CN113717723A - 一种Eu3+掺杂的铋酸盐红色荧光粉及其制备方法与应用 - Google Patents

一种Eu3+掺杂的铋酸盐红色荧光粉及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

一种Eu3+掺杂的铋酸盐红色荧光粉及其制备方法与应用，该荧光粉的化学通式为：Na0.5K0.5La0.5Gd0.5(1‑x)Eu0.5xBi2O6，式中，x为Eu3+掺杂Gd3+位的摩尔比，0.01≤x≤0.20。该荧光粉在紫外‑近紫外光的作用下可发出红色光；掺杂于Gd3+晶格位置的激活离子Eu3+受到晶体场的强烈扰动，有利于其能级的充分劈裂，在晶体场的作用下Eu3+可实现电偶极5D0‑7F2的充分跃迁，从而得到色度纯正、发光效率高的荧光粉，广泛应用于发光器件或显示器件中。本发明采用高温固相法制备荧光粉，该方法简单易行、生产成本低、无污染、无废气废液排放、煅烧温度低、节约能耗、易于工业化生产。

Description

一种Eu3+掺杂的铋酸盐红色荧光粉及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及一种无机荧光材料及其制备方法与应用，具体涉及一种Eu3+掺杂的铋酸盐红色荧光粉及其制备方法与应用，属于发光材料技术领域。
背景技术
稀土离子荧光粉由本身不发光的基质和充当发光中心的激活离子组成。在外界能量的激发下，稀土荧光粉能发出来自稀土离子的各种色度的荧光，以Eu3+、Sm3+、Er3+、Tb3+等为代表的稀土离子，其发光谱带窄、发光能量集中、色度良好；以Eu2+、Ce3+、Yb2+等为代表的稀土离子多呈现宽带光谱、发光效率高、色度变化丰富等特点。稀土离子激活的荧光粉可以被紫外光、近紫外光或者蓝光波长激发，具有稳定性高、高温特性好等特点，因此在发光、显示、信息存储、生物标记、医学治疗等很多行业得到了广泛的应用。
在常见的红蓝绿三色荧光粉中，以Eu3+离子激活的红色发光粉受到了广泛的重视，其具有发光效率高、色度纯、温度性能好等特点。另外，稀土离子激活的荧光粉基质材料丰富，常见的有磷酸盐、硅酸盐、硼酸盐、铝酸盐及硅铝酸盐等。相较于这些基质材料，以铋酸盐氧化物为基质的荧光粉较少，其主要的原因在于以铋酸盐作为基质材料的荧光粉，其光吸收效果不好、稀土离子的发光很容易猝灭。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种色度纯正、发光效率高、制作成本低、制备工艺简单、无污染的Eu3+掺杂的铋酸盐红色荧光粉及其制备方法，拓展Eu3+掺杂其他种类基质材料制备荧光粉的应用范围。
本发明的另一目的在于提供上述Eu3+掺杂的铋酸盐红色荧光粉的应用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种Eu3+掺杂的铋酸盐红色荧光粉，化学通式为Na0.5K0.5La0.5Gd0.5(1-x)Eu0.5xBi2O6，式中，x为Eu3+掺杂Gd3+位的摩尔比，0.01≤x≤0.20。
本发明还提供上述一种Eu3+掺杂的铋酸盐红色荧光粉的制备方法，采用高温固相法，包括以下步骤：
(1)以碳酸钠、碳酸钾、氧化镧、氧化钆、氧化铕、氧化铋为原料，按分子式Na0.5K0.5La0.5Gd0.5(1-x)Eu0.5xBi2O6中对应元素的化学计量比称取各原料，其中x为Eu3+掺杂Gd3 +位的摩尔比，0.01≤x≤0.20；将称取的碳酸钠、碳酸钾、氧化镧、氧化钆、氧化铕、氧化铋分别研磨后混合均匀，得到原料混合物；
(2)将步骤(1)得到的原料混合物在空气气氛下进行第一次煅烧，煅烧温度为800～850℃，煅烧时间为1～5h；
