CN116694323B - 一种无铅双钙钛矿黄光荧光粉及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了及一种无铅双钙钛矿黄光荧光粉及其制备方法和应用，属于发光材料技术领域。本发明的无铅双钙钛矿黄光荧光粉，所述无铅双钙钛矿黄光荧光粉的化学式为Cs2NaIn1‑ xTexCl6，其中，式中x为掺杂离子Te4+相对基质离子In3+占的摩尔百分含量，取值范围：0.00<x<1.00。本发明的无铅双钙钛矿黄光荧光粉的基质材料为无铅双钙钛矿Cs2NaInCl6，发光中心为四价Te4+离子，在250～500nm近紫外光的激发下，具有非常宽的激发光谱，可有效的吸收紫外光和部分可见光，四价Te4+离子在该基质中产生峰位位于590nm黄光，发射光谱覆盖450‑800nm，具有紫外至可见光区宽谱带激发和黄光发射优点，可作为潜在应用于白光LED光转换材料领域。
Description
技术领域
本发明涉及发光材料技术领域，更具体地，涉及一种无铅双钙钛矿黄光荧光粉及其制备方法和应用。
背景技术
发光二极管(LED)由于其发光效率高、能耗小、寿命长、工作温度低、反应速度快、体积小、封装多元化、安全可靠性高等优点，成为了代替白炽灯、荧光灯、钨灯丝等传统光源的***绿色光源。尽管LED发展历程仅几十年，但是已经被广泛应用于室内外照明、植物灯、背光源、生物医疗、传感、光通讯、食品加工以及国防军工等各个领域，被认为是最有前途的新一代绿色光源，特别是在全球能源紧缺的背景下，更备受全球高度瞩目。对于白光照明器件而言，目前广泛采用的方法有以下三种：第一种为使用红绿蓝三基色的LED芯片组成白光器件，但是其成本高且光色调控与控制电路反馈复杂，限制了其广泛应用；第二种方法是三基色荧光材料按合适的比例混合后结合紫外LED芯片上实现白光。这种方式得到白光品质可根据需要调控三基色比例，色彩还原性好且选材丰富。但是目前高功率的紫外芯片成本较高且效率低，不同荧光粉之间存在重吸收或长期使用条件下多个复合荧光粉所导致的光色不稳定问题。第三种为黄色荧光粉转换层与蓝光LED结合形成白光器件，此方法由于蓝光LED芯片效率较高，制造成本低，封装工艺流程比较简单，实用性较强等优点，在实际生产生活中应用较为普遍，使其成为了目前白光LED光源的主要实现方式。
近年来，无铅钙钛矿材料相较于铅卤钙钛矿而言，由于其毒性低、稳定性高、制备灵活、发射光谱宽、斯托克斯位移大等一系列独特的光学性质而成为近年来半导体发光材料的研究热点。但是，目前报道的大部分无铅钙钛矿材料的激发能量较高，仅适用于紫外LED芯片激发，因而获得宽带激发的无铅钙钛矿荧光材料是极具挑战的。现有技术公开了一种Te掺杂Cs2ZrCl6钙钛矿衍生物材料，以含铯化合物、含锆化合物、含碲化合物为反应试剂，以浓盐酸为溶液，通过溶剂热法一步合成得到。但是该合成方法对设备要求高、反应时间长且不宜大批量合成，反应釜内胆的清洗难度较高，高温高压下强酸性溶剂实验可能存在安全隐患等，且制备出的该黄色发光钙钛矿衍生物材料也只是实现在390nm紫外灯激发发射黄光，并未显著拓宽无铅钙钛矿荧光材料的激发光谱。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有无铅钙钛矿材料的激发光谱和发射光谱范围窄，激发能量较高的缺陷和不足，提供一种无铅双钙钛矿黄光荧光粉，在250～500nm近紫外光的激发下，具有紫外至可见光区宽谱带激发和黄光发射的优点。
