CN115368893A - 一种钠钆镓锗石榴石基青光荧光粉及其制备方法 - Google Patents
一种钠钆镓锗石榴石基青光荧光粉及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种钠钆镓锗石榴石基青光荧光粉，该荧光粉为Bi3+掺杂的青光NaGd2Ga3Ge2O12荧光材料，化学组成为NaGd2(1‑x)Ga3Ge2O12:xBi3+，其中，x为掺杂的Bi3+离子浓度，0<x≤0.20，可被260‑380nm紫外光激发，发射出主峰在480nm，光谱涵盖390‑710nm的超宽谱带发光。因其发射光谱在青光波段充分覆盖，可以应用在LED器件当中，适用于全光谱健康照明、人脸识别、温度探测等众多领域。
Description
技术领域：
本发明涉及发光材料技术领域，具体涉及一种钠钆镓锗石榴石基青光荧光粉及其制备方法。
背景技术：
目前市面上普通的白光LED照明技术主要基于GaN半导体芯片蓝光与YAG荧光粉黄光的简单复合。蓝光与黄光复合而得到白光，其显色指数偏低(Ra<80)且色温偏高(CCT>6500K)，均不利于高端场所的应用。更为严重的问题是，芯片蓝光的光谱覆盖区域不足，在此情况下要想得到视觉可接受的白光，蓝光在整个光谱中的比重往往过大，从而衍生出蓝光危害问题。让白光光谱尽可能连续，比如说引入青光从而稀释蓝光在整个光谱中的比重，是解决此问题的有效办法。因此，研制新型青光荧光粉尤为重要。
现有的研究成果表明，在合适的基质中，Ce3+，Eu2+，Bi3+离子的掺杂均能实现青光发射。但它们的原料，即它们常见的氧化物中，铈与铕的价态分别是正四价和正三价，均不是能直接实现获得青光发光的价态，铈与铕的离子掺杂必须要被还原。换言之，较铈与铕而言，Bi3+离子的掺杂所具备的优势是无需使用还原性气氛。因此，Bi3+离子激活的青光荧光粉一直备受青睐。
现有技术中，关于Bi3+离子激活的青光荧光粉的报道有硫氧化物CaZnOS:Bi3+荧光粉，镓酸盐Ba2LaGaO5:Bi3+荧光粉等，但是它们的化学稳定性不如石榴石基荧光粉。此外，还存在光谱覆盖度不够，成相温度偏高，生产能耗较大等问题。因此，新型化学稳定且光谱性能优异的石榴石基青光荧光粉的探寻依然任重而道远。
发明内容：
本发明的目的是提供一种钠钆镓锗石榴石基青光荧光粉及其制备方法，该荧光粉为Bi3+掺杂的青光NaGd2Ga3Ge2O12荧光材料，化学组成为NaGd2(1-x)Ga3Ge2O12:xBi3+，可被260-380nm紫外光激发，发射出主峰在480nm，光谱涵盖390-710nm的超宽谱带发光，且固相合成温度大幅下降，制造过程简便、无特定压强、气氛要求，合成时间短，解决了现有技术光谱覆盖度不够，成相温度偏高，生产能耗较大的问题。
本发明是通过以下技术方案予以实现的：
一种钠钆镓锗石榴石基青光荧光粉，该荧光粉为Bi3+掺杂的青光NaGd2Ga3Ge2O12荧光材料，化学组成为NaGd2(1-x)Ga3Ge2O12:xBi3+，其中，x为掺杂的Bi3+离子浓度，0<x≤0.20。
所述钠钆镓锗石榴石基青光荧光粉的制备方法，包括以下步骤：按化学组成分别称取含有钠、钆、镓、锗和铋金属元素的原料，其中，金属元素物质的量之比为Na:Gd:Ga:Ge:Bi＝1:2-2x:3:2:2x，0<x≤0.20，再根据实验温度的高低，额外加入一定量的Ga2O3用于补偿高温反应过程中Ga的流失，充分研磨使其混合均匀，并放入反应容器中，在常压空气气氛中进行烧结，后冷却至室温，研磨即得目标荧光粉；所述的烧结程序步骤为：以3-7℃/min的速率从室温升温至1150-1250℃，然后恒温4h。
