-x-ySr2+ xSi5N12-xOx:yPr3+表示，其中0≤x≤2，0.005≤y≤0.01。
2.根据权利要求1所述的一种氮氧化物荧光粉，其特征在于：La4-xSr2+xSi5N12-xOx (0≤x≤2) 晶体为基质，通过Pr3+掺杂获得该荧光粉。
3.根据权利要求2所述的La4-xSr2+xSi5N12-xOx (0≤x≤2) 晶体为基质，其特征在于：该晶体属于单斜晶系，晶胞参数a = 14.9017(2) Å、b = 5.4745(1) Å、 c = 16.0571(2) Å、β= 98.873(1) °，V = 1294.25(3) Å3，Z = 4。
4.根据权利要求1所述的一种氮氧化物荧光粉，其特征在于：x ≈ 1.69，y =0.015。
5.根据权利要求1所述的氮氧化物荧光粉，其特征在于：该氮氧化物荧光粉的激发光谱范围为260～460 nm，发射光谱范围在600～675 nm之间，主发射峰位于624 nm，其光谱半峰宽约为40 nm，发射红光。
6.一种权利要求1所述氮氧化物荧光粉的制备方法，其特征在于：称取纯度99％以上的LaN、纯度99.9％以上的Sr3N2、Si3N4 、PrCl3，混合均匀并研磨后放入钨坩埚中，然后置入气压烧结炉进行烧结步骤，烧结过程在氮氢气还原气氛下进行，还原气氛的压力为1~3 MPa，烧结温度为1550～1800 ℃，烧结时间为4~20小时。
7.权利要求6所述氮氧化物荧光粉的制备方法，其特征在于：所述研磨的时间为15～30分钟；所述还原气氛的压力为1 MPa，烧结温度为1600 ℃，烧结时间为6小时。
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Applicant after: YANTAI SHIELD MATERIALS TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Address before: 264006 workshop 3, Xiamen street, Yantai Economic and Technological Development Zone, Shandong Province

Applicant before: Yantai bright photoelectric material Co.,Ltd.

GR01 Patent grant
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