CN109880622A - 一种基于氮化增强荧光粉发光强度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于氮化增强荧光粉发光强度的方法，通过引入氮元素部分取代氧元素实现发光增强，并且以铝酸锶(Sr4Al14O25)作为发光材料基质，Eu2+作为发光激活剂，HBO3做为助溶剂，在基质中掺入AlN增强发光，并采用高温固相法合成蓝绿色荧光粉Sr3.96Eu0.04Al14‑xAlxO25‑ xNx:xAlN，其中，0％≤x≤25％。本发明通过氮元素的引入部分取代氧元素，荧光粉的发光性能得到至少1.3倍以上的提升；本发明沿用原有制备工艺，只需在原有基础上增加一个原料，并且不改变原有光谱特征，易于推广至其他基质的荧光材料。
Description
技术领域
本发明涉及发光材料技术领域，尤其是一种基于氮化增强荧光粉发光强度的方法。
背景技术
近年来，由于白光LED由于其对环境的友好型、低的能量消耗，以及高的发光效率和长的荧光寿命引起了人们极大的研究兴趣。白光LED(WLED)具有高效节能、紧凑耐用等优势，它的普及将显著降低能耗。荧光转换型WLED(pc-WLED)是目前WLED最主要的实现方式，这种技术的核心材料是荧光粉，其直接决定最终白光LED器件的发光性能。
目前为止，实现白光的主要分为以下两种途径，第一种典型的商用的白光LED，主要是通过可见光芯片与YAG：Ce3+黄色荧光粉组合；第二种是利用红、绿、蓝三种荧光粉涂抹在UV-LED芯片的方法，这是一种非长有效的产生暖白光途径，并且得到的暖白色荧光粉具有较高的显色指数(Ra>80)以及低的色稳定性。目前报道的白色荧光粉存在着很多问题，比如比较差的化学稳定性，低的荧光效率，比较苛刻的合成条件等等。
随着LED芯片向短波方向(360nm-410nm)发展，研发能被近紫外激发的高效荧光粉将有重要意义。除考虑激发波长因素外，发光强度也是荧光粉的重要指标，若能进一步提升发光强度则可以更好起到节能作用。通常发光强度可通过改变掺杂浓度、引入敏化剂离子，通过能量传递增强激活剂离子发光强度或改善形貌结构等方式得到提升。
目前LED照明领域所使用的全色白光荧光粉基质包括磷酸盐、铝酸盐、硅酸盐、氮硅化合物、硫化物等；铝酸盐体系荧光粉的化学和热稳定性相较其他体系荧光粉略差，且显色指数较低；硅酸盐和卤硅酸盐基质中SiO2惰性较强导致材料物相结构复杂不易控制；氮硅化合物的制备条件非常苛刻，要求烧结温度高达2000℃；氮化物及氮氧化物体系荧光粉原料成本高且工艺复杂，不适合大批量工业化生产；硫化物基质荧光粉由于发光亮度低且具有有害物质，因此在实际应用中受到了极大的限制。因此，稀土离子掺杂的单一基质硅酸盐基荧光粉被视为一种很有前途的发光材料。张家骅等利用高温固相法制备的全色单一白光BaMg2A16Si9O30：Eu2+，Tb2+，Mn2+荧光粉，在此体系中，白光由450nm、540nm、610nm的3个谱带组成实现了光色的最佳匹配(张家骅，吕伟，郝振东等.利用能量传递实现可调全色单一白光BaMg2Al6Si9O30：Eu2+，Tb3+，Mn2+荧光粉(特邀)[J].中国光学，2012，5(3)：203-208.)。宁青菊，乔畅君等人的专利技术“一种白光LED用全色荧光粉及其制备方法”，采用溶胶燃烧法制备了Sr2-xMgSi2O7:xTb3+，得到了单一基质全色白光LED用荧光粉，(中国、CN201310027088.1)，因此寻求一种全新的稀土掺杂单一基质荧光粉是白光LED领域的研究重点。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种基于氮化增强荧光粉发光强度的方法，该方法不仅成本低，而且易于推广。
