CN115305088B - 基于石榴石结构衍生的荧光粉材料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供基于石榴石结构衍生的荧光粉材料及其制备方法和应用，所述荧光粉材料以石榴石晶体结构为材料的基质，基质的结构式为Y₂SrAl₄SiO₁₂，向基质掺杂Ce³⁺和Mn²⁺获得Y_1.95Sr_1‑xAl₄SiO₁₂:0.05Ce³⁺,xMn²⁺(0.1≤x≤0.6)荧光粉，得到光谱可调的黄光发射。另外，向该基质掺杂Eu³⁺获到Y_2‑ySrAl₄SiO₁₂:yEu³⁺(0.05≤y≤0.35)荧光粉，可以向白光LED中补充红光组分。

Description

基于石榴石结构衍生的荧光粉材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于发光材料技术领域，具体涉及基于石榴石结构衍生的荧光粉材料及其制备方法和应用。

背景技术

白光LED具有环保节能、效率高等优点，成为当前照明光源的主流。白光LED主要实现方式是在紫外/近紫外芯片上涂抹荧光粉的下转换发光策略。目前，商用的白光LED主要是由蓝光芯片+Y₃Al₅O₁₂(简写YAG):Ce³⁺黄色荧光粉组成。然而，由于组合成的白光缺乏红光成分，导致产生的白光色温高、显色指数低，使其无法在高质量照明领域进行应用，因此，控制YAG:Ce³⁺的结构和增加其红光组分具有至关重要的现实意义。

石榴石结构由于具有多种配位环境，并且晶格稳定，被认为是制作荧光粉的有效基质材料，利用石榴石结构作为基质，掺杂不同的稀土离子制作的荧光粉可以产生各式各样的发光。

Ce³⁺([Xe]4f)是f-d跃迁的代表性稀土离子。理论上，Ce³⁺的5d能级的能量相对比较高，所以5d-4f发射一般位于近紫外或者蓝光区域，但是由于Ce³⁺的5d能级被分裂多个能态，所以发射光可覆盖近紫外到红光区域。虽然Ce³⁺的发射光谱具有更宽的带宽，并且可以覆盖到红外区域，但是在目前的研究当中，Ce³⁺的发射光谱大多数位于近紫外或者蓝光区域，所以可以用来充当敏化剂作为能量传递的“桥梁”，可以搭配Mn²⁺、Eu²⁺等实现更加靠近红光的宽带发射。Mn²⁺属于过渡金属离子，虽然不属于稀土元素，但是因为其3d层的电子类似于稀土离子的5d电子层，受到外部晶体场环境的影响可以使能级发生劈裂。因为能级劈裂的程度不同，使得Mn²⁺可以产生绿光到红光范围内的不同光子。

在空气的条件下进行煅烧，Eu元素会以Eu³⁺的形式存在于基质当中，组态为[Xe]4f⁶，是发光材料应用的最为广泛的元素之一。Eu³⁺的能级结构较为简单，且对周围的晶体场环境并不敏感，一般呈现出窄带的红色发射。由于Eu³⁺占据了严格的反演中心，表现出⁵D₀→⁷F₁跃迁，发射波长的峰值位于591nm处；如果Eu³⁺的占据偏离了反演对称中心的位点，表现出⁵D₀→⁷F₂跃迁，其最强发射峰值位于613nm处；⁵D₀→⁷F₀跃迁是禁止跃迁，电子很难发生跃迁，但是如果Eu³⁺占据了特定的晶格位点，也会表现出579nm的线状发射。