(3)将第一次煅烧得到的混合物自然冷却到室温后，研磨并混合均匀，在空气气氛下进行第二次煅烧，煅烧温度为850～900℃，煅烧时间为1～10h；
(4)将第二次煅烧得到的混合物自然冷却到室温后，研磨并混合均匀，在空气气氛下进行第三次煅烧，煅烧温度为900～1000℃，煅烧时间为1～10h，自然冷却到室温后得到一种Eu3+掺杂的铋酸盐红色荧光粉。
优选的，所述步骤(2)中的第一次煅烧温度为830℃，煅烧时间为3h。
优选的，所述步骤(3)中的第二次煅烧温度为875℃，煅烧时间为6h。
优选的，所述步骤(4)中的第三次煅烧温度为950℃，煅烧时间为5h。
本发明还提供上述Eu3+掺杂的铋酸盐红色荧光粉在制备以紫外光-近紫外光为激发光源的发光器件或显示器件中的应用。
与现有技术方案相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明制备的无机荧光粉，其基质是一种铋酸盐Na0.5K0.5La0.5Gd0.5Bi2O6，在可见光区间有很强的光吸收，在紫外-近紫外光的作用下，容易实现从基质到稀土离子Eu3+的能量传递，从而实现有效的红发光；
(2)本发明在该基质的两个阳离子位置上实现了多种离子的替换，基质中的阳离子位置受到了替换的强烈扰动，K+和Na+离子共同占据一个单价的晶格位置，La3+和Gd3+占据同一个三价的晶格位置，因此，掺杂于Gd3+晶格位置的激活离子Eu3+受到晶体场的强烈扰动，有利于其能级的充分劈裂，在晶体场的作用下Eu3+可以实现电偶极5D0-7F2的充分跃迁，从而得到色度纯正、发光效率高的荧光粉；该荧光粉在紫外光区具有良好的光吸收能力，可实现色度纯正的红发光，可广泛应用于以紫外光-近紫外光为激发光源的发光器件或显示器件中；
(3)本专利采用高温固相法制备荧光粉，其制备方法简单易行、生产成本低、无污染、无废气废液排放、煅烧温度低、节约能耗、易于工业化生产，拓展了Eu3+掺杂其他种类基质材料制备荧光粉的应用范围。
附图说明
图1本发明实施例一所制得样品的X射线粉末衍射图谱；
图2本发明实施例一所制得样品的紫外-近紫外吸收光谱图；
图3本发明实施例一所制得样品的光致发光光谱图；
图4本发明实施例二所制得样品的X射线粉末衍射图谱；
图5本发明实施例二所制得样品的光致发光光谱图；
图6本发明实施例三所制得样品的X射线粉末衍射图谱；
图7本发明实施例三所制得样品的光致发光光谱图；
图8本发明实施例四所制得样品的X射线粉末衍射图谱；
图9本发明实施例四所制得样品的光致发光光谱图；
图10本发明实施例五所制得样品的X射线粉末衍射图谱；
图11本发明实施例五所制得样品的光致发光光谱图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例一
制备Na0.5K0.5La0.5Gd0.5(1-x)Eu0.5xBi2O6(x＝0.01)：根据化学式Na0.5K0.5La0.5Gd0.495Eu0.005Bi2O6中各元素的化学计量比，分别称取碳酸钠Na2CO3：0.53克、碳酸钾K2CO3：0.691克、氧化镧La2O3：1.629克、氧化钆Gd2O3：1.79克、氧化铕Eu2O3：0.0176克、氧化铋Bi2O3：6.252克，将这些原料研磨并混合均匀，得到原料混合物；将得到的原料混合物放入坩埚、并在马弗炉中于空气气氛下进行第一次煅烧，煅烧温度为800℃，预煅烧时间为5h；将第一次煅烧得到的混合物自然冷却至室温，充分研磨混合均匀，再次放入坩埚中，在马弗炉中于空气气氛中进行第二次煅烧，煅烧温度为850℃，煅烧时间为10h；将第二次煅烧的混合物自然冷却至室温，充分地研磨混合，放入坩埚中，在马弗炉中于空气气氛中进行第三次煅烧，煅烧温度为900℃，煅烧时间为10h，自然冷却到室温，即得到Na0.5K0.5La0.5Gd0.495Eu0.005Bi2O6荧光粉。
