CN115141359B - 一种固体荧光材料及其合成方法与在led器件中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及功能材料制备技术领域，提供了一种固体荧光材料的合成方法，包括以下步骤：取间苯三酚和脂肪二酸，固相混合均匀，采用微波法直接热解固体混合物反应合成，若干分钟即可制备得到系列具有不同光致发光颜色的固体荧光材料。该荧光材料可作为潜在的LED荧光粉，在低功率紫外灯下可显现系列荧光。本发明克服了传统固体发光材料制备步骤繁琐、溶剂消耗、产率低、潜在污染高的问题，原料廉价易得，合成快速简单、绿色温和，成本低，适于大批量生产和实际应用。

Description

一种固体荧光材料及其合成方法与在LED器件中的应用
技术领域
本发明涉及功能材料制备技术领域，尤其涉及一种固体荧光材料及其合成方法与在LED器件中的应用。
背景技术
固体发光材料在显示、辐射探测、医药、农业、光电子学、激光、照明等方面已经得到了大量的应用。随着社会的发展和技术的进步，对固体发光材料生产过程中能耗、污染都提出了新要求，极力倡导污染少，能耗低的合成方法。目前，用于制备固体发光材料的方法主要有：溶胶凝胶法、喷雾热解法、化学沉淀法、水热合成法、高温固相烧结法等。
溶胶凝胶法则是以有机化合物溶液作为母体材料，配以激活剂、共激活剂、助熔剂等有机化合物，混合后，加入水，在溶液中静化形成凝胶，经过干燥、煅烧去除有机物后，再在弱还原气氛下煅烧还原得到发光材料。而喷雾热解法是将各金属盐按制备复合型粉末所需的化学计量比配成前驱体溶液，经雾化器雾化后，由载气带入高温反应炉中，在反应炉中瞬间完成溶剂蒸发、溶质沉淀形成固体颗粒、颗粒干燥、颗粒热分解、烧结成型等一系列的物理化学过程，最后形成超细粉末。化学沉淀法是将各种原料溶解于同一种溶液中，然后加入沉淀剂或在一定温度下使溶液发生水解，形成沉淀性的物质并从溶液析出后，经过洗涤、热分解或脱水得到氧化物粉料，再在还原气氛下以一定温度锻烧而成，冷却后即得到所需产品。水热合成法以液态水或气态水作为传递压力的介质，利用绝大多数物相在高压下均能部分溶于水的特性，使反应在液相或气相中进行。这四种方法虽然在一定程度上都能得到固体发光材料，但也有一些显著的缺点，如合成过程无法克服对于溶剂的依赖性，制备步骤多，后处理繁琐、生产周期长等。
高温固相烧结法相比其他方法可以摆脱溶剂的依赖，近年来已成为制备发光材料的热门方法。该方法是将高纯度的各种原料进行机械粉磨、混合、预处理后，于1000~1600℃高温锻烧反应数小时，最后粉碎研磨得到产品。但是这种方法通常需要在几小时高温状态下制备，得到的产品一般晶粒较大，硬度大，组成不均匀，通常反应过程能耗大，制备周期长，危险系数高。
因此，迫切需要开发一种简单、快速、能耗低、潜在污染低的固体发光材料的合成方法。
发明内容
本发明旨在至少克服上述现有技术的缺点与不足其中之一，提供了一种成本低、速度快、能耗少、简单温和的固体荧光材料合成方法，并提供了所得固体荧光材料在LED器件中的应用。本发明目的基于以下技术方案实现：
本发明目的第一方面，提供了一种固体荧光材料的合成方法，包括以下步骤：取间苯三酚和脂肪二酸，固相混合均匀，采用微波法直接热解固体混合物反应合成。
优选地，所述间苯三酚与脂肪二酸按质量比为1:（0.0375～1.5）。
优选地，所述脂肪二酸为C2-C12脂肪二酸中的一种或多种。
优选地，所述C2-C12脂肪二酸优选为乙二酸、丙二酸、丁二酸和戊二酸中的一种或多种。
优选地，所述间苯三酚与乙二酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸的质量比分别为1:0.0625-1:16，1:0.0625-1:8，1:0.125-1:8，1:0.125-1:8。
优选地，所述混合均匀的方式为研磨混合。