发明内容

本发明的目的在于提供基于石榴石结构衍生的荧光粉材料及其制备方法和应用，为了提高YAG:Ce³⁺荧光粉的红光发射，本发明以Y₂SrAl₄SiO₁₂(简写YSAS)作为基质，通过掺杂Ce³⁺和Mn²⁺，获得Y_1.95Sr_1-xAl₄SiO₁₂:0.05Ce³⁺,xMn²⁺(0.1≤x≤0.6)荧光粉，且以Ce³⁺作为敏化剂，Mn²⁺作为活化剂，通过Ce³⁺向Mn²⁺的能量传递，Y_1.95Sr_1-xAl₄SiO₁₂:0.05Ce³⁺,xMn²⁺荧光粉得到更加适合的黄/红光发射。另外，本发明以YSAS作为基质，通过掺杂Eu³⁺，得到Y_{2- y}SrAl₄SiO₁₂:yEu³⁺(0.05≤y≤0.35)荧光粉，可以向白光LED中补充红光组分。

本发明提供了基于石榴石结构衍生的荧光粉材料，以石榴石晶体结构为材料的基质，基质的结构式为Y₂SrAl₄SiO₁₂。

优选的，所述基质的晶格属于立方晶系Ia3d空间群。

优选的，向基质掺杂Ce³⁺和Mn²⁺得到的材料结构式为Y_1.95Sr_1-xAl₄SiO₁₂:0.05Ce³⁺,xMn²⁺，其中，0.1≤x≤0.6；或者，向基质掺杂Eu³⁺得到的材料结构式为Y_2-ySrAl₄SiO₁₂:yEu³⁺，其中，0.05≤y≤0.35；x、y为摩尔分数。

优选的，Y_1.95Sr_1-xAl₄SiO₁₂:0.05Ce³⁺,xMn²⁺在458nm蓝光激发下，500nm～800nm处呈现由黄绿色变为黄色再转为橙黄色发射；Y_2-ySrAl₄SiO₁₂:yEu³⁺的激发波长范围为350nm～550nm，发射波长范围为550nm～750nm的红光发射。

本发明还提供了Y_1.95Sr_1-xAl₄SiO₁₂:0.05Ce³⁺,xMn²⁺，0.1≤x≤0.6的制备方法，包括以下步骤：

(1)配料称量：按照结构式的化学计量比称取原料Y₂O₃、SrCO₃、Al₂O₃、SiO₂、CeO₂和MnCO₃；

(2)混料研磨：将上述原料置于球磨罐中，并放入无水乙醇，进行研磨，使其充分混合；

(3)高温烧结：将研磨后的混合物放入刚玉坩埚中，在还原性气氛下进行煅烧，以每分钟5℃的升温速率升高到烧结温度1450℃，烧结时间为10h，将得到的烧结体自然冷却到室温；

(4)研磨过筛：将烧结体再次放到球磨罐中研磨成粉末状，并将研磨后的粉末过筛。

优选的，步骤(2)中，将混合物研磨2小时；步骤(3)中，所述还原气氛为氮氢混合气体，其中，氮气含量为95％，氢气含量为5％；步骤(4)中，将研磨后的粉末放入到325目的筛子中过筛。