参见附图2，是按本实施例技术方案制备的材料样品的吸收光谱图，从图中可以看出，样品在紫外-可见光波长区间具有有效的光吸收。
实施例二
制备Na0.5K0.5La0.5Gd0.5(1-x)Eu0.5xBi2O6(x＝0.05)：根据化学式Na0.5K0.5La0.5Gd0.475Eu0.025Bi2O6中各元素的化学计量比，分别称取Na2CO3：0.583克、K2CO3：0.76克、La2O3：1.792克、Gd2O3：1.894克、Eu2O3：0.0968克、Bi2O3：6.877克，将这些原料研磨并混合均匀，得到原料混合物；将得到的原料混合物放入坩埚、并在马弗炉中于空气气氛下进行第一次煅烧，煅烧温度为850℃，预煅烧时间为1h；将第一次煅烧得到的混合物自然冷却至室温，充分研磨混合均匀，再次放入坩埚中，在马弗炉中于空气气氛中进行第二次煅烧，煅烧温度为900℃，煅烧时间为2h；将第二次煅烧的混合物自然冷却至室温，充分地研磨混合，放入坩埚中，在马弗炉中于空气气氛中进行第三次煅烧，煅烧温度为950℃，煅烧时间为5h，自然冷却到室温，即得到Na0.5K0.5La0.5Gd0.475Eu0.025Bi2O6荧光粉。
实施例三
制备Na0.5K0.5La0.5Gd0.5(1-x)Eu0.5xBi2O6(x＝0.1)：根据化学式Na0.5K0.5La0.5Gd0.45Eu0.05Bi2O6中各元素的化学计量比，分别Na2CO3：0.477克、K2CO3：0.623克、La2O3：1.466克、Gd2O3：1.468克、Eu2O3：0.158克、Bi2O3：5.627克，将这些原料研磨并混合均匀，得到原料混合物；将得到的原料混合物放入坩埚、并在马弗炉中于空气气氛下进行第一次煅烧，煅烧温度为830℃，预煅烧时间为3h；将第一次煅烧得到的混合物自然冷却至室温，充分研磨混合均匀，再次放入坩埚中，在马弗炉中于空气气氛中进行第二次煅烧，煅烧温度为900℃，煅烧时间为1h；将第二次煅烧的混合物自然冷却至室温，充分地研磨混合，放入坩埚中，在马弗炉中于空气气氛中进行第三次煅烧，煅烧温度为1000℃，煅烧时间为1h，自然冷却到室温，即得到Na0.5K0.5La0.5Gd0.45Eu0.05Bi2O6荧光粉。
实施例四
制备Na0.5K0.5La0.5Gd0.5(1-x)Eu0.5xBi2O6(x＝0.15)：根据化学式Na0.5K0.5La0.5Gd0.425Eu0.075Bi2O6中各元素的化学计量比，分别称取Na2CO3：0.3445克、K2CO3：0.4491克、La2O3：1.059克、Gd2O3：1.001克、Eu2O3：0.172克、Bi2O3：4.064克，将这些原料研磨并混合均匀，得到原料混合物；将得到的原料混合物放入坩埚、并在马弗炉中于空气气氛下进行第一次煅烧，煅烧温度为850℃，预煅烧时间为2h；将第一次煅烧得到的混合物自然冷却至室温，充分研磨混合均匀，再次放入坩埚中，在马弗炉中于空气气氛中进行第二次煅烧，煅烧温度为875℃，煅烧时间为6h；将第二次煅烧的混合物自然冷却至室温，充分地研磨混合，放入坩埚中，在马弗炉中于空气气氛中进行第三次煅烧，煅烧温度为950℃，煅烧时间为6h，自然冷却到室温，即得到Na0.5K0.5La0.5Gd0.425Eu0.075Bi2O6荧光粉。
实施例五
