本發明屬于led用熒光粉制備技術領域,具體涉及以磷酸鹽為基質的摻鐠紅色熒光粉,本發明還涉及該摻鐠紅色熒光粉的制備方法。
背景技術:
白光led作為第四代綠色照明光源,是如今的照明光源領域的研究熱點。藍光或紫外光led半導體芯片與黃光熒光粉或紅、綠、藍三基色熒光粉分別組合實現白光的模式更是如今實現白光led的主流方案。目前實現商業化的藍光led半導體芯片與黃光熒光粉yag:ce3+(y3al5o12:ce3+)組合形成的白光,由于其紅光發射波段較弱,導致其顯色性指數較低(ra<80),相關色溫較高(cct>7000k),僅可滿足普通的照明要求。
由于熒光材料的發光性能將對白光led的發光亮度、光效、使用壽命、色度等性能指標產生重要的影響。且市場上缺少能與藍光或紫外光led半導體芯片匹配的、高效率的熒光材料,故為了提供近紫外或者藍光激發的紅色熒光粉,使其解決現有技術中發射光譜中紅色成分少而出現的問題,以進一步提高熒光粉的顯色性和光效率,滿足更多照明要求的場所使用,開發新型、高效且可以與藍光或紫外光led半導體芯片匹配的紅色熒光粉具有重要的研究和實用價值。
技術實現要素:
本發明的目的是提供以磷酸鹽為基質的摻鐠紅色熒光粉,解決現有技術中發射光譜紅色成分少而導致的色溫高,顯色指數低的問題,以進一步提高熒光粉的顯色性和光效率。
本發明的另一個目的是提供以磷酸鹽為基質的摻鐠紅色熒光粉的制備方法。
本發明所采用的技術方案是,以磷酸鹽為基質,化學通式為ca3gd1-xna(po4)3f:xpr,其中0.02≤x≤0.1。
本發明所采用的另一個技術方案是,以磷酸鹽為基質的摻鐠紅色熒光粉的制備方法,具體按照以下步驟實施:
步驟1、按按化學通式ca3gd1-xna(po4)3f:xpr的摩爾配比,其中0.02≤x≤0.1,分別稱取含ca化合物、含gd化合物、含na的氟化合物、含p化合物和含pr化合物作為原料;
步驟2、將步驟1中稱取的所有原料混合后研磨,形成混合料;
步驟3、將經步驟2得到的混合料于空氣氣氛下煅燒3h~5h,煅燒溫度為750℃~950℃,煅燒完成后隨爐冷卻至室溫,得到煅燒產物;
步驟4、將步驟3得到的煅燒產物研磨,得到以磷酸鹽為基質的摻鐠紅色熒光粉。
本發明另一種技術方案的特點還在于,
在步驟1中:含ca化合物為caco3,含gd化合物為gd2o3,含na的氟化合物為naf,含p化合物為nh4h2po4,含pr化合物為pr6o11。
步驟2中研磨時間為20min~40min。
步驟3中升溫速率為3℃/min~10℃/min。
步驟4中研磨時間為20min~40min。
本發明的有益效果是,
本發明以磷酸鹽為基質的摻鐠紅色熒光粉,以磷酸鹽為基質,通過摻雜激活離子pr3+,制備得到以磷酸鹽為基質的摻鐠紅色熒光粉,該紅色熒光粉的激發光譜在400nm~500nm,幾個主要激發峰在448nm、472nm、485nm附近,其發射光譜在500nm~700nm,主峰在613nm附近,能夠在近紫外或藍光激發下發出紅光,發光強度高,化學性質穩定,發光性能好,解決現有技術中發射光譜中紅色成分少而出現的問題,以進一步提高熒光粉的顯色性和光效率;
本發明以磷酸鹽為基質的摻鐠紅色熒光粉的制備方法,基于固相合成法來制備,操作性強,在空氣氣氛下制備,升溫過程簡單,方法簡單易行,重現性好,制備周期短。
附圖說明
圖1是實施例2制備得到的ca3gd0.98na(po4)3f:0.02pr紅色熒光粉的x射線衍射圖譜與ca5(po4)3f標準卡片(pdf#15-0876)擬合圖;
圖2是實施例3制備得到的ca3gd0.94na(po4)3f:0.06pr紅色熒光粉的激發光譜和發射光譜;
圖3是實施例3制備得到的ca3gd0.94na(po4)3f:0.06pr紅色熒光粉的cie色坐標圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式對本發明進行詳細說明。
