一種在藍(lán)光激發(fā)下發(fā)綠光的氮化物熒光材料及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)光材料及其制備方法和用途，具體地說是一種在藍(lán)光激發(fā)下發(fā)綠光的氮化物熒光材料及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]在器件中實現(xiàn)白光的輸出有多種途徑，如通過藍(lán)光芯片激發(fā)黃色焚光粉，藍(lán)、黃光混合得到白光，或者通過紫光(或紫外光)激發(fā)紅、綠、藍(lán)三種熒光粉，紅、綠藍(lán)光混合成白光；此外，采用藍(lán)光LED激發(fā)綠光和紅光熒光粉也是一種可行的技術(shù)途徑。
[0003]氮化物熒光材料因其具有無毒、不潮解及熱穩(wěn)定性高等優(yōu)點，成為近年來發(fā)光材料研宄領(lǐng)域的熱點之一。隨著研宄的不斷深入，近年來，氮化物熒光粉的研宄使得紅光熒光粉逐步從實驗室研宄應(yīng)用到了照明、顯示等器件中。如M2Si具:Eu2+ (M=Ca, Sr，Ba)、CaAlSiN3 = Eu2+等氮化物熒光粉均能實現(xiàn)藍(lán)光的激發(fā)下輸出紅光。因此，為達到藍(lán)光LED激發(fā)綠、紅光熒光粉實現(xiàn)白光輸出的目的，還需要不斷開發(fā)更多能被藍(lán)光LED激發(fā)輸出綠光的熒光粉。
[0004]目前，實現(xiàn)Eu2+離子發(fā)光，基質(zhì)陽離子一般為+2價的堿土金屬離子Ca 2+、Sr2+、Ba2+中的一種或數(shù)種，如ZL02155323.8公開了一種摻銪的紅色熒光粉的制備方法，是以堿土金屬陽離子為基質(zhì)，通過特定方法摻雜了二價銪制備了熒光粉，但是該專利所制備出的熒光粉在汞線激發(fā)下發(fā)射的是紅光。此外，行業(yè)內(nèi)也有學(xué)者們研宄了一些能夠發(fā)綠光的熒光材料，如ZL201210057383.7公開一種用于AC-LED的綠色熒光材料及其制備方法，其中用于AC-LED的綠色熒光材料的組成通式為:(MmIxEuy)Al2O41 < x ^ 0.04,0 < y ^ 0.05。該專利在合成熒光材料過程中聯(lián)合添加H3BO3與稀土元素，能夠有效抑制SrAl 204物質(zhì)的半生雜相31^114025并顯著提高發(fā)光強度。但是該材料的主激發(fā)波帶處于紫外區(qū)，不能被藍(lán)光LED芯片所有效激活。又如ZL201110153106.1公開了一種藍(lán)光激發(fā)發(fā)射紅綠光的熒光材料及其制備方法，該材料可被藍(lán)光激發(fā)且發(fā)射綠光，但該材料的發(fā)光離子為Pr3+，發(fā)光效率低于Eu2+離子發(fā)光，且Pr 3+的發(fā)光光譜為窄帶譜，而在白光LED照明應(yīng)用上，寬帶發(fā)光更有利于人眼色度顯示。再如，ZL201110411784.3提供了一種白光LED用硅酸鹽基綠色熒光材料及其制備方法，該熒光材料為硅酸鹽基熒光材料，發(fā)射綠光，但其激發(fā)波帶處于紫外光波段，不能被藍(lán)光LED芯片有效激發(fā)。
[0005]藍(lán)光激發(fā)下實現(xiàn)綠光輸出需要較小的Stokes位移，在藍(lán)光激發(fā)下能實現(xiàn)綠光輸出的熒光粉種類較少，而在藍(lán)光激發(fā)下實現(xiàn)綠光輸出的氮化物熒光粉更是寥寥無幾。因此，非常有必要開發(fā)更多能在藍(lán)光激發(fā)下發(fā)射綠光的熒光材料，為推廣應(yīng)用提供更多選擇。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種在藍(lán)光激發(fā)下發(fā)綠光的氮化物熒光材料及其制備方法和應(yīng)用，以開發(fā)更多種類的能在藍(lán)光激發(fā)下發(fā)綠光的氮化物熒光材料，為進一步應(yīng)用提供更多選擇。
[0007]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種在藍(lán)光激發(fā)下發(fā)綠光的氮化物熒光材料，該熒光材料由以下摩爾比的物質(zhì)組成:
Gd2O31-3
S120.3-1.5
Si3N40.2-1
Eu2O30.01-0.6ο
[0008]優(yōu)選地，所述熒光材料中各物質(zhì)的摩爾比為:
Gd2O31.5-2.5
S120.5-1.2
Si3N40.3-0.5
Eu2O30.0l-0.2ο
[0009]本發(fā)明提供的熒光材料為在還原氣氛下高溫固相反應(yīng)生成的固溶體；所述還原氣氛下高溫固相反應(yīng)是指在1350-1850°C高溫下及還原氣氛中反應(yīng)2.5-4 h。
[0010]本發(fā)明還提供了一種在藍(lán)光激發(fā)下發(fā)綠光的氮化物熒光材料的制備方法，包括以下步驟:
Ca)按權(quán)利要求1所述的摩爾比稱量各原料；
