CN115466620B - 一种钠铕镓锗石榴石基高效率深红光荧光粉及其制备方法 - Google Patents

一种钠铕镓锗石榴石基高效率深红光荧光粉及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钠铕镓锗石榴石基高效率深红光荧光粉及其制备方法，该荧光粉化学组成表示式为：NaEu2(1‑x)RE2xGa3Ge2O12，其中：0≤x<0.99，RE选自Gd、La、Y中的任一种，可被260‑320nm紫外光，360‑410近紫外光激发，发射出最强主峰在708nm深红光，伴有585‑630nm橙至红光的多峰窄带发光。因为其在708nm处表现出强烈的深红色发光且量子效率高达93.28％，具有激发范围广、量子效率高的优点，可用于全光谱健康照明和辅助植物生长照明等诸多领域。

Description

一种钠铕镓锗石榴石基高效率深红光荧光粉及其制备方法
技术领域：
本发明涉及发光材料技术领域，具体涉及一种钠铕镓锗石榴石基高效率深红光荧光粉及其制备方法。
背景技术：
目前，现代农业越来越智能化，温室内的植物即使在寒冷的冬天、雨天和黑夜也能照常生长，因为在人造温室内二氧化碳浓度、空气温度、相对湿度和光照时间等环境因素都能得到很好的控制。为了调解植物的生长周期，促进植物生长发育，甚至提高作物的产量，面向植物照明应用的LED器件逐步被市场所接受。不同于一般的照明和显示应用，面向植物生长应用的光谱需要特殊的设计。植物照明用的光谱需要考虑叶绿素以及光敏色素的吸收位置。控制植物生长形态的光敏色素PR和PFR的吸收范围在550～700nm之间，其中光敏色素PFR的最佳吸收范围在700～740nm的深红色区域。它们在适时诱导植物的基因表达以调解植物生长形态的过程中起着重要作用。因此，近年来针对植物生长的深红色荧光粉的研究十分活跃。
现有技术中涉铕红光荧光粉的报道很多，商业用的红光荧光粉Y2O3:Eu3+、Y2O2S:Eu3+亦相对成熟，但是这类荧光粉的发光位置集中在610～630nm区间，波长大于680nm的深红光区域从属于Eu3+的5D0-7F4跃迁占比极低，不适用于植物照明。而近年来部分涉铕深红光荧光粉的报道如Ca2TbSn2Al3O12:Eu3+、Sr2ZnGe2O7:Eu3+等则在实际生产应用环节严重受限制，主要表现在近紫外区域激发光利用率不高，量子效率偏低。因此，新型性能更优的尤其是具备高量子效率的涉铕深红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铕镓锗石榴石基高效率深红光荧光粉及其制备方法，该荧光粉可被被260-320nm紫外光，360-410近紫外光激发，发射出最强主峰在708nm深红光，伴有585-630nm橙至红光的多峰窄带发光，量子效率可达93.28％，且固相合成温度大幅下降，解决了现有技术光谱覆盖度不够，量子效率偏低，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：
一种钠铕镓锗石榴石基高效率深红光荧光粉，其化学组成表示式为：NaEu2(1-x)RE2xGa3Ge2O12，其中：x为惰性稀土在铕格位的掺杂量，0≤x<0.99，RE选自Gd、La、Y中的任一种。
所述钠铕镓锗石榴石基高效率深红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、铕、镓、锗和稀土金属元素的原料，其中，金属元素物质的量之比为Na:Eu:RE:Ga:Ge＝1:2-2x:2x:3:2，其中：0≤x<0.99，实验过程中，额外加入10％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。
优选地，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℃，升温结束后恒温，时间为4h。
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。
所述的含有铕元素的原料选自氧化铕、草酸铕、碳酸铕和硝酸铕中的一种以上。