优选地，所述的含有钠元素的原料选自碳酸钠、碳酸氢钠和草酸钠中的一种以上。
优选地，所述的含有钆元素的原料选自氧化钆、草酸钆、碳酸钆和硝酸钆中的一种以上。
优选地，所述的含有镓元素的原料选自氧化镓。
优选地，所述的含有锗元素的原料选自氧化锗。
优选地，所述的含有铋元素的原料选自氧化铋和硝酸铋中的一种以上。
优选地，所述额外加入一定量的Ga2O3为额外添加超化学计量比10％的Ga2O3。
本发明的钠钆镓锗石榴石基青光荧光粉，利用钠、钆、镓、锗构建的新型石榴石基质相较于传统的含铝、硅、碱土金属构建的石榴石同构体系而言，其固相合成的反应温度大幅度下降，合成过程无特定压强、气氛要求。本发明的钠钆镓锗石榴石基青光荧光粉利用Bi3+在钠钆镓锗石榴石中的格位环境，适宜的晶体场强度使得掺杂在Gd3+格位上的Bi3+离子表现超宽谱带青光。
本发明还保护上述钠钆镓锗石榴石基青光荧光粉在发光器件中的应用。本发明提出的钠钆镓锗石榴石基青光荧光粉为近红外光荧光粉，可被260-380nm紫外光激发，发射出主峰在480nm，光谱涵盖390-710nm的超宽谱带发光，有效激发范围宽、发射覆盖范围宽，可以应用在LED器件当中，适用于全光谱健康照明、人脸识别、温度探测等众多领域。
本发明得到的钠钆镓锗石榴石基青光荧光粉结晶性完好，发光亮度高，荧光寿命短，可用作紫外LED芯片激发的青光转换材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明钠钆镓锗石榴石基青光荧光粉在温度低至1150-1250℃条件下经一步烧结，仅需反应4h成相，相较于传统的含铝、硅、碱土金属构建的石榴石同构体系而言，其固相合成的反应温度大幅度下降，合成时间短，且合成过程无特定压强、气氛要求，原材料易得、制造过程简便、所需能耗低、易于工业化等优点。
(2)本发明得到的产品结晶性完好，发光亮度高，荧光寿命短，可用作紫外LED芯片激发的青光转换材料。
(3)本发明钠钆镓锗石榴石基青光荧光粉具有激发范围广、发射峰可调，发射峰谱宽的优点。本发明得到的荧光粉可被260-380nm紫外光激发，发射出主峰在480nm，光谱涵盖390-710nm的超宽谱带发光。因其发射光谱在青光波段充分覆盖，可以应用在LED器件当中，适用于全光谱健康照明、人脸识别、温度探测等众多领域。
附图说明：
图1是实施例1制备得到的Bi3+掺杂NaGd2Ga3Ge2O12青光荧光粉的X射线粉末衍射图谱；
图2是实施例1制备得到的Bi3+掺杂NaGd2Ga3Ge2O12青光荧光粉的荧光发射光谱；
图3是实施例1制备得到的Bi3+掺杂NaGd2Ga3Ge2O12青光荧光粉的荧光激发光谱；
图4是实施例1制备得到的Bi3+掺杂NaGd2Ga3Ge2O12青光荧光粉的色坐标图。
具体实施方式：
以下是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
实施例1：
分别称取碳酸钠(Na2CO3)0.2398g，氧化钆(Gd2O3)1.4927g，氧化锗(GeO2)0.9470g，氧化铋(Bi2O3)0.1897g，氧化镓(Ga2O3)1.5267g将上述原料在玛瑙研钵中研磨，研磨均匀后进行固相反应，在常压空气气氛环境以5℃/min的速率从室温升温至1200℃后，恒温4h，结束后待其自然冷却，研磨均匀即可获得Bi3+掺杂NaGd2Ga3Ge2O12青光荧光粉。
