CN112266784B - 一种宽带青光发射的CsCdCl3:xSb3+单晶及其制备方法 - Google Patents

一种宽带青光发射的CsCdCl3:xSb3+单晶及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种宽带青光发射的CsCdCl3:xSb3+单晶及其制备方法,其化学式为ACdCl3:xSb3+,其中A代表Cs或Rb;0.005≤x≤0.015。本发明提供的CsCdCl3:Sb3+单晶发射波长处于400~650 nm范围,属于宽带发射,可被250~380 nm波长范围内的光激发,其发射范围宽,发光强度高,量子效率高,热灵敏度高,并且采用的溶剂热法制备法工艺简单,易于操作控制,可重复性好,安全系数高,通过程序控温可批量合成尺寸较大的单晶。

Description

一种宽带青光发射的CsCdCl3:xSb3+单晶及其制备方法
技术领域
本发明属于发光材料技术领域,具体涉及一种宽带青光发射的CsCdCl3:xSb3+单晶及其制备方法。
背景技术
目前,荧光粉转换白光发光二极管(pc-WLEDs)由于其与传统光源相比具有节能、寿命长、发光效率高、环境友好等突出优点而受到广泛关注和广泛发展,WLED采用涂层制造YAG:Ce3+黄蓝色LED芯片上的荧光粉。然而,由于发射中红色成分不足,这种组合导致显色指数较低(Ra<75)和较高的相关色温(CCT>4500 K)此外,蓝色LED芯片产生的强蓝光对人体有害健康。一种改进的方法是使用涂有三色荧光粉(如蓝色发光BaAl12O19:Eu2+荧光粉、绿色发光Ba2SiO4:Eu2+)的近紫外(n-UV,360~420 nm)LED芯片制造WLED器件β-SiAlON:Eu2+荧光粉和红色发光CaAlSiN3:Eu2+,虽然这种WLED可以产生暖白光,减少蓝光危害,但其局限性仍然存在。这是可见光谱的青色区域(480~520 nm)出现的明显的光谱间隙,这使得实现类似太阳光的全光谱照明具有挑战性。为了解决这个问题,需要一种高效的发射青色荧光粉来缩小青色间隙,这是实现高质量照明和超高色彩渲染不可缺少的。
因此,我们合成了一种竞争性的青色发射的CsCdCl3:xSb3+单晶,具有400~650nm的宽发射带,峰值在498nm附近,涵盖了整个青色区域,具有高的光致发光量子效率和发光强度。在Eu2+和Ce3+激活的荧光粉中,青色发射是常见的,例如NaMgBO3:Ce3+,Na0.5K0.5Li3SiO4:Eu2+,RbAsCs3O9:Eu2+,和Ca2LusZrAl2GeO12:Ce3+等。然而,这些掺Eu2+荧光粉的发射光谱不够宽,无法很好地接近青色间隙。此外,在掺杂Eu2+和Ce3+的荧光粉中,可见光重吸收通常是不可避免的,因为它们通常在蓝绿色区域显示出强吸收带,这与发射光谱重叠。我们选择了Sb3+作为激活剂,Sb3+具有很宽的发射带。而且在紫外激发波段,没有遇到类似稀土离子重吸收的现象。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于一种宽带青光发射的CsCdCl3:xSb3+单晶及其制备方法,本发明提供的青色荧光粉以Sb3+作为掺杂离子,发光强度较强且发射带为宽带,主要应用白光LED。
解决上述技术问题所采用的技术方案是:
采用的ACdCl3:xSb3+单晶中A为Cs、Rb中的一种;0.005≤x≤0.100其发光波长位于400~650 nm,发射峰位于498 nm。
上述的ACdCl3:Sb3+单晶中,优选A代表Cs,0.005≤x≤0.015。
本发明青色发射的CsCdCl3:Sb3+单晶的制备方法为:采用溶剂热法合成一系列青色发射的ACdCl3:xSb3+单晶,按化学计量比称取原料:CsCl(99.9%), CdCl2(99.99%), Sb2O3(99.99%),加入10 mL HCl、1mL H3PO2。在聚四氟乙烯反应釜中将原料充分搅拌后,将反应釜移至鼓风干燥箱中,将反应釜转移鼓风干燥箱中,在120~200℃下保温10~48 h,以0.05~1 ℃/min速率降至室温。
上述制备方法中,优选在180℃下保温24小时,以0.5 ℃/min速率降至室温。
附图说明
图1是实施例1~4制备的青色发射CsCdCl3:xSb3+单晶的系列浓度样品的X射线衍射图。
图2是实施例1~4制备的青色发射CsCdCl3:xSb3+单晶的系列浓度样品的发射光谱图
图3是实施例3制备的青色发射ACdCl3:0.001Sb3+单晶样品的激发和发射光谱图。
图4是实施例1与实施3制备的CsCdCl3单晶与青色发射ACdCl3:0.01Sb3+单晶样品在显微镜下的形貌图。
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CsCdCl3的化学计量比称取CsCl(0.3367g)、CdCl2(0.3666g),将其加入到20ml聚四氟乙烯反应釜中,加入1 mL HCl,1 mL H3PO2,搅拌30min后转移至鼓风干燥箱,,在180℃下保温24h,以0.5 ℃/min速率降至室温。将沉淀出的晶体分别用10 mL、6 mL、3 mL异丙醇洗涤三次,然后再80℃干燥12h,得到CsCdCl3晶体。
实施例2
按照CsCdCl3:0.005Sb3+的化学计量比,称取CsCl(0.3367g)、CdCl2(0.3666g),Sb2O3(0.0015g)将其加入到20 ml聚四氟乙烯反应釜中,加入10 mL HCl,1 mL H3PO2,搅拌30 min后转移至鼓风干燥箱,在180℃下保温24 h,以0.5 ℃/min降至室温。将沉淀出的晶体分别用10 mL、6 mL、3 mL异丙醇洗涤三次,然后再80℃干燥12h,得到CsCdCl3:0.005Sb3+晶体。
实施例3
按照CsCdCl3:0.010Sb3+的化学计量比,称取CsCl(0.3367g)、CdCl2(0.3666g),Sb2O3(0.0029g)将其加入到20 ml聚四氟乙烯反应釜中,加入10 mL HCl,1 mL H3PO2,搅拌30 min后转移至鼓风干燥箱,在180℃下保温24 h,以0.5 ℃/min速率降至室温。将沉淀出的晶体分别用10 mL、6 mL、3 mL异丙醇洗涤三次,然后再80℃干燥12 h,得到CsCdCl3:0.010Sb3+晶体。
实施例4
按照CsCdCl3:0.015Sb3+的化学计量比,称取CsCl(0.3367g)、CdCl2(0.3666g),Sb2O3(0.0044g)将其加入到20ml聚四氟乙烯反应釜中,加入10 mL HCl,1 mL H3PO2,搅拌30min后转移至鼓风干燥箱,在180℃下保温24h,以0.5 ℃/min速率降至室温。将沉淀出的晶体分别用10 mL、6 mL、3 mL异丙醇洗涤三次,然后再80℃干燥12h,得到CsCdCl3:0.015Sb3+晶体。
将实施例1~4所得进行XRD分析,如图1所示。XRD表明,所得物质为单相且所有的衍射峰均与标准卡片相匹配,说明制备的晶体为纯相且在保持晶体结构不变的情况下Sb3+成功的进入基质晶格中,此外可以看出当Sb3+的掺入晶体沿着某个晶面方向的生长取向发生变化。
对实施例3~4制备的青色发射的CsCdCl3:xSb3+单晶进行激发和发射光谱测试,结果见图2。激发光谱表明,其激发峰由290 nm、352 nm左右的两个激发峰组成,分别来源于Sb3+1S01P1(自旋允许跃迁)、1S03P1(自旋禁止跃迁)跃迁,该荧光粉可以被紫外LED芯片(250~380 nm)有效激发;宽带发射在400~650 nm范围内,属于Sb3+3P11S0自旋禁止跃迁,表明该单晶在外界光源的激发下可以发射650~1200 nm的青色荧光,峰值位于498nm处。
采用荧光光谱仪对实施例2~所得青色发射的CsCdCl3:xSb3+单晶进行发光性能测试,结果见图2。发射光谱图表明,在352 nm 波长激发下,发射光谱范围400~650nm,主发射峰位于498 nm,在Sb3+的掺杂浓度为x = 0.01时,荧光强度最大,结果见图3。
采用显微镜对实施例1和实施2所得青色发射的CsCdCl3:xSb3+单晶进行形貌观察,结果见图4。结果表明随着Sb3+浓度的增加晶体由多面体状变为片状。