本发明还提供了Y_1.95Sr_1-xAl₄SiO₁₂:0.05Ce³⁺,xMn²⁺的应用，用于制作白光照明器件。

本发明提供了Y_2-ySrAl₄SiO₁₂:yEu³⁺，0.05≤y≤0.35的制备方法，包括以下步骤：

(1)配料称量：按照结构式的化学计量比称取原料Y₂O₃、SrCO₃、Al₂O₃、SiO₂和Eu₂O₃；

(2)混料研磨：将上述混合物置于球磨罐中，并放入无水乙醇，进行研磨，使其充分混合；

(3)高温烧结：将研磨后的混合物放入刚玉坩埚中进行煅烧，在空气气氛中，以每分钟5℃的升温速率升高到烧结温度1450℃，烧结时间为10h，再自然冷却到室温；

(4)研磨过筛：将烧结体再次放到球磨罐中研磨成粉末状，并将研磨后的粉末过筛。

优选的，步骤(2)中，将混合物研磨2小时；步骤(4)中，将研磨后的粉末放入到325目的筛子中过筛。

本发明还提供了Y_2-ySrAl₄SiO₁₂:yEu³⁺的应用，用于制作白光照明器件或者植物生长所需红光的LED补光灯。

本发明的有益效果：

通过使用Sr-Si单元取代Y-Al单元进行结构调控，实现了YAG的衍生结构Y₂SrAl₄SiO₁₂(YSAS)；其中Sr²⁺取代Y³⁺晶格位点，Si⁴⁺取代Al³⁺晶格位点，使电荷守恒；YSAS基质由于具有二价原子，可以给二价稀土离子提供阳离子位点，比YAG结构更加丰富，因为具有较大离子半径的Sr-Si单元取代Y-Al单元，导致宿主基质晶格参数发生变化；通过DFT计算基质能带，计算得到YAG为4.535eV，Y₂SrAl₄SiO₁₂为4.874eV，Sr-Si的取代可以增加带隙值。

本发明以石榴石晶体结构为基质，并掺杂Ce³⁺和Mn²⁺，获得Y_1.95Sr_1-xAl₄SiO₁₂:0.05Ce³⁺,xMn²⁺(0.1≤x≤0.6)荧光粉材料，或掺杂Eu³⁺，获得Y_2-ySrAl₄SiO₁₂:yEu³⁺(0.05≤y≤0.35)荧光粉材料，所述荧光粉材料热稳定性好，且在相对高的温度环境下，性能表现良好。

本发明制备的Y_1.95Sr_0.8Al₄SiO₁₂:0.05Ce³⁺,0.2Mn²⁺荧光粉通过与蓝光芯片相结合，制作了白光LED，性能表现为Ra＝86.1，CCT＝5186K，具有比目前商用YAG:Ce³⁺荧光粉更高的显色能力以及更低的色温，表明该荧光粉可以用作实现白光发射的材料。

本发明制备的Y_1.8SrAl₄SiO₁₂:0.2Eu³⁺荧光粉通过与近紫外芯片相结合，制作了红光发射LED，表现出的色纯度和相关色温都非常出色，在20mA的工作电流下的相关色温为1427K，是用于制作白光或者植物生长LED的红色荧光粉。

本发明的荧光粉制备工艺简单、易于操作且节能环保。

附图说明

图1为本发明实施例1～6制备得到的荧光粉的XRD图谱；

图2为本发明实施例1～6制备得到的荧光粉在蓝光芯片激发下，540nm处归一化的发射光谱图；

图3为本发明实施例2中的荧光粉在293K-473K范围内荧光强度随温度的变化情况，其中激发波长λ_ex＝458nm；

图4为本发明实施例2中的荧光粉在590nm以及750nm发射峰处的发光强度随温度的变化情况，插图中显示计算的该荧光粉的活化能△E，其中激发波长λ_ex＝458nm；

图5为利用本发明实施例2中的荧光粉与蓝光芯片封装得到的白光LED的电致发光光谱(工作电流20mA)，插图展现的是在施加电流和未施加电流LED的样貌图。

图6为本发明实施例7～12制备得到的荧光粉的XRD图谱；

图7为本发明实施例7～12制备得到的荧光粉的发射光谱图，其中激发波长λ_ex＝393nm；

图8为本发明实施例10中的荧光粉的激发和发射光谱，其中激发波长λ_ex＝393nm，发射波长λ_em＝710nm；

图9为本发明实施例10中的荧光粉在293K-473K范围内荧光强度随温度的变化情况，其中激发波长λ_ex＝393nm；

图10为本发明实施例10中的荧光粉在710nm发射峰处的发光强度随温度的变化情况，插图中显示计算的该荧光粉的活化能△E，其中激发波长λ_ex＝393nm；

图11为利用本发明实施例10中的荧光粉与近紫外芯片封装得到的红光发射LED的电致发光光谱(工作电流20mA)，插图展现的是在施加电流和未施加电流LED的样貌图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案做进一步的描述。本领域技术人员应当理解，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限制本发明的范围。