所述的含有镓元素的原料选自氧化镓。
所述的含有锗元素的原料选自氧化锗。
RE选自Gd时，所述的含有稀土金属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；RE选自La时，所述的含有稀土金属元素的原料选自氧化镧、草酸镧、碳酸镧和硝酸镧中的一种以上，RE选自Y时，所述的含有稀土金属元素的原料选自氧化钇、草酸钇、碳酸钇和硝酸钇中的一种以上。
本发明的荧光粉利用Eu3+在石榴石中的八配位格位环境，特殊的对称性使得Eu3+离子在NaEu2(1-x)RE2xGa3Ge2O12(RE＝Gd,La,Y)中表现强烈的5D0-7F4跃迁深红色发光。本发明提出的荧光粉，利用钠、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。
本发明还保护上述钠铕镓锗石榴石基高效率深红光荧光粉在发光器件中的应用。本发明得到的钠铕镓锗石榴石基高效率深红光荧光粉可被260-320nm紫外光，360-410近紫外光激发，发射出最强主峰在708nm深红光，伴有585-630nm橙至红光的多峰窄带发光。本发明深红光荧光粉有效激发范围宽、发射覆盖范围宽，可以应用在LED器件当中，用于全光谱健康照明、辅助植物生长照明当中。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明钠铕镓锗石榴石基高效率深红光荧光粉可在温度低至1150-1250℃区间仅经一步烧结，仅需4h成相，结晶性完好，发光亮度高，荧光寿命短，可用作紫外、近紫外LED芯片激发的深红光转换材料。
(2)本发明钠铕镓锗石榴石基高效率深红光荧光粉的合成具有原材料易得、制造过程简便、合成时间短，所需能耗低、易于工业化等优点。
(3)本发明钠铕镓锗石榴石基高效率深红光荧光粉可被260-320nm紫外光，360-410近紫外光激发，发射出最强主峰在708nm深红光，伴有585-630nm橙至红光的多峰窄带发光。因为其在708nm处表现出强烈的深红色发光且量子效率高达93.28％，具有激发范围广、量子效率高的优点，可用于全光谱健康照明和辅助植物生长照明等诸多领域。
附图说明：
图1是实施例1制备得到的钠铕镓锗石榴石基高效率深红光荧光粉的X射线粉末衍射图谱；
图2是实施例1制备得到的钠铕镓锗石榴石基高效率深红光荧光粉的荧光发射光谱；
图3是实施例1制备得到的钠铕镓锗石榴石基高效率深红光荧光粉的荧光激发光谱；
图4是实施例1制备得到的钠铕镓锗石榴石基高效率深红光荧光粉的量子效率测试结果。
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)0.0265g，氧化钆(Gd2O3)0.1087g，氧化铕(Eu2O3)0.0704g，氧化锗(GeO2)0.1046g，氧化镓(Ga2O3)0.1546g将上述原料在玛瑙研钵中研磨，研磨均匀后进行固相反应，在常压空气气氛下以5℃/min的速率升温至1200℃后，恒温4h，结束后待其冷却，研磨均匀即可获得深红光荧光粉。
实施例2：
分别称取碳酸钠(Na2CO3)0.0265g，氧化镧(La2O3)0.0977g，氧化铕(Eu2O3)0.0704g，氧化锗(GeO2)0.1046g，氧化镓(Ga2O3)0.1546g将上述原料在玛瑙研钵中研磨，研磨均匀后进行固相反应，在常压空气气氛下以5℃/min的速率升温至1200℃后，恒温4h，结束后待其冷却，研磨均匀即可获得深红光荧光粉。
实施例3：
分别称取碳酸钠(Na2CO3)0.0265g，氧化钇(Y2O3)0.0677g，氧化铕(Eu2O3)0.0704g，氧化锗(GeO2)0.1046g，氧化镓(Ga2O3)0.1546g将上述原料在玛瑙研钵中研磨，研磨均匀后进行固相反应，在常压空气气氛下以5℃/min的速率升温至1200℃后，恒温4h，结束后待其冷却，研磨均匀即可获得深红光荧光粉。
实施例4：
分别称取碳酸钠(Na2CO3)0.0265g，氧化钆(Gd2O3)0.1450g，氧化铕(Eu2O3)0.0352g，氧化锗(GeO2)0.1046g，氧化镓(Ga2O3)0.1546g将上述原料在玛瑙研钵中研磨，研磨均匀后进行固相反应，在常压空气气氛下以5℃/min的速率升温至1200℃后，恒温4h，结束后待其冷却，研磨均匀即可获得深红光荧光粉。