Claims (4)

1.一种宽带青光发射的CsCdCl3:xSb3+单晶,其特征在于:其化学通式为CsCdCl3:xSb3+其中0.005≤x≤0.1;其发射波长位于400~650 nm,激发波长为200~380 nm。
2.根据权利要求1所述的一种宽带青光发射的CsCdCl3:xSb3+单晶,其特征在于:0.005≤x≤0.015。
3.权利要求1所述的一种宽带青光发射的CsCdCl3:xSb3+单晶的制备方法,采用溶剂热法合成,具体步骤如下:
(a) 根据分子式CsCdCl3:xSb3+按化学计量比准确称取原料CsCl, CdCl2,Sb2O3;将其加入到20 mL聚四氟乙烯反应釜中加入10 mL浓盐酸,再加入1 mL质量分数为58%的次磷酸,放入磁子盖上盖子搅拌30 min;
(b) 将反应釜转移鼓风干燥箱中,在120~200℃下保温10~48 h,以0.05~1 ℃/min速率降至室温,得到CsCdCl3:xSb3+晶体;
(c) 将沉淀出的晶体分别用10 mL、6 mL、3 mL异丙醇洗涤三次;
(d) 将洗涤后的样品在鼓风干燥箱中,在80℃下干燥24 h。
4.根据权利要求3所述一种宽带青光发射的CsCdCl3:xSb3+单晶的制备方法,其特征在于,反应温度为180℃,保温时间为24 h,以0.5 ℃/min速率降至室温。
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