实施例1-6为Y_1.95Sr_1-xAl₄SiO₁₂:0.05Ce³⁺,xMn²⁺(0.1≤x≤0.6)荧光粉的制备。

实施例1

称取0.975molY₂O₃、0.9molSrCO₃、2molAl₂O₃、1molSiO₂、0.05molCeO₂和0.1molMnCO₃作为反应原料。将称取的反应原料混合放入球磨罐，并向球磨罐中加入无水乙醇，研磨2小时后装入刚玉坩埚，在氮氢混合气(95％N₂+5％H₂)气氛下进行煅烧，于管式炉中以每分钟5℃的升温速率升高到烧结温度1450℃，保温10小时，之后自然冷却至室温。将烧结体放到球磨罐中进行研磨，研磨烘干后的粉末放入到325目的筛子中过筛，即可得到本发明的Y_1.95Sr_0.9Al₄SiO₁₂:0.05Ce³⁺,0.1Mn²⁺荧光粉。

实施例2

称取0.975molY₂O₃、0.8molSrCO₃、2molAl₂O₃、1molSiO₂、0.05molCeO₂和0.2molMnCO₃作为反应原料。将称取的反应原料混合放入球磨罐，并向球磨罐中加入无水乙醇，研磨2小时后装入刚玉坩埚，在氮氢混合气(95％N₂+5％H₂)气氛下进行煅烧，于管式炉中以每分钟5℃的升温速率升高到烧结温度1450℃，保温10小时，之后自然冷却至室温。将烧结体放到球磨罐中进行研磨，研磨烘干后的粉末放入到325目的筛子中过筛，即可得到本发明的Y_1.95Sr_0.8Al₄SiO₁₂:0.05Ce³⁺,0.2Mn²⁺荧光粉。

参见附图3，为实施例2中制备得到的Y_1.95Sr_0.8Al₄SiO₁₂:0.05Ce³⁺,0.2Mn²⁺荧光粉在293K-473K范围内荧光强度随温度的变化情况，其中激发波长λ_ex＝458nm；附图4为实施例2中得到的Y_1.95Sr_0.8Al₄SiO₁₂:0.05Ce³⁺,0.2Mn²⁺荧光粉在590nm以及750nm发射峰处的发光强度随温度的变化情况，插图中显示计算的该荧光粉的活化能△E，其中激发波长λ_ex＝458nm。由附图3和4可以看出，在458nm的激发下，随着温度的上升，荧光粉整体的发光强度逐渐降低。显示了Mn²⁺占据的两个发光位点的强度随温度变化的趋势图，随着温度的升高都出现了缓慢的下降，其中，位于590nm的Mn²⁺(1)发光位点与位于750nm的Mn²⁺(2)发光位点的发光强度在433K与473K时，都保持293K最初发光强度的80％以上，△E大小为0.29443eV，表明所制备的Y_1.95Sr_0.8Al₄SiO₁₂:0.05Ce³⁺,0.2Mn²⁺荧光粉具有出色的热稳定性能。

附图5为实施例2中制备得到的Y_1.95Sr_0.8Al₄SiO₁₂:0.05Ce³⁺,0.2Mn²⁺荧光粉与蓝光芯片封装得到的白光LED的电致发光光谱(工作电流20mA)，插图展现的是在施加电流和未施加电流LED的样貌图。由附图5可以看出，LED发出耀眼的白光，与传统的商用白光照明相比，由该荧光粉制作的白光LED具有更好的显色能力(Ra＝86.1)以及更低的色温(CCT＝5186K)，表明该荧光粉可以用作实现白光发射的候选材料。

实施例3

称取0.975molY₂O₃、0.7molSrCO₃、2molAl₂O₃、1molSiO₂、0.05molCeO₂和0.3molMnCO₃作为反应原料。将称取的反应原料混合放入球磨罐，并向球磨罐中加入无水乙醇，研磨2小时后装入刚玉坩埚，在氮氢混合气(95％N₂+5％H₂)气氛下进行煅烧，于管式炉中以每分钟5℃的升温速率升高到烧结温度1450℃，保温10小时，之后自然冷却至室温。将烧结体放到球磨罐中进行研磨，研磨烘干后的粉末放入到325目的筛子中过筛，即可得到本发明的Y_1.95Sr_0.7Al₄SiO₁₂:0.05Ce³⁺,0.3Mn²⁺荧光粉。