本發明以磷酸鹽為基質的摻鐠紅色熒光粉,以磷酸鹽為基質,化學通式為ca3gd1-xna(po4)3f:xpr,其中0.02≤x≤0.1。
本發明以磷酸鹽為基質的摻鐠紅色熒光粉的制備方法,其特征在于,具體按照以下步驟實施:
步驟1、按化學通式ca3gd1-xna(po4)3f:xpr的摩爾配比,其中0.02≤x≤0.1,分別稱取caco3、gd2o3、naf、nh4h2po4和pr6o11作為原料;
步驟2、將步驟1中稱取的所有原料混合后研磨20min~40min,形成混合料;
步驟3、將經步驟2得到的混合料于空氣氣氛下煅燒3h~5h,煅燒溫度為750℃~950℃,升溫速率為3℃/min~10℃/min,煅燒完成后隨爐冷卻至室溫,得到煅燒產物;
其中,煅燒時按照以下化學反應方程式進行合成:
caco3+(1-x)/2gd2o3+naf+nh4h2po4+x/6pr6o11→ca3gdna(po4)3f+co2;
步驟4、將步驟3得到的煅燒產物研磨20min~40min,得到以磷酸鹽為基質的摻鐠紅色熒光粉。
實施例1
取x=0.02,按化學式ca3gd0.98na(po4)3f:0.02pr的化學計量配比,用電子天平分別稱取caco3、gd2o3、naf、nh4h2po4和pr6o11,再另加入混合原料重量7%的naf,其中稀土氧化物的純度為99.99%,其余均為分析純;將上述原料進行研磨20min,使原料之間混合均勻,得到混合料;將得到的混合料裝入剛玉坩堝中,并將該剛玉坩堝置于快速升溫電阻爐中,于空氣氣氛下煅燒,期間以3℃/min的升溫速率升至750℃,保溫3h,待煅燒完成后隨爐冷卻,直至冷卻至室溫,得到煅燒產物;取出煅燒后的產物再次研磨20min,即得到以磷酸鹽為基質的摻鐠紅色熒光粉。
實施例2
取x=0.04,按化學式ca3gd0.96na(po4)3f:0.04pr的化學計量配比,用電子天平分別稱取caco3、gd2o3、naf、nh4h2po4和pr6o11,再另加入混合原料重量7%的naf,其中稀土氧化物的純度為99.99%,其余均為分析純;將上述原料進行研磨25min,使原料之間混合均勻,得到混合料;將得到的混合料裝入剛玉坩堝中,并將該剛玉坩堝置于快速升溫電阻爐中,于空氣氣氛下煅燒,期間以5℃/min的升溫速率升至800℃,保溫4h,待煅燒完成后隨爐冷卻,直至冷卻至室溫,得到煅燒產物;取出煅燒后的產物再次研磨30min,即得到以磷酸鹽為基質的摻鐠紅色熒光粉。
圖1為利用實施例2中的制備方法制備的ca3gd0.96na(po4)3f:0.04pr紅色熒光粉的x射線衍射圖譜,從圖1中可看出:物相純度高,結晶度好。
實施例3
取x=0.06,按化學式ca3gd0.94na(po4)3f:0.06pr的化學計量配比,用電子天平分別稱取caco3、gd2o3、naf、nh4h2po4和pr6o11,再另加入混合原料重量7%的naf,其中稀土氧化物的純度為99.99%,其余均為分析純;將上述原料進行研磨40min,使原料之間混合均勻,得到混合料;將得到的混合料裝入剛玉坩堝中,并將該剛玉坩堝置于快速升溫電阻爐中,于空氣氣氛下煅燒,期間以10℃/min的升溫速率升至950℃,保溫5h,待煅燒完成后隨爐冷卻,直至冷卻至室溫,得到煅燒產物;取出煅燒后的產物再次研磨40min,即得到以磷酸鹽為基質的摻鐠紅色熒光粉。
圖2為利用實施例3中的制備方法制備的ca3gd0.94na(po4)3f:0.06pr紅色熒光粉的激發光譜和發射光譜。,可以看出:主發射峰位于613nm附近,幾個主激發峰分別位于448nm、472nm和485nm附近;由此可見,該熒光粉可被近紫外光和藍光有效激發而發出紅光,可應用于白光led。
圖3是利用實施例3中的制備方法所制備的ca3gd0.94na(po4)3f:0.06pr紅色熒光粉的cie色坐標圖。從圖中可看出,該紅色熒光粉的cie色坐標為(x=0.629,y=0.371),與ntsc標準色坐標(x=0.670,y