优选地，所述微波法的微波功率为700-900 W，反应时间为0.5-10 min。
优选地，所述微波法可采用家用微波炉。
本发明目的第二方面，提供了一种固体荧光材料，根据以上所述的合成方法制得。
本发明目的第三方面，提供了一种固体荧光材料在LED器件中的应用，优选地，上述固体发光材料用于LED荧光粉。
其中，所述LED器件的制备方法包括：将固体荧光材料与有机硅胶、固化剂均匀混合，然后将得到的混合物滴加到光泵上，烘干，制备完成。
优选地，所述固体荧光材料与有机硅胶、固化剂的总质量比为0.05:1-0.5:1，其中有机硅胶与固化剂质量比为1:3~5。
本发明的固相反应机理如下：在微波辐照下，间苯三酚借助脂肪酸催化作用，缩聚并部分碳化，最终自组装为发光聚合物。脂肪酸的脂肪链不同，导致其酸性及碳化程度不同，使得间苯三酚缩聚程度有差异，最终表现发射不同荧光。
本发明所得荧光材料的发光原理如下：产物具有系列共轭芳香环结构，在短波长光源激发下，内部电子能级跃迁，进而释放低能长波长荧光。这种荧光性质随间苯三酚聚合及碳化程度不同而改变。
本发明可至少取得如下有益效果其中之一：
本发明克服了传统的用于制备固体发光材料方法的缺陷，比如制备步骤繁琐，耗时长，溶剂消耗，产率低，潜在污染高，造价高，能耗高等。本发明利用微波直接热解固体混合物就可以得到具有发光性能的材料，无需任何溶剂的参与，步骤简单、快速、条件温和、绿色、产率高、成本低，并且原料简单易得，适于大量生产和工业推广。
本发明所得荧光材料可作为潜在的LED荧光粉，在低功率紫外灯下可显现系列荧光。
附图说明
图1是本发明方法的多色固体荧光材料的合成方法示意图；
图2是本发明方法实施例1-4制备的固体荧光材料在365 nm激发下的荧光光谱图；
图3是本发明方法实施例1-4制备的固体荧光材料（1-4）和氯化铁固体（5，作为对比）在日光灯和365 nm紫外灯下拍摄的照片（365 nm紫外灯下，发光材料1-4分别显现红色、橙色、橙黄色、黄色荧光，而氯化铁固体呈黑色）；
图4是本发明方法实施例2制备材料在橙光LED中的应用；
图5是本发明方法实施例4制备材料在黄光LED中的应用；
图6是本发明方法实施例3制备材料在白光LED中的应用。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例中的附图，对本发明的实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明的优选实施例，提供了一种成本低、速度快、能耗少、简单温和的固体荧光材料合成方法，包括以下步骤：
1）取间苯三酚和脂肪二酸，固相充分研磨混合均匀；其中，间苯三酚与脂肪二酸的质量比为1:(0.0375-1.5)，优选脂肪二酸为C2-C12脂肪二酸中的一种或多种，C2-C12脂肪二酸优选为乙二酸、丙二酸、丁二酸和戊二酸中的一种或多种，且间苯三酚与乙二酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸的质量比分别为1:0.0625-1:16，1:0.0625-1:8，1:0.125-1:8，1:0.125-1:8；
2）采用微波法直接热解固体混合物反应合成，微波功率为700-900 W，反应时间为1-15 min。反应结束后冷却得到具备发光性能的固体荧光材料。
本发明所得固体荧光材料在LED器件中具有良好的应用。
以下是具体实施例。
实施例1：
取间苯三酚0.05 g，乙二酸0.2 g，放置于研钵中充分研磨混合均匀，转移到50 mL烧杯中，放置于800 W微波炉中固相反应2 min，反应结束后即可得到能发出红色荧光的固体发光材料1。
实施例2：
取间苯三酚0.2 g，丙二酸0.05 g，放置于研钵中充分研磨混合均匀，转移到50 mL烧杯中，放置于800 W微波炉中固相反应3 min，反应结束后即可得到能发出橙色荧光的固体发光材料2。