实施例4

称取0.975molY₂O₃、0.6molSrCO₃、2molAl₂O₃、1molSiO₂、0.05molCeO₂和0.4molMnCO₃作为反应原料。将称取的反应原料混合放入球磨罐，并向球磨罐中加入无水乙醇，研磨2小时后装入刚玉坩埚，在氮氢混合气(95％N₂+5％H₂)气氛下进行煅烧，于管式炉中以每分钟5℃的升温速率升高到烧结温度1450℃，保温10小时，之后自然冷却至室温。将烧结体放到球磨罐进行研磨，研磨烘干后的粉末放入到325目的筛子中过筛，即可得到本发明的Y_1.95Sr_0.6Al₄SiO₁₂:0.05Ce³⁺,0.4Mn²⁺荧光粉。

实施例5

称取0.975molY₂O₃、0.5molSrCO₃、2molAl₂O₃、1molSiO₂、0.05molCeO₂和0.5molMnCO₃作为反应原料。将称取的反应原料混合放入球磨罐，并向球磨罐中加入无水乙醇，研磨2小时后装入刚玉坩埚，在氮氢混合气(95％N₂+5％H₂)气氛下进行煅烧，于管式炉中以每分钟5℃的升温速率升高到烧结温度1450℃，保温10小时，之后自然冷却至室温。将烧结体放到球磨罐中进行研磨，研磨烘干后的粉末放入到325目的筛子中过筛，即可得到本发明的Y_1.95Sr_0.5Al₄SiO₁₂:0.05Ce³⁺,0.5Mn²⁺荧光粉。

实施例6

称取0.975molY₂O₃、0.4molSrCO₃、2molAl₂O₃、1molSiO₂、0.05molCeO₂和0.6molMnCO₃作为反应原料。将称取的反应原料混合放入球磨罐，并向球磨罐中加入无水乙醇，研磨2小时后装入刚玉坩埚，在氮氢混合气(95％N₂+5％H₂)气氛下进行煅烧，于管式炉中以每分钟5℃的升温速率升高到烧结温度1450℃，保温10小时，之后自然冷却至室温。将烧结体放到球磨罐中进行研磨，研磨烘干后的粉末放入到325目的筛子中过筛，即可得到本发明的Y_1.95Sr_0.4Al₄SiO₁₂:0.05Ce³⁺,0.6Mn²⁺荧光粉。

参见附图1，为实施例1～6中制备得到的Y_1.95Sr_1-xAl₄SiO₁₂:0.05Ce³⁺,xMn²⁺(0.1≤x≤0.6)荧光粉的XRD衍射图谱，可以看到所有的样品与标准PDF卡PDF#88-2048匹配良好，均表现出纯相，没有出现多余的第二相，证明Ce³⁺以及Mn²⁺完全固溶进基质当中。右图是放大的部分，从右图可以看出，当Mn²⁺掺杂浓度较小时，衍射峰向高角度移动，这是由于较大的Sr²⁺离子被较小的Mn²⁺离子/>取代所导致的，其中Sr²⁺离子和Mn²⁺离子的配位数为8；随着Mn²⁺掺杂浓度的增加，主峰的衍射角度开始向低角度移动，这可以归因于离子半径较大的Mn²⁺/>取代离子半径较小的Al³⁺/>离子，其中Mn²⁺离子和Al^{3 +}离子的配位数为6。

参见附图2，为本发明实施例1～6制备得到的Y_1.95Sr_1-xAl₄SiO₁₂:0.05Ce³⁺,xMn²⁺(0.1≤x≤0.6)荧光粉在540nm处归一化的发射光谱图，其中激发波长λ_ex＝458nm。由附图2可以看出，在458nm激发下，本发明实施例1～6制备得到的Y_1.95Sr_1-xAl₄SiO₁₂:0.05Ce³⁺,xMn²⁺(0.1≤x≤0.6)荧光粉表现出两个明显的发射带，这可归因于Mn²⁺在Y₂SrAl₄SiO₁₂基质中占据了两个发光位点，发射峰源自于Mn²⁺的⁴T₁(⁴G)→⁶A₁(⁶S)跃迁。

