一種稀土摻雜的白光熒光磷酸鹽微晶玻璃材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及光電子材料與固體照明工程科技領域,尤其是一種稀土摻雜的白光熒光磷酸鹽微晶玻璃材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]固態照明技術的白光二極管采用熒光粉轉換實現白光點光源,主要有紅藍綠三芯片、藍光或近紫外光單芯片激發熒光粉的方式。其中,藍光氮化鎵基芯片與三價鈰離子摻雜的釔鋁石榴石熒光粉/環氧樹脂轉換合成白光的模式,結構簡單,是目前商用的主流白光模式,在全球已形成了巨大的產業鏈。近年來,隨著300-400 nm紫外LED (UV-LED)的開發成功和成本降低,用UV-LED激發的三基色熒光粉/環氧樹脂復合轉換合成白光的模式成為當前的研究熱點。然而,從發展用于大功率、高亮度和高顯色性光源角度考慮,現有的熒光粉/環氧樹脂白光模式存在效率低、熱穩定性、色度、封裝等方面的嚴重不足,相應的學術、技術以及商業競爭日益加劇。采用容易加工成型,具有優良的物理化學和熱穩定性的透明熒光微晶玻璃,與LED芯片直接“扣裝”成白光器件,無疑是一個頗具吸引力的新思路。目前,白光透明熒光微晶玻璃主要集中在硅酸鹽、鋁硅酸鹽、硼硅酸鹽玻璃體系,其熔制溫度相對較高,均在1350°C以上,而其他低熔制溫度的磷酸鹽微晶玻璃體系研究較少。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于針對現有技術的不足,提供一種稀土離子摻雜的磷酸鹽微晶玻璃及其制備方法。該磷酸鹽微晶玻璃不僅具有成本低、易制造、良好的化學穩定性,而且具有良好的下轉換白光發射性能。該熒光微晶玻璃材料在紫外光激發下得到白光,并且白光的光色品質調控可通過調節玻璃組成、離子摻雜種類和濃度以及激發波長方便實現,從而有望實現節能、簡化封裝工藝的目的。
[0004]一種稀土離子摻雜的磷酸鹽微晶玻璃,它主要由按摩爾百分比組成為P20540-50%、ZnO 33-43%、SrO 15%、M02 2%和 Rex0y 0.1-2% (x=0, y=l ;x=2, y=3);其中,符號M為Ti,Zr中的一種,Rex0y為外加,符號Re為三價稀土離子Tm 3+,Ce3+、Tb3+,Dy3+,Eu3+、Sm3+和二價Μη 2+中的兩種或三種的組合。
[0005]該稀土離子摻雜的磷酸鹽微晶玻璃的制備方法,包括以下步驟:
(1)制玻璃樣品,按摩爾百分比組成為Ρ205 40-50%, Zn033-43%, Sr015%, M022%和Rex0y 0.1-2% (x=0, y=l ;x=2, y=3)準確稱量各種原料,其中,符號M為Ti,Zr中的一種,Rex0y為外加,符號Re為三價稀土離子Tm 3+,Ce3+、Tb3+,Dy3+,Eu3+、Sm3+和二價Μη 2+中的兩種或三種的組合,進行充分混合,倒入剛玉坩鍋或鉑金坩鍋中熔化,熔化溫度為1200-1300°C,保溫1-2小時后將玻璃熔體倒入預熱的模具中,置入450-500°C馬弗爐中退火2小時,然后自然冷卻至室溫,得到玻璃樣品。
[0006](2)對玻璃樣品進行差熱分析得到玻璃的第一析晶溫度,并在該第一析晶溫度附近進行熱處理6-10小時,自然降溫至室溫,得到透明的磷酸鹽微晶玻璃。
[0007](3)將獲得的塊狀透明微晶玻璃切割成為1mm厚的微晶玻璃片,經研磨、拋光,在紫外光激發下測試樣品的發光光譜。
[0008]本發明有益的效果是:這種稀土激活的白光熒光微晶玻璃材料的制備工藝簡單,熔化溫度低,不需要還原氣氛就可以得到,因此降低了制備成本;而且磷酸鹽玻璃摻雜稀土離子濃度較高,納米晶SrZnP207的聲子能量較低具有較高的發光效率,使得微晶玻璃材料的發光強度和發光效率提高。通過調節玻璃組成、稀土離子種類和濃度以及激發波長可方便地調控白光色純度。該熒光微晶玻璃材料可望與發射紫外光的半導體芯片直接組裝成白光器件,能簡化封裝工藝。
【附圖說明】
[0009]圖1是實施例1微晶玻璃樣品的X-射線衍射(XRD)圖。
[0010]圖2是實施例1微晶玻璃在353nm激發下的熒光發射光譜。
[0011]圖3是實施例4微晶玻璃在360nm激發下的熒光發射光譜。
【具體實施方式】
[0012]實施例1:
按摩爾百分比組成 P20550%,Zn033%,Sr015%,Ti022%,Tm2030.3%,Dy2030.4% 準確稱取分析純的NH4H2P04、Zn0、SrC03、Ti0#光譜純(99.99%)的Tm 203、Dy203,充分混合均勻后倒入鉑金坩鍋或剛玉坩鍋中,在1200°C的電爐中保溫1小時,將熔融的玻璃液迅速倒入預熱的模具上,等玻璃成型后轉移到退火爐,在500°C退火2小時后隨爐降溫。將退火后的玻璃樣品在570°C熱處理10小時,得到透明微晶玻璃。經X-射線粉末衍射測試并對照PDF卡片,晶相為SrZnP207。在353nm激發下可觀察到明亮刺眼的白光,比未熱處理前玻璃的發光強度大大提高。微晶玻璃樣品的色坐標為(0.337,0.328)非常接近于標準照明白光(f0.333,尸0.333)。
[0013]實施例2:
按摩爾百分比組成 P20540%,Zn043%,Sr015%,Ti022%,Tm2030.2%, Dy2030.5% 準確稱取分析純的NH4H2P04、Zn0、SrC03、Ti0#光譜純(99.99%)的Tm 203、Dy203,充分混合均勻后倒入鉑金坩鍋或剛玉坩鍋中,在1250°C的電爐中保溫2小時,將熔融的玻璃液迅速倒入預熱的模具上,等玻璃成型后轉移到退火爐,在450°C退火2小時后隨爐降溫。將退火后的玻璃樣品在570°C熱處理6小時,得到透明微晶玻璃。經X-射線粉末衍射測試并對照H)F卡片,晶相為SrZnP207。在353nm激發下可觀察到明亮的白光,比未熱處理前玻璃的發光強度大大提高。微晶玻璃樣品的色坐標為(0.332,0.320)接近于標準照明白光(f0.333,尸0.333)。
[0014]實施例3:
按摩爾百分比組成 P20540%,Zn043%,Sr015%,Zr022%,Tm2030.3%,Dy2030.2% 準確稱取分析純的NH4H2P04、Zn0、SrC03、Zr0#光譜純(99.99%)的Tm 203、Dy203,充分混合均勻后倒入鉑金坩鍋或剛玉坩鍋中,在1250°C的電爐中保溫2小時,將熔融的玻璃液迅速倒入預熱的模具上,等玻璃成型后轉移到退火爐,在500°C退火2小時后隨爐降溫。將退火后的玻璃樣品在560°C熱處理8小時,得到透明微晶玻璃