本发明的技术方案为：一种基于氮化增强荧光粉发光强度的方法，通过引入氮元素部分取代氧元素实现发光增强，并且以铝酸锶(Sr4Al14O25)作为发光材料基质，Eu2+作为发光激活剂，HBO3做为助溶剂，在基质中掺入AlN增强发光，并采用高温固相法合成蓝绿色荧光粉Sr3.96Eu0.04Al14-xAlxO25-xNx:xAlN，其中，0％≤x≤25％。
进一步的，采用高温固相法合成蓝绿色荧光粉Sr3.96Eu0.04Al14-xAlxO25-xNx:xAlN具体包括以下步骤：
S1)、按照摩尔比为Sr：Eu：Al：AlN＝3.96：0.02：14-x：x，其中，0％≤x≤25％；分别称取含锶、铕、铝化合物原料以及氮化铝，并且称取总质量4％的助溶剂HBO3；
S2)、将步骤S1)中的原料研磨混匀后在空气气氛下预烧；
S3)、将步骤S2)中的预烧后的样品取出，研磨混匀后在H2或N2的混合还原气氛或碳还原气氛下灼烧；
S4)、将步骤S3)中灼烧后的样品取出，研磨混匀后得到蓝绿色荧光粉Sr3.96Eu0.04Al14-xAlxO25-xNx:xAlN，其中，0％≤x≤25％。
进一步的，步骤S1)中，所述的含锶的化合物原料为碳酸锶或硝酸锶。
进一步的，步骤S1)中，所述的含铕的化合物原料为三氧化二铕。
进一步的，步骤S1)中，所述的铝的化合物原料为氢氧化铝或三氧化二铝。
进一步的，步骤S1)中，所述的x＝15％。
进一步的，步骤S2)中，预烧温度为700℃，保温时间为2小时。
进一步的，步骤S3)中，灼烧温度为1400℃，保温时间为5小时。
本发明的有益效果为：
1、通过氮元素的引入部分取代氧元素，本发明制备的荧光粉的发光性能得到至少1.3倍以上的提升，例如Sr4Al14O25:Eu2+的发光性能提高了1.3倍以上；
2、本发明沿用原有制备工艺，只需在原有基础上增加一个原料，并且不改变原有光谱特征，易于推广至其他基质的荧光材料。
附图说明
图1为本发明实施例1-6制备的荧光材料的X-射线衍射光谱图，图中，配比一至配比六分别对应实施例1-6。
图2为本发明实施例1-4制备的荧光材料的发光光谱图，图中，配比一至配比四分别对应实施例1-4；
图3为本发明实施例1-6制备的荧光材料的相对发光强度图，其中，x的取值分别为0％、5％、10％、15％、20％、25％，分别对应实施例1-6中的x取值。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
实施例1
一种基于氮化增强荧光粉发光强度的方法，本实施例采用铝酸锶(Sr4Al14O25)作为发光材料基质，用Eu2+作为发光激活剂，HBO3做为助溶剂，在基质中掺入AlN增强发光，并采用高温固相法合成，具体包括以下步骤：
S1)、按照摩尔比为Sr：Eu：Al：AlN＝1.8082：0.0054：3.0399：0.0127，对应x＝0％；分别称取含锶、铕、铝化合物原料碳酸锶、三氧化二铕、氢氧化铝，以及氮化铝作起始化合物原料，并且称取总质量4％的助溶剂HBO3；
S2)、将步骤S1)中的原料研磨混匀后放入刚玉坩埚，然后将坩埚放入高温电炉中在空气气氛下预烧，在温度为700℃的条件下预烧2h；
S3)、将步骤S2)中的预烧后的样品取出，研磨混匀后放入坩埚，在H2和N2的混合还原气氛下在1400℃灼烧5小时；
S4)、将步骤S3)中灼烧后的样品取出，随炉自然冷却，研磨混匀后得到蓝绿色荧光粉，X射线衍射分析表明其为Sr4Al14O25相。
实施例2
一种基于氮化增强荧光粉发光强度的方法，本实施例采用铝酸锶(Sr4Al14O25)作为发光材料基质，用Eu2+作为发光激活剂，HBO3做为助溶剂，在基质中掺入AlN增强发光，并采用高温固相法合成，具体包括以下步骤：
S1)、按照摩尔比为Sr：Eu：Al：AlN＝1.7512：0.0053：3.1077：0.0061，对应x＝5％；分别称取含锶、铕、铝化合物原料碳酸锶、三氧化二铕、氢氧化铝，以及氮化铝作起始化合物原料，并且称取总质量4％的助溶剂HBO3；
S2)、将步骤S1)中的原料研磨混匀后放入刚玉坩埚，然后将坩埚放入高温电炉中在空气气氛下预烧，在温度为700℃的条件下预烧2h；