实施例7-12为Y_2-ySrAl₄SiO₁₂:yEu³⁺(0.05≤y≤0.35)荧光粉的制备。

实施例7

Y_1.95SrAl₄SiO₁₂:0.05Eu³⁺荧光粉，制备过程如下：

按照化学计量比称取高纯Y₂O₃、SrCO₃、Al₂O₃、SiO₂和Eu₂O₃作为反应原料。将称取的反应原料混合放入球磨罐，并向球磨罐中加入无水乙醇，研磨2小时后装入刚玉坩埚，在空气条件下进行煅烧，于管式炉中以每分钟5℃的升温速率升高到烧结温度1450℃，保温10小时，之后自然冷却至室温。将烧结体放到球磨罐中进行研磨，研磨烘干后的粉末放入到325目的筛子中过筛，即可得到本发明的Y_1.95SrAl₄SiO₁₂:0.05Eu³⁺荧光粉。

实施例8

Y_1.9SrAl₄SiO₁₂:0.1Eu³⁺荧光粉，制备过程如下：

按照化学计量比称取高纯Y₂O₃、SrCO₃、Al₂O₃、SiO₂和Eu₂O₃作为反应原料。将称取的反应原料混合放入球磨罐，并向球磨罐中加入无水乙醇，研磨2小时后装入刚玉坩埚，在空气条件下进行煅烧，于管式炉中以每分钟5℃的升温速率升高到烧结温度1450℃，保温10小时，之后自然冷却至室温。将烧结体放到球磨罐中进行研磨，研磨烘干后的粉末放入到325目的筛子中过筛，即可得到本发明的Y_1.85SrAl₄SiO₁₂:0.1Eu³⁺荧光粉。

实施例9

Y_1.85SrAl₄SiO₁₂:0.15Eu³⁺荧光粉，制备过程如下：

按照化学计量比称取高纯Y₂O₃、SrCO₃、Al₂O₃、SiO₂和Eu₂O₃作为反应原料。将称取的反应原料混合放入球磨罐，并向球磨罐中加入无水乙醇，研磨2小时后装入刚玉坩埚，在空气条件下进行煅烧，于管式炉中以每分钟5℃的升温速率升高到烧结温度1450℃，保温10小时，之后自然冷却至室温。将烧结体放到球磨罐中进行研磨，研磨烘干后的粉末放入到325目的筛子中过筛，即可得到本发明的Y_1.85SrAl₄SiO₁₂:0.15Eu³⁺荧光粉。

实施例10

Y_1.8SrAl₄SiO₁₂:0.2Eu³⁺荧光粉，制备过程如下：

按照化学计量比称取高纯Y₂O₃、SrCO₃、Al₂O₃、SiO₂和Eu₂O₃作为反应原料。将称取的反应原料混合放入球磨罐，并向球磨罐中加入无水乙醇，研磨2小时后装入刚玉坩埚，在空气条件下进行煅烧，于管式炉中以每分钟5℃的升温速率升高到烧结温度1450℃，保温10小时，之后自然冷却至室温。将烧结体放到球磨罐中进行研磨，研磨烘干后的粉末放入到325目的筛子中过筛，即可得到本发明的Y_1.8SrAl₄SiO₁₂:0.2Eu³⁺荧光粉。

参见附图8，为实施例10中制备得到的Y_1.8SrAl₄SiO₁₂:0.2Eu³⁺荧光粉的激发光谱和发射光谱，其中，激发波长λ_ex＝393nm，发射波长λ_em＝393nm。由附图8可以看出，在710nm的检测波长下，本实例中得到的红色荧光粉材料显示了从350到550nm的尖峰激发，其中，362、381、393、412、457以及525nm的尖峰分别对应于Eu³⁺从⁷F₀→⁵D₄、⁵G₂、⁵L₆、⁵D₃、⁵D₂以及⁵D₁的跃迁。最强峰激发位于393nm处，可以被近紫外芯片有效激发。在最强393nm的激发下，本实例中得到的红色荧光粉材料展现出从550到750nm的一系列尖峰发射，其中，578、590、612、650、710以及748nm的尖峰分别源自于Eu³⁺从⁵D₀→⁷F_j(j＝0～5)的电子跃迁。