实施例2：
分别称取碳酸钠(Na2CO3)0.2398g，氧化钆(Gd2O3)1.5583g，氧化锗(GeO2)0.9470g，氧化铋(Bi2O3)0.1054g，氧化镓(Ga2O3)1.5267g将上述原料在玛瑙研钵中研磨，研磨均匀后进行固相反应，在常压空气气氛环境以5℃/min的速率从室温升温至1200℃后，恒温4h，结束后待其自然冷却，研磨均匀即可获得Bi3+掺杂NaGd2Ga3Ge2O12青光荧光粉。
实施例3：
分别称取碳酸钠(Na2CO3)0.2398g，氧化钆(Gd2O3)1.6239g，氧化锗(GeO2)0.9470g，氧化铋(Bi2O3)0.0210g，氧化镓(Ga2O3)1.5267g将上述原料在玛瑙研钵中研磨，研磨均匀后进行固相反应，在常压空气气氛环境以5℃/min的速率从室温升温至1200℃后，恒温4h，结束后待其自然冷却，研磨均匀即可获得Bi3+掺杂NaGd2Ga3Ge2O12青光荧光粉。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种钠钆镓锗石榴石基青光荧光粉，其特征在于，该荧光粉为Bi3+掺杂的青光NaGd2Ga3Ge2O12荧光材料，化学组成为NaGd2(1-x)Ga3Ge2O12:xBi3+，其中，x为掺杂的Bi3+离子浓度，0<x≤0.20。
2.一种权利要求1所述钠钆镓锗石榴石基青光荧光粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按化学组成分别称取含有钠、钆、镓、锗和铋金属元素的原料，其中，金属元素物质的量之比为Na:Gd:Ga:Ge:Bi＝1:2-2x:3:2:2x，0<x≤0.20，再根据实验温度的高低，额外加入一定量的Ga2O3用于补偿高温反应过程中Ga的流失，充分研磨使其混合均匀，并放入反应容器中，在常压空气气氛中进行烧结，后冷却至室温，研磨即得目标荧光粉；所述的烧结程序步骤为：以3-7℃/min的速率从室温升温至1150-1250℃，然后恒温4h。
3.根据权利要求2所述的钠钆镓锗石榴石基青光荧光粉的制备方法，其特征在于，所述的含有钠元素的原料选自碳酸钠、碳酸氢钠和草酸钠中的一种以上。
4.根据权利要求2所述的钠钆镓锗石榴石基青光荧光粉的制备方法，其特征在于，所述的含有钆元素的原料选自氧化钆、草酸钆、碳酸钆和硝酸钆中的一种以上。
5.根据权利要求2所述的钠钆镓锗石榴石基青光荧光粉的制备方法，其特征在于，所述的含有镓元素的原料选自氧化镓。
6.根据权利要求2所述的钠钆镓锗石榴石基青光荧光粉的制备方法，其特征在于，所述的含有锗元素的原料选自氧化锗。
7.根据权利要求2所述的钠钆镓锗石榴石基青光荧光粉的制备方法，其特征在于，所述的含有铋元素的原料选自氧化铋和硝酸铋中的一种以上。
8.根据权利要求2所述的钠钆镓锗石榴石基青光荧光粉的制备方法，其特征在于，所述额外加入一定量的Ga2O3为额外添加超化学计量比10％的Ga2O3。
9.权利要求1所述的钠钆镓锗石榴石基青光荧光粉在发光器件中的应用，其特征在于，应用在LED器件当中。
10.根据权利要求9所述的钠钆镓锗石榴石基青光荧光粉在发光器件中的应用，其特征在于，适用于全光谱健康照明、人脸识别、温度探测。
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