本发明的另一目的是提供一种无铅双钙钛矿黄光荧光粉的制备方法。
本发明的再一目的是提供一种无铅双钙钛矿黄光荧光粉在制备白光LED光转换荧光粉材料中的应用。
本发明的另一目的在于提供一种白光LED。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种无铅双钙钛矿黄光荧光粉，所述无铅双钙钛矿黄光荧光粉的化学式为Cs2NaIn1-xTexCl6，其中，式中x为掺杂离子Te4+相对基质离子In3+占的摩尔百分含量，取值范围：0.00<x<1.00。
其中，需要说明的是：
本发明的无铅双钙钛矿黄光荧光粉材料的基质材料为无铅双钙钛矿Cs2NaInCl6，发光中心为四价Te4+离子。在250～500nm近紫外光的激发下，具有非常宽的激发光谱，在250～500nm内范围均有有效吸收，可有效的吸收紫外光和部分可见光，并且适配目前商业紫外以及蓝光LED芯片，四价Te4+离子在该基质中产生峰位位于590nm黄光，发射光谱覆盖450-800nm，具有紫外至可见光区宽谱带激发和黄光发射等优点，可作为潜在应用于白光LED光转换材料领域。
优选地，x取值范围为：0.01～0.3。
在具体实施方式中，例如可以为无铅双钙钛矿黄光荧光粉，化学式为Cs2NaIn0.9Te0.1Cl6；
或无铅双钙钛矿黄光荧光粉，化学式为Cs2NaIn0.8Te0.2Cl6；
或无铅双钙钛矿黄光荧光粉，化学式为Cs2NaIn0.7Te0.3Cl6；
或无铅双钙钛矿黄光荧光粉，化学式为Cs2NaIn0.5Te0.5Cl6；
或无铅双钙钛矿黄光荧光粉，化学式为Cs2NaIn0.3Te0.7Cl6；
或无铅双钙钛矿黄光荧光粉，化学式为Cs2NaIn0.2Te0.8Cl6。
本发明的无铅双钙钛矿黄光荧光粉为面心立方结构。面心立方结构有助于保持Te4+离子发光中心的激发光谱的半峰宽不减少，同时，这个结构有助于将Te4+离子的发射波长控制在黄光区域，以配合蓝光LED芯片直接封装出白光LED光源。
本发明的无铅双钙钛矿黄光荧光粉通过XRD检测，荧光粉的XRD谱图均为面心立方结构，且荧光粉纯度高，无杂相。
本发明还具体保护一种无铅双钙钛矿黄光荧光粉的制备方法，具体包括如下步骤：
按比例将含Na、In、Te的化合物混合，然后加入0.5-10ml质量百分浓度为20-37％的盐酸，溶解完成，再加入含Cs的化合物引发沉淀，在30-100℃下反应2-24h，清洗干燥即得无铅双钙钛矿黄光荧光粉。
其中，需要说明的是：
本发明的无铅双钙钛矿黄光荧光粉的制备方法中加入盐酸溶解完成可以具体在30-100℃下充分搅拌溶解。
其中，所述冷却是以自然冷却至室温；为了除去未反生反应的前驱体原料，还需要对产物进行清洗处理，所述清洗是用乙醇冲洗1-5次；所述干燥是在50-100℃下保温1-24h至完全干燥。
在具体实施方式中，本发明的无铅双钙钛矿黄光荧光粉的制备方法中：
所述含Cs的化合物为Cs的氧化物、Cs的碳酸盐、Cs的氢氧化物、Cs的硝酸盐或Cs的氯化物中的一种或几种，优选Cs的氯化物；
所述含Na的化合物为Na的氧化物、Na的碳酸盐、Na的氢氧化物、Na的硝酸盐和Na的氯化物中的一种或几种，优选Na的氯化物；
所述含In的化合物为In的氧化物、In的碳酸盐、In的氢氧化物、In的硝酸盐和In的氯化物中的一种或几种，优选In的氯化物；