实施例5：
分别称取碳酸钠(Na2CO3)0.0265g，氧化镧(La2O3)0.1303g，氧化铕(Eu2O3)0.0352g，氧化锗(GeO2)0.1046g，氧化镓(Ga2O3)0.1546g将上述原料在玛瑙研钵中研磨，研磨均匀后进行固相反应，在常压空气气氛下以5℃/min的速率升温至1200℃后，恒温4h，结束后待其冷却，研磨均匀即可获得深红光荧光粉。
实施例6：
分别称取碳酸钠(Na2CO3)0.0265g，氧化钇(Y2O3)0.0903g，氧化铕(Eu2O3)0.0352g，氧化锗(GeO2)0.1046g，氧化镓(Ga2O3)0.1546g将上述原料在玛瑙研钵中研磨，研磨均匀后进行固相反应，在常压空气气氛下以5℃/min的速率升温至1200℃后，恒温4h，结束后待其冷却，研磨均匀即可获得深红光荧光粉。
实施例7：
分别称取碳酸钠(Na2CO3)0.0265g，氧化铕(Eu2O3)0.1760g，氧化锗(GeO2)0.1046g，氧化镓(Ga2O3)0.1546g将上述原料在玛瑙研钵中研磨，研磨均匀后进行固相反应，在常压空气气氛下以5℃/min的速率升温至1200℃后，恒温4h，结束后待其冷却，研磨均匀即可获得深红光荧光粉。
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)

1.一种钠铕镓锗石榴石基高效率深红光荧光粉，其特征在于，其化学组成表示式为：NaEu2(1-x)RE2xGa3Ge2O12，其中：Eu为Eu3+，x为惰性稀土在铕格位的掺杂量，0≤x<0.99，RE选自Gd、La、Y中的任一种。
2.一种权利要求1所述钠铕镓锗石榴石基高效率深红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、铕、镓、锗和稀土金属元素的原料，其中，金属元素物质的量之比为Na:Eu:RE:Ga:Ge＝1:2-2x:2x:3:2，其中：0≤x<0.99，实验过程中，额外加入10％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。
3.根据权利要求2所述钠铕镓锗石榴石基高效率深红光荧光粉的制备方法，其特征在于，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℃，升温结束后恒温，时间为4h。
4.根据权利要求2所述钠铕镓锗石榴石基高效率深红光荧光粉的制备方法，其特征在于，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。
5.根据权利要求2所述钠铕镓锗石榴石基高效率深红光荧光粉的制备方法，其特征在于，含有铕元素的原料选自氧化铕、草酸铕、碳酸铕和硝酸铕中的一种以上。
6.根据权利要求2所述钠铕镓锗石榴石基高效率深红光荧光粉的制备方法，其特征在于，含有镓元素的原料选自氧化镓。
7.根据权利要求2所述钠铕镓锗石榴石基高效率深红光荧光粉的制备方法，其特征在于，含有锗元素的原料选自氧化锗。
8.根据权利要求2所述钠铕镓锗石榴石基高效率深红光荧光粉的制备方法，其特征在于，RE选自Gd时，所述的含有稀土金属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；RE选自La时，所述的含有稀土金属元素的原料选自氧化镧、草酸镧、碳酸镧和硝酸镧中的一种以上，RE选自Y时，所述的含有稀土金属元素的原料选自氧化钇、草酸钇、碳酸钇和硝酸钇中的一种以上。
9.权利要求1所述的钠铕镓锗石榴石基高效率深红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所述的钠铕镓锗石榴石基高效率深红光荧光粉在发光器件中的应用，其特征在于，应用在全光谱健康照明、辅助植物生长照明当中。
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