附图9为实施例10中制备得到的Y_1.8SrAl₄SiO₁₂:0.2Eu³⁺荧光粉在293K-473K范围内荧光强度随温度的变化情况，其中激发波长λ_ex＝393nm；附图10为实施例10中制备得到的Y_1.8SrAl₄SiO₁₂:0.2Eu³⁺荧光粉在710nm发射峰处的发光强度随温度的变化情况，插图中显示计算的该荧光粉的活化能△E，其中激发波长λ_ex＝393nm。由附图9和10可以看出，Eu³⁺在710nm处的发光强度在433K时保持为293K的92％，△E大小为0.28713eV，表明该荧光粉具有出色的热稳定性能，可用于白光LED的封装。

附图11为实施例10中制备得到的Y_1.8SrAl₄SiO₁₂:0.2Eu³⁺荧光粉与近紫外芯片封装得到的红光发射LED的电致发光光谱(工作电流20mA)，插图展现的是在施加电流和未施加电流LED的样貌图。由附图11可以看出，LED发出明亮的红光，且该LED所表现出的色温CCT(相关色温)＝1492K，表明该荧光粉可以成为制作白光LED的候选材料。

实施例11

Y_1.75SrAl₄SiO₁₂:0.25Eu³⁺荧光粉，制备过程如下：

按照化学计量比称取高纯Y₂O₃、SrCO₃、Al₂O₃、SiO₂和Eu₂O₃作为反应原料。将称取的反应原料混合放入球磨罐，并向球磨罐中加入无水乙醇，研磨2小时后装入刚玉坩埚，在空气条件下进行煅烧，于管式炉中以每分钟5℃的升温速率升高到烧结温度1450℃，保温10小时，之后自然冷却至室温。将烧结体放到球磨罐中进行研磨，研磨烘干后的粉末放入到325目的筛子中过筛，即可得到本发明的Y_1.75SrAl₄SiO₁₂:0.25Eu³⁺荧光粉。

实施例12

Y_1.65SrAl₄SiO₁₂:0.35Eu³⁺荧光粉，制备过程如下：

按照化学计量比称取高纯Y₂O₃、SrCO₃、Al₂O₃、SiO₂和Eu₂O₃作为反应原料。将称取的反应原料混合放入球磨罐，并向球磨罐中加入无水乙醇，研磨2小时后装入刚玉坩埚，在空气条件下进行煅烧，于管式炉中以每分钟5℃的升温速率升高到烧结温度1450℃，保温10小时，之后自然冷却至室温。将烧结体放到球磨罐中进行研磨，研磨烘干后的粉末放入到325目的筛子中过筛，即可得到本发明的Y_1.65SrAl₄SiO₁₂:0.35Eu³⁺荧光粉。

参见附图6，为实施例7～12中制备得到的Y_2-ySrAl₄SiO₁₂:yEu³⁺(0.05≤y≤0.35)荧光粉的XRD衍射图谱，可以看到所有的晶面(211、400、420、422、611、640、842等)均与Y₃Al₅O₁₂的标准比对卡片(PDF#88-2048)匹配完好，证明纯相合成。