所述含Te的化合物为Te的氧化物、Te的碳酸盐、Te的氢氧化物、Te的硝酸盐和Te的氯化物中的一种或几种，优选Te的氯化物。
本发明还具体保护一种无铅双钙钛矿黄光荧光粉在制备白光LED光转换荧光粉材料中的应用。
本发明还具体保护一种白光LED，所述白光LED的光转换荧光粉材料为所述无铅双钙钛矿黄光荧光粉。
本发明的无铅双钙钛矿黄光荧光粉具有非常宽的激发光谱，在250～500nm内范围均有有效吸收，可有效的吸收紫外光和部分可见光，并且适配目前商业紫外以及蓝光LED芯片。且发射光谱覆盖450-800nm，其直接与商业蓝光GaN芯片进行简单封装，即可获得白光LED光源器件。
本发明中的无铅钙钛矿荧光材料的制备工艺方法简单，易于实现，且成本低，毒性小，有大规模工业化应用的广阔前景，可以广泛应用于白光LED的制备。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的无铅双钙钛矿黄光荧光粉的基质材料为无铅双钙钛矿Cs2NaInCl6，发光中心为四价Te4+离子，在250～500nm近紫外光的激发下，具有非常宽的激发光谱，可有效的吸收紫外光和部分可见光，四价Te4+离子在该基质中产生峰位位于590nm黄光，发射光谱覆盖450-800nm，具有紫外至可见光区宽谱带激发和黄光发射优点，可作为潜在应用于白光LED光转换材料领域。
附图说明
图1为实施例1、2、3、4、5无铅双钙钛矿黄光荧光粉的XRD图谱；
图2为实施例1、2、3、4、5无铅双钙钛矿黄光荧光粉发射光谱图；
图3为实施例1、2、3、4、5无铅双钙钛矿黄光荧光粉的激发光谱图；
图4为对比例1无铅双钙钛矿发光材料的激发和发射光谱图；
图5为实例3的发光材料与商业蓝光GaN LED芯片封装后的白光LED器件的电致光谱图以及白光LED器件点亮后的实际发光照片；
图6为基于实例3的发光材料封装的白光LED器件的色坐标图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非另有说明，本发明实施例采用的原料试剂为常规购买的原料试剂。
实施例1
一种无铅双钙钛矿黄光荧光粉，所述无铅双钙钛矿黄光荧光粉的化学式为Cs2NaIn0.9Te0.1Cl6。
上述无铅双钙钛矿黄光荧光粉Cs2NaIn0.9Te0.1Cl6的制备方法如下：
分别称取1mmol氯化钠(NaCl)、0.9mmol四水合氯化铟(InCl3·4H2O)、0.1mmol氧化碲(TeO2)，以上原料纯度均在99.9％以上。
将称取的上述原料倒入10ml玻璃瓶中，随后加入5ml盐酸(35％)，将玻璃瓶放在加热台上恒温80℃加热1小时，搅拌待溶解。待溶解完成，放入2mmol氯化铯(CsCl)以引发白色沉淀，继续恒温加热2小时、自然降至室温。待降至室温后，取出玻璃瓶中的固体物并用乙醇冲洗3次。将冲洗干净的固体物质放入烘箱内于80℃烘烤8小时至完全干燥。
实施例2
一种无铅双钙钛矿黄光荧光粉，所述无铅双钙钛矿黄光荧光粉的化学式为Cs2NaIn0.8Te0.2Cl6。
上述无铅双钙钛矿黄光荧光粉Cs2NaIn0.8Te0.2Cl6的制备方法如下：
分别称取1mmol氯化钠(NaCl)、0.8mmol四水合氯化铟(InCl3·4H2O)、0.2mmol氧化碲(TeO2)，以上原料纯度均在99.9％以上。将称取的上述原料倒入10ml玻璃瓶中，随后加入5ml盐酸(35％)，将玻璃瓶放在加热台上恒温80℃加热1小时，搅拌待溶解。待溶解完成，放入2mmol氯化铯(CsCl)以引发白色沉淀，继续恒温加热2小时、自然降至室温。待降至室温后，取出玻璃瓶中的固体物并用乙醇冲洗3次。将冲洗干净的固体物质放入烘箱内于80℃烘烤8小时至完全干燥。