制备Na0.5K0.5La0.5Gd0.5(1-x)Eu0.5xBi2O6(x＝0.2)：根据化学式Na0.5K0.5La0.5Gd0.4Eu0.1Bi2O6中各元素的化学计量比，分别称取Na2CO3：0.395克、K2CO3：0.518克、La2O3：1.22175克、Gd2O3：1.0874克、Eu2O3：0.264克、Bi2O3：4.698克，将这些原料研磨并混合均匀，得到原料混合物；将得到的原料混合物放入坩埚、并在马弗炉中于空气气氛下进行第一次煅烧，煅烧温度为800℃，预煅烧时间为5h；将第一次煅烧得到的混合物自然冷却至室温，充分研磨混合均匀，再次放入坩埚中，在马弗炉中于空气气氛中进行第二次煅烧，煅烧温度为900℃，煅烧时间为2h；将第二次煅烧的混合物自然冷却至室温，充分地研磨混合，放入坩埚中，在马弗炉中于空气气氛中进行第三次煅烧，煅烧温度为975℃，煅烧时间为3h，自然冷却到室温，即得到Na0.5K0.5La0.5Gd0.4Eu0.1Bi2O6荧光粉。
参见附图1、图4、图6、图8、图10，是分别按实施例一至实施例五中的技术方案制备的材料样品的X射线粉末衍射图，从图中均可以看出，所制备材料的衍射峰和数据库中的PDF#381200(NaLaBi2O6)完全一致，没有任何杂相出现，证实了所制备的材料为单相材料，结晶度良好。
参见附图3、图5、图7、图9、图11，是分别按实施例一至实施例五中的技术方案制备的材料样品的光致发光光谱图，从图中可以看出，其主要的激发波长位于紫外-近紫外-蓝光的波长区间，发光峰位位于615nm处，显示了该基质具有红发光性能。

Claims (6)

1.一种Eu3+掺杂的铋酸盐红色荧光粉，其特征在于，化学通式为Na0.5K0.5La0.5Gd0.5(1-x)Eu0.5xBi2O6，式中，x为Eu3+掺杂Gd3+位的摩尔比，0.01≤x≤0.20。
2.一种如权利要求1所述的Eu3+掺杂的铋酸盐红色荧光粉的制备方法，其特征在于，采用高温固相法，包括以下步骤：
(1)以碳酸钠、碳酸钾、氧化镧、氧化钆、氧化铕、氧化铋为原料，按分子式Na0.5K0.5La0.5Gd0.5(1-x)Eu0.5xBi2O6中对应元素的化学计量比称取各原料，其中x为Eu3+掺杂Gd3 +位的摩尔比，0.01≤x≤0.20；将称取的碳酸钠、碳酸钾、氧化镧、氧化钆、氧化铕、氧化铋分别研磨后混合均匀，得到原料混合物；
(2)将步骤(1)得到的原料混合物在空气气氛下进行第一次煅烧，煅烧温度为800～850℃，煅烧时间为1～5h；
(3)将第一次煅烧得到的混合物自然冷却到室温后，研磨并混合均匀，在空气气氛下进行第二次煅烧，煅烧温度为850～900℃，煅烧时间为1～10h；
(4)将第二次煅烧得到的混合物自然冷却到室温后，研磨并混合均匀，在空气气氛下进行第三次煅烧，煅烧温度为900～1000℃，煅烧时间为1～10h，自然冷却到室温后得到一种Eu3+掺杂的铋酸盐红色荧光粉。
3.根据权利要求书2所述的一种Eu3+掺杂的铋酸盐红色荧光粉的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的第一次煅烧温度为830℃，煅烧时间为3h。
4.根据权利要求书2或3所述的一种Eu3+掺杂的铋酸盐红色荧光粉的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的第二次煅烧温度为875℃，煅烧时间为6h。
5.根据权利要求书2或3所述的一种Eu3+掺杂的铋酸盐红色荧光粉的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中的第三次煅烧温度为950℃，煅烧时间为5h。
6.权利要求1所述的Eu3+掺杂的铋酸盐红色荧光粉在制备以紫外光-近紫外光为激发光源的发光器件或显示器件中的应用。
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