S3)、将步骤S2)中的预烧后的样品取出，研磨混匀后放入坩埚，在5％的H2和95％的N2的混合还原气氛下在1400℃灼烧5小时；
S4)、将步骤S3)中灼烧后的样品取出，随炉自然冷却，研磨混匀后得到蓝绿色荧光粉，X射线衍射分析表明其为Sr4Al14O25相。
实施例3
一种基于氮化增强荧光粉发光强度的方法，本实施例采用铝酸锶(Sr4Al14O25)作为发光材料基质，用Eu2+作为发光激活剂，HBO3做为助溶剂，在基质中掺入AlN增强发光，并采用高温固相法合成，具体包括以下步骤：
S1)、按照摩尔比为Sr：Eu：Al：AlN＝1.8082：0.0054：3.0399：0.0127，对应x＝10％；分别称取含锶、铕、铝化合物原料碳酸锶、三氧化二铕、三氧化二铝，以及氮化铝作起始化合物原料，并且称取总质量4％的助溶剂HBO3；
S2)、将步骤S1)中的原料研磨混匀后放入刚玉坩埚，然后将坩埚放入高温电炉中在空气气氛下预烧，在温度为700℃的条件下预烧2h；
S3)、将步骤S2)中的预烧后的样品取出，研磨混匀后放入坩埚，在5％的H2和95％的N2的混合还原气氛下在1400℃灼烧5小时；
S4)、将步骤S3)中灼烧后的样品取出，随炉自然冷却，研磨混匀后得到蓝绿色荧光粉，X射线衍射分析表明其为Sr4Al14O25相。
实施例4
一种基于氮化增强荧光粉发光强度的方法，本实施例采用铝酸锶(Sr4Al14O25)作为发光材料基质，用Eu2+作为发光激活剂，HBO3做为助溶剂，在基质中掺入AlN增强发光，并采用高温固相法合成，具体包括以下步骤：
S1)、按照摩尔比为Sr：Eu：Al：AlN＝1.8689：0.0056：2.9674：0.0197，对应x＝15％；分别称取含锶、铕、铝化合物原料碳酸锶、三氧化二铕、三氧化二铝，以及氮化铝作起始化合物原料，并且称取总质量4％的助溶剂HBO3；
S2)、将步骤S1)中的原料研磨混匀后放入刚玉坩埚，然后将坩埚放入高温电炉中在空气气氛下预烧，在温度为700℃的条件下预烧2h；
S3)、将步骤S2)中的预烧后的样品取出，研磨混匀后放入坩埚，在5％的H2和95％的N2的混合还原气氛下在1400℃灼烧5小时；
S4)、将步骤S3)中灼烧后的样品取出，随炉自然冷却，研磨混匀后得到蓝绿色荧光粉，X射线衍射分析表明其为Sr4Al14O25相。
实施例5
一种基于氮化增强荧光粉发光强度的方法，本实施例采用铝酸锶(Sr4Al14O25)作为发光材料基质，用Eu2+作为发光激活剂，HBO3做为助溶剂，在基质中掺入AlN增强发光，并采用高温固相法合成，具体包括以下步骤：
S1)、按照摩尔比为Sr：Eu：Al：AlN＝1.9339：0.0058：2.8900：0.0271，对应x＝20％；分别称取含锶、铕、铝化合物原料碳酸锶、三氧化二铕、氢氧化铝，以及氮化铝作起始化合物原料，并且称取总质量4％的助溶剂HBO3；
S2)、将步骤S1)中的原料研磨混匀后放入刚玉坩埚，然后将坩埚放入高温电炉中在空气气氛下预烧，在温度为700℃的条件下预烧2h；
S3)、将步骤S2)中的预烧后的样品取出，研磨混匀后放入坩埚，在5％的H2和95％的N2的混合还原气氛下在1400℃灼烧5小时；
S4)、将步骤S3)中灼烧后的样品取出，随炉自然冷却，研磨混匀后得到蓝绿色荧光粉，X射线衍射分析表明其为Sr4Al14O25相。
实施例6
一种基于氮化增强荧光粉发光强度的方法，本实施例采用铝酸锶(Sr4Al14O25)作为发光材料基质，用Eu2+作为发光激活剂，HBO3做为助溶剂，在基质中掺入AlN增强发光，并采用高温固相法合成，具体包括以下步骤：
S1)、按照摩尔比为Sr：Eu：Al：AlN＝2.0035：0.0060：2.8070：0.0351，对应x＝25％；分别称取含锶、铕、铝化合物原料碳酸锶、三氧化二铕、三氧化二铝，以及氮化铝作起始化合物原料，并且称取总质量4％的助溶剂HBO3；