实施例3
一种无铅双钙钛矿黄光荧光粉，所述无铅双钙钛矿黄光荧光粉的化学式为Cs2NaIn0.7Te0.3Cl6。
上述无铅双钙钛矿黄光荧光粉Cs2NaIn0.7Te0.3Cl6的制备方法如下：
分别称取1mmol氯化钠(NaCl)、0.7mmol四水合氯化铟(InCl3·4H2O)、0.3mmol氧化碲(TeO2)，以上原料纯度均在99.9％以上。将称取的上述原料倒入10ml玻璃瓶中，随后加入5ml盐酸(35％)，将玻璃瓶放在加热台上恒温80℃加热1小时，搅拌待溶解。待溶解完成，放入2mmol氯化铯(CsCl)以引发白色沉淀，继续恒温加热2小时、自然降至室温。待降至室温后，取出玻璃瓶中的固体物并用乙醇冲洗3次。将冲洗干净的固体物质放入烘箱内于80℃烘烤8小时至完全干燥。
实施例4
一种无铅双钙钛矿黄光荧光粉，所述无铅双钙钛矿黄光荧光粉的化学式为Cs2NaIn0.5Te0.5Cl6。
上述无铅双钙钛矿黄光荧光粉Cs2NaIn0.5Te0.5Cl6的制备方法如下：
分别称取1mmol氯化钠(NaCl)、0.5mmol四水合氯化铟(InCl3·4H2O)、0.5mmol氧化碲(TeO2)，以上原料纯度均在99.9％以上。将称取的上述原料倒入10ml玻璃瓶中，随后加入5ml盐酸(35％)，将玻璃瓶放在加热台上恒温80℃加热1小时，搅拌待溶解。待溶解完成，放入2mmol氯化铯(CsCl)以引发白色沉淀，继续恒温加热2小时、自然降至室温。待降至室温后，取出玻璃瓶中的固体物并用乙醇冲洗3次。将冲洗干净的固体物质放入烘箱内于80℃烘烤8小时至完全干燥。
实施例5
一种无铅双钙钛矿黄光荧光粉，所述无铅双钙钛矿黄光荧光粉的化学式为Cs2NaIn0.2Te0.8Cl6。
上述无铅双钙钛矿黄光荧光粉Cs2NaIn0.2Te0.8Cl6的制备方法如下：
分别称取1mmol氯化钠(NaCl)、0.2mmol四水合氯化铟(InCl3·4H2O)、0.8mmol氧化碲(TeO2)，以上原料纯度均在99.9％以上。将称取的上述原料倒入10ml玻璃瓶中，随后加入5ml盐酸(20-37％)，将玻璃瓶放在加热台上恒温80℃加热1小时，搅拌待溶解。待溶解完成，放入2mmol氯化铯(CsCl)以引发白色沉淀，继续恒温加热2小时、自然降至室温。待降至室温后，取出玻璃瓶中的固体物并用乙醇冲洗3次。将冲洗干净的固体物质放入烘箱内于80℃烘烤8小时至完全干燥。
对比例1
一种无铅双钙钛矿荧光粉，所述无铅双钙钛矿荧光粉的化学式为Cs2NaInCl6。
上述无铅双钙钛矿黄光荧光粉Cs2NaInCl6的制备方法如下：
分别称取1mmol氯化钠(NaCl)、1mmol四水合氯化铟(InCl3·4H2O)，以上原料纯度均在99.9％以上。将称取的上述原料倒入10ml玻璃瓶中，随后加入5ml盐酸(20-37％)，将玻璃瓶放在加热台上恒温80℃加热1小时，搅拌待溶解。待溶解完成，放入2mmol氯化铯(CsCl)以引发白色沉淀，继续恒温加热2小时、自然降至室温。待降至室温后，取出玻璃瓶中的固体物并用乙醇冲洗3次。将冲洗干净的固体物质放入烘箱内于80℃烘烤8小时至完全干燥。
结果检测