(b)將原料混合后置于還原氣氛中，在1350-1850°C高溫?zé)Y(jié)2.5_4h，即得熒光材料。
[0011]本發(fā)明提供的制備方法中所述步驟(a)中各原料的摩爾比優(yōu)選為=Gd2O3:
1.5-2.5、Si02:0.5-1.2、Si 3N4:0.3-0.5、Eu 203:0.01-0.2。在該優(yōu)選條件下其發(fā)光更為明亮。
[0012]本發(fā)明中所述的還原氣氛是指N2、H2混合氣體形成的還原氣氛，此外，該還原氣氛還包括本領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員可以想到的其他常規(guī)還原氣氛，如碳粒包埋，CO、NH3以及其混合氣體在一定溫度下提供的還原氣氛。
[0013]本發(fā)明制備方法中的燒結(jié)溫度優(yōu)選1550-1650°C，更優(yōu)選1600°C ;燒結(jié)時間為
2.5-3.5h，更優(yōu)選 3ho
[0014]本發(fā)明通過選擇特定的原料和配方比例，在還原氣氛下采用高溫固相法一步合成了能在藍(lán)光波段有效吸收光能并發(fā)射綠光的熒光材料。該材料不含有+2價堿土金屬陽離子，原料直接采用三價稀土氧化物，當(dāng)Eu2+離子摻雜進入后，在藍(lán)光LED下能夠被激發(fā)并發(fā)射出綠光。該材料不僅所用原料種類少、制備的成本低，不含任何有毒物質(zhì)，在生產(chǎn)過程中無安全隱患，而且其產(chǎn)品的物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，熱穩(wěn)定性好，發(fā)光性能良好，亮度高，重復(fù)性好，易于工業(yè)化生產(chǎn)及推廣應(yīng)用。本發(fā)明所采用的制備方法工藝簡單，制備時間短，操控性好，為制造各種Eu2+發(fā)光的釓硅氧氮熒光材料提供了研發(fā)思路。
[0015]本發(fā)明制備的熒光材料通過實驗證明，其激發(fā)光譜是寬帶光譜，激發(fā)波帶處于300-520nm，400-520nm波段為藍(lán)光的主要激發(fā)波段；其發(fā)射光譜為單峰寬帶光譜，發(fā)射波帶處于450-650nm，該熒光材料在500_560nm綠光波段有高效發(fā)光，因此，該熒光材料可以配合發(fā)紅光材料，在藍(lán)光激發(fā)下輸出白光，可制作成發(fā)光器件或應(yīng)用于顯示系統(tǒng)，也可在辦公室照明系統(tǒng)、工廠照明系統(tǒng)、家居照明系統(tǒng)、道路照明系統(tǒng)、裝飾照明系統(tǒng)、汽車照明系統(tǒng)以及指示器照明系統(tǒng)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。
【附圖說明】
[0016]圖1為實施例1得到的熒光材料的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜；該熒光材料在300-520nm波長范圍內(nèi)都能被有效激發(fā)；其發(fā)射譜帶處于450_650nm范圍，發(fā)射峰位約535nm0
[0017]圖2為實施例2得到的熒光材料的激發(fā)光譜，該熒光材料在300-500nm波長范圍內(nèi)都能被有效激發(fā)。
[0018]圖3為實施例2得到的熒光材料的發(fā)射光譜，譜帶處于450-650nm范圍，發(fā)射峰位約 525nm。
【具體實施方式】
[0019]下面實施例用于進一步詳細(xì)說明本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。
[0020]實施例1
按摩爾比為Gd203:Si02:Si3N4:Eu203=l.5:0.5:0.5:0.01稱量各分析純原料，將各原料充分混合后放入石墨爐中，通入氫氣和氮氣混合氣氛，升溫至1600°C，保溫煅燒3小時，隨爐冷卻，取出研磨即得熒光材料。
[0021]實施例2
按摩爾比為Gd2O3 = S12 = Si3N4:Eu203=2.5:1.2:0.3:0.2稱量各分析純原料，將各原料充分混合后放入石墨爐中，通入氫氣和氮氣混合氣氛，升溫至1600°C，保溫3小時，隨爐冷卻，取出研磨即得熒光材料。
[0022]實施例3
按摩爾比為Gd2O3: S12: Si3N4: Eu2O3=1:0.3:0.2:0.01稱量各分析純原料，將各原料充分混合后放入石墨爐中，通入氫氣和氮氣混合氣氛，升溫至1350°C，保溫4小時，隨爐冷卻，取出研磨即得熒光材料。
[0023]實施例4
按摩爾比為Gd2O3:Si02 = Si3N4:Eu203=3:1.5:1:0.06稱量各分析純原料，將各原料充分混合后放入石墨爐中，通入氫氣和氮氣混合氣氛，升溫至1850°C，保溫2.5小時，隨爐冷卻，取出研磨即得熒光材料。
[0024]實施例5