实施例3：
取间苯三酚0.1 g，丁二酸0.1 g，放置于研钵中充分研磨混合均匀，转移到50 mL烧杯中，放置于800 W微波炉中固相反应3 min，反应结束后即可得到能发出橙黄荧光的固体发光材料3。
实施例4：
取间苯三酚0.1 g，戊二酸0.1 g，放置于研钵中充分研磨混合均匀，转移到50 mL烧杯中，放置于800 W微波炉中固相反应2 min，反应结束后即可得到能发出黄色荧光的固体发光材料4。
图2是本发明实施例1-4制备的固体荧光材料的荧光光谱图，在365 nm激发下，发射峰分别位于616，593，586，573 nm。
图3是本发明方法实施例1-4制备的固体荧光材料和氯化铁固体（作为对比）在日光灯和365 nm紫外灯下拍摄的照片。365 nm紫外灯下，发光材料1-4分别显现红色、橙色、橙黄色、黄色荧光，而氯化铁固体呈黑色。
实施例5：
以实施例2获得材料进行LED器件的制备。选用发射波长为365 nm的紫外光LED芯片作为光泵，将0.2 g的固体荧光材料与0.5 g的质量比为1:4的有机硅胶、固化剂均匀混合，然后将适量的混合物滴加到紫外光芯片上，100 ℃烘干1小时，LED即制备完成。如图4所示，LED在紫外激发下显现橙色发光。
实施例6：
以实施例4获得材料进行LED器件的制备。选用发射波长为365 nm的紫外光芯片作为光泵，将0.08 g的固体荧光材料与0.5 g的质量比为1:4的有机硅胶、固化剂均匀混合，然后将适量的混合物滴加到蓝光芯片上，100 ℃烘干1小时，LED即制备完成。如图5所示，LED在紫外激发下显现黄色发光。
实施例7：
以实施例3获得材料进行LED器件的制备。选用发射波长为450 nm的蓝光LED芯片作为光泵，将0.1 g的固体荧光材料与0.5 g的质量比为1:4的有机硅胶、固化剂均匀混合，然后将适量的混合物滴加到蓝光芯片上，100 ℃烘干1小时，LED即制备完成。如图6所示，LED在蓝光激发下显现白色发光。
最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种固体荧光材料的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：取间苯三酚和脂肪二酸，固相混合均匀，采用微波法直接热解固体混合物反应合成，所述间苯三酚与脂肪二酸按质量比为1:（0.0375～1.5），所述脂肪二酸为C2-C12脂肪二酸中的一种或多种，所述微波法的微波功率为700-900 W，反应时间为0.5-10 min。
2.根据权利要求1所述的一种固体荧光材料的合成方法，其特征在于，所述C2-C12脂肪二酸为乙二酸、丙二酸、丁二酸和戊二酸中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的一种固体荧光材料的合成方法，其特征在于，所述间苯三酚与乙二酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸的质量比分别为1:0.0625-1:16，1:0.0625-1:8，1:0.125-1:8，1:0.125-1:8。
4.根据权利要求1所述的一种固体荧光材料的合成方法，其特征在于，所述混合均匀的方式为研磨混合。
5.一种固体荧光材料，其特征在于，根据权利要求1~4中任一项所述的合成方法制得。
6.根据权利要求5所述的一种固体荧光材料在LED器件中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述LED器件的制备方法包括：将固体荧光材料与有机硅胶、固化剂均匀混合，然后将得到的混合物滴加到光泵芯片上，烘干，制备完成。
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