1.图1为实施例1、2、3、4、5的XRD图谱，检测结果如图1所示，可以看出实施例1、2、3、4、5制备的荧光粉的XRD谱图均为面心立方结构，且荧光粉纯度高。其中，实施例1-3所制备的样品与计算模拟的XRD卡片中的衍射峰相符合，没有出现额外的衍射峰，表明其完全无杂相。但是当x>0.3，反应得到的产物中将会出现杂相，经过物相分析可以确定，过高的Te含量使得材料中形成了NaCl的杂相。
2、图2为实施例1、2、3、4、5的发射光谱，从图2可以看出，随着Te的含量增加，所获得的黄色荧光粉在590nm处的黄光发射随之增加。
3、图3为实施例1、2、3、4、5的激发光谱，从图3可以看出，所获得的黄光荧光粉在激发光谱上呈现从250nm～500nm的连续宽带吸收，表明该材料能满足近紫外光到可见光激发的要求。
4、图4为对比例1的激发和发射光谱，由图4可以看出，基质样品的激发光谱仅覆盖300-350nm的近紫外区，且在近紫外光激发下，样品发出440nm的微弱蓝光发射。
5、图5为实施例3的发光材料与商业蓝光GaN LED芯片封装后的白光LED器件的电致光谱图及其白光LED器件点亮后的实际发光照片。从图4可以看出，所封装的器件色坐标位于白光区且点亮后发出明亮的白光。
6、从图6可以看出基于实施例3的发光材料封装的白光LED器件的色度坐标为(0.35,0.35)，处在白光区域。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种无铅双钙钛矿黄光荧光粉，其特征在于，所述无铅双钙钛矿黄光荧光粉的化学式为Cs2NaIn1-xTexCl6，其中，式中x为掺杂离子Te4+相对基质离子In3+占的摩尔百分含量，取值范围x为0.01～0.8，
所述无铅双钙钛矿黄光荧光粉为面心立方结构。
2.如权利要求1所述无铅双钙钛矿黄光荧光粉，其特征在于，x取值范围为：0.01～0.3。
3.一种权利要求1或2所述无铅双钙钛矿黄光荧光粉的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
按比例将含Na、In、Te的化合物混合，然后加入0.5-10ml质量百分浓度为20-37％的盐酸，溶解完成，再加入含Cs的化合物引发沉淀，在30-100℃下反应2-24h，清洗干燥即得无铅双钙钛矿黄光荧光粉。
4.如权利要求3所述无铅双钙钛矿黄光荧光粉的制备方法，其特征在于，所述含Cs的化合物为Cs的氧化物、Cs的碳酸盐、Cs的氢氧化物、Cs的硝酸盐或Cs的氯化物中的一种或几种。
5.如权利要求3所述无铅双钙钛矿黄光荧光粉的制备方法，其特征在于，所述含Na的化合物为Na的氧化物、Na的碳酸盐、Na的氢氧化物、Na的硝酸盐和Na的氯化物中的一种或几种。
6.如权利要求3所述无铅双钙钛矿黄光荧光粉的制备方法，其特征在于，所述含In的化合物为In的氧化物、In的碳酸盐、In的氢氧化物、In的硝酸盐和In的氯化物中的一种或几种。
7.如权利要求3所述无铅双钙钛矿黄光荧光粉的制备方法，其特征在于，所述含Te的化合物为Te的氧化物、Te的碳酸盐、Te的氢氧化物、Te的硝酸盐和Te的氯化物中的一种或几种。
8.一种权利要求1或2所述无铅双钙钛矿黄光荧光粉在制备白光LED光转换荧光粉材料中的应用。
9.一种白光LED，其特征在于，所述白光LED的光转换荧光粉材料为权利要求1或2所述无铅双钙钛矿黄光荧光粉。
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