按摩爾比為Gd2O3:S12:Si3N4:Eu203=2:1:0.4:0.02稱量各分析純原料，將各原料充分混合后放入石墨爐中，通入氫氣和氮氣混合氣氛，升溫至1700°C，保溫3.5小時，隨爐冷卻，取出研磨即得熒光材料。
[0025]實施例6
按摩爾比為Gd2O3: S12: Si3N4: Eu2O3=1:0.8:0.7:0.04稱量各分析純原料，將各原料充分混合后放入石墨爐中，通入氫氣和氮氣混合氣氛，升溫至1650°C，保溫3小時，隨爐冷卻，取出研磨即得熒光材料。
[0026]實施例7本發(fā)明所制備的熒光材料的性能檢測
以實施例1和實施例2制備的熒光材料為例，以藍(lán)光LED芯片為激發(fā)光源測定其激發(fā)和發(fā)射光譜圖，其檢測結(jié)果分別見圖1、圖2和圖3。
【主權(quán)項】
1.一種在藍(lán)光激發(fā)下發(fā)綠光的氮化物熒光材料，其特征在于，該熒光材料由以下摩爾比的物質(zhì)組成: Gd2O31-3 S120.3-1.5 Si3N40.2-1 Eu2O30.01-0.6ο2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在藍(lán)光激發(fā)下發(fā)綠光的氮化物熒光材料，其特征在于，所述熒光材料由以下摩爾比的物質(zhì)組成: Gd2O31.5-2.5 S120.5-1.2 Si3N40.3-0.5 Eu2O30.0l-0.2ο3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的在藍(lán)光激發(fā)下發(fā)綠光的氮化物熒光材料，其特征在于，所述熒光材料為在還原氣氛下高溫固相反應(yīng)生成的固溶體。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的在藍(lán)光激發(fā)下發(fā)綠光的氮化物熒光材料，其特征在于，所述還原氣氛下高溫固相反應(yīng)是指在1350-1850°C高溫下及還原氣氛中反應(yīng)2.5-4 h。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的在藍(lán)光激發(fā)下發(fā)綠光的氮化物熒光材料，其特征在于，所述還原氣氛是指N2、H2混合氣體形成的還原氣氛。6.—種在藍(lán)光激發(fā)下發(fā)綠光的氮化物熒光材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (a)按權(quán)利要求1所述的摩爾比稱量各原料；(b)將原料混合后置于還原氣氛中，在1350-1850°C高溫?zé)Y(jié)2.5_4h，即得熒光材料。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的在藍(lán)光激發(fā)下發(fā)綠光的氮化物熒光材料的制備方法，其特征在于，步驟(a)中各原料的摩爾比為 -Gd2O3:1.5-2.5、Si02:0.5-1.2、Si 3N4:0.3-0.5、Eu2O3:0.01_0.2 ο8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的在藍(lán)光激發(fā)下發(fā)綠光的氮化物熒光材料的制備方法，其特征在于，步驟(b)所述的還原氣氛是指N2、H2混合氣體形成的還原氣氛。9.一種權(quán)利要求1所述的在藍(lán)光激發(fā)下發(fā)綠光的氮化物熒光材料在照明或顯示系統(tǒng)中的應(yīng)用。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種在藍(lán)光激發(fā)下發(fā)綠光的氮化物熒光材料，該熒光材料由以下摩爾比的物質(zhì)組成：Gd2O3：1-3、SiO2：0.3-1.5、Si3N4：0.2-1、Eu2O3：0.01-0.6。同時，還提供了該熒光材料的制備方法，即將各原料混合后置于還原氣氛中，在1350-1850℃高溫?zé)Y(jié)2.5-4h即得。本發(fā)明制備的熒光材料經(jīng)過實驗證明具有良好的光學(xué)特性，能夠?qū)⑺{(lán)光轉(zhuǎn)化為綠光，可以配合發(fā)紅光材料在藍(lán)光激發(fā)下輸出白光，可制作成發(fā)光器件或應(yīng)用于顯示系統(tǒng)，也可在辦公室照明系統(tǒng)、工廠照明系統(tǒng)、家居照明系統(tǒng)、道路照明系統(tǒng)、裝飾照明系統(tǒng)、汽車照明系統(tǒng)以及指示器照明系統(tǒng)等領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用。
【IPC分類】C09K11/79
【公開號】CN104927858
【申請?zhí)枴緾N201510380431
【發(fā)明人】魯法春, 黨偉, 白晶晶, 楊志平, 白利靜
【申請人】河北大學(xué)
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2015年7月2日