参见附图7，为实施例7～12中制备得到的Y_2-ySrAl₄SiO₁₂:yEu³⁺(0.05≤y≤0.35)荧光粉的发射光谱图，可以看到，在393nm激发下，整体的发光强度都呈现出先上升后下降的趋势，在x＝0.2时达到最高值，最后由于浓度猝灭产生下降。发射光谱中主要表现出两个尖峰发射，一个是源于Eu³⁺的⁵D₀→⁷F₁跃迁而产生的位于597nm处的峰，另外一个源于Eu³⁺的⁵D₀→⁷F₄跃迁而产生的位于710nm处的峰。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.基于石榴石结构衍生的荧光粉材料，其特征在于：以石榴石晶体结构为材料的基质，基质的结构式为Y₂SrAl₄SiO₁₂，向基质掺杂Ce³⁺和Mn²⁺得到的材料结构式为Y_1.95Sr_{1- x}Al₄SiO₁₂:0.05Ce³⁺,xMn²⁺，其中，0.1≤x≤0.6；或者，向基质掺杂Eu³⁺得到的材料结构式为Y_2-ySrAl₄SiO₁₂:yEu³⁺，其中，0.05≤y≤0.35；x、y为摩尔分数，Y_1.95Sr_1-xAl₄SiO₁₂:0.05Ce³⁺,xMn²⁺在458nm蓝光激发下，500nm～800nm处呈现由黄绿色变为黄色再转为橙黄色发射；Y_{2- y}SrAl₄SiO₁₂:yEu³⁺的激发波长范围为350nm～550nm，发射波长范围为550nm～750nm的红光发射。

2.如权利要求1所述的基于石榴石结构衍生的荧光粉材料，其特征在于：所述基质的晶格属于立方晶系Ia3d空间群。

3.如权利要求1所述的基于石榴石结构衍生的荧光粉材料的制备方法，其特征在于：Y_1.95Sr_1-xAl₄SiO₁₂:0.05Ce³⁺,xMn²⁺的制备方法包括以下步骤：

(1)配料称量：按照结构式的化学计量比称取原料Y₂O₃、SrCO₃、Al₂O₃、SiO₂、CeO₂和MnCO₃；

(2)混料研磨：将上述原料置于球磨罐中，并放入无水乙醇，进行研磨，使其充分混合；

(3)高温烧结：将研磨后的混合物放入刚玉坩埚中，在还原性气氛下进行煅烧，烧结温度为1450℃，烧结时间为10h，将得到的烧结体自然冷却到室温；

(4)研磨过筛：将烧结体再次放到球磨罐中研磨成粉末状，并将研磨后的粉末过筛。

4.如权利要求3所述的基于石榴石结构衍生的荧光粉材料的制备方法，步骤(2)中，将混合物研磨2小时；步骤(3)中，所述还原性气氛为氮氢混合气体，其中，氮气含量为95％，氢气含量为5％；步骤(4)中，将研磨后的粉末放入到325目的筛子中过筛。

5.如权利要求1-2任一项所述的基于石榴石结构衍生的荧光粉材料的应用，其特征在于：Y_1.95Sr_1-xAl₄SiO₁₂:0.05Ce³⁺,xMn²⁺用于制作白光照明器件。

6.如权利要求1所述的基于石榴石结构衍生的荧光粉材料的制备方法，其特征在于：Y_2-ySrAl₄SiO₁₂:yEu³⁺的制备方法包括以下步骤：

(1)配料称量：按照结构式的化学计量比称取原料Y₂O₃、SrCO₃、Al₂O₃、SiO₂和Eu₂O₃；

(2)混料研磨：将上述混合物置于球磨罐中，并放入无水乙醇，进行研磨，使其充分混合；

(3)高温烧结：将研磨后的混合物放入刚玉坩埚中进行煅烧，在空气气氛下，烧结温度为1450℃，烧结时间为10h，再自然冷却到室温；

(4)研磨过筛：将烧结体再次放到球磨罐中研磨成粉末状，并将研磨后的粉末过筛。

7.如权利要求6所述的基于石榴石结构衍生的荧光粉材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，将混合物研磨2小时；步骤(4)中，将研磨后的粉末放入到325目的筛子中过筛。

8.如权利要求1-2任一项所述的基于石榴石结构衍生的荧光粉材料的应用，其特征在于：Y_2-ySrAl₄SiO₁₂:yEu³⁺用于制作白光照明器件或者植物生长所需红光的LED补光灯。