S2)、将步骤S1)中的原料研磨混匀后放入刚玉坩埚，然后将坩埚放入高温电炉中在空气气氛下预烧，在温度为700℃的条件下预烧2h；
S3)、将步骤S2)中的预烧后的样品取出，研磨混匀后放入坩埚，在5％的H2和95％的N2的混合还原气氛下在1400℃灼烧5小时；
S4)、将步骤S3)中灼烧后的样品取出，随炉自然冷却，研磨混匀后得到蓝绿色荧光粉，X射线衍射分析表明其为Sr4Al14O25相。
实施例7
本实施例采用日本Rigaku D/max-IIIA X射线衍射仪测定实施例1-6制备的样品的粉末的X-射线衍射光谱，测试电压40kV，扫描速度1.2°/min,测试电流40mA,选用Cu-Kα1X射线，波长为X射线衍射分析表明其为Sr4Al14O25相，具体如图1所示，
采用英国爱丁堡FLS 920稳态与瞬态发光光谱仪测定实施例1-4制备的样品的粉末的发光光谱，氙灯功率为450瓦，探测器为日本Hamamatsu制冷型R928P光电倍增管(工作电压-1250伏)，数据采集积分时间为0.2秒，扫描步长为1nm，如图2所示，从图2可知，样品在360nm激发下可产生峰位位于490nm的蓝绿光。并采用上述方法测试本发明制备的样品的粉末随浓度变化的相对发光强度，具体如3所示，从图中可以看出，荧光粉的相对发光强度随浓度的增大而增加，当x＝15％时，荧光粉的相对发光强度最好。
上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理和最佳实施例，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (8)
1.一种基于氮化增强荧光粉发光强度的方法，其特征在于：通过引入氮元素部分取代氧元素实现发光增强，并且以铝酸锶(Sr4Al14O25)作为发光材料基质，Eu2+作为发光激活剂，HBO3做为助溶剂，在基质中掺入AlN增强发光，并采用高温固相法合成蓝绿色荧光粉Sr3.96Eu0.04Al14-xAlxO25-xNx:xAlN，其中，0％≤x≤25％。
2.根据权利要求1所述的一种基于氮化增强荧光粉发光强度的方法，其特征在于：采用高温固相法合成蓝绿色荧光粉Sr3.96Eu0.04Al14-xAlxO25-xNx:xAlN具体包括以下步骤：
S1)、按照摩尔比为Sr：Eu：Al：AlN＝3.96：0.02：14-x：x，其中，0％≤x≤25％；分别称取含锶、铕、铝化合物原料以及氮化铝，并且称取所有化合物原料质量4％的助溶剂HBO3；
S2)、将步骤S1)中的原料研磨混匀后在空气气氛下预烧；
S3)、将步骤S2)中的预烧后的样品取出研磨混匀后，在H2或N2的混合还原气氛或碳还原气氛下灼烧；
S4)、将步骤S3)中灼烧后的样品取出，研磨混匀后得到蓝绿色荧光粉Sr3.96Eu0.04Al14- xAlxO25-xNx:xAlN，其中，0％≤x≤25％。
3.根据权利要求2所述的一种基于氮化增强荧光粉发光强度的方法，其特征在于：步骤S1)中，所述的含锶的化合物原料为碳酸锶或硝酸锶。
4.根据权利要求2所述的一种基于氮化增强荧光粉发光强度的方法，其特征在于：步骤S1)中，所述的含铕的化合物原料为三氧化二铕。
5.根据权利要求2所述的一种基于氮化增强荧光粉发光强度的方法，其特征在于：步骤S1)中，所述的铝的化合物原料为氢氧化铝或三氧化二铝。
6.根据权利要求2所述的一种基于氮化增强荧光粉发光强度的方法，其特征在于：步骤S1)中，所述的x＝15％。
7.根据权利要求2所述的一种基于氮化增强荧光粉发光强度的方法，其特征在于：步骤S2)中，预烧温度为700℃，保温时间为2小时。
8.根据权利要求2所述的一种基于氮化增强荧光粉发光强度的方法，其特征在于：步骤S3)中，灼烧温度为1400℃，保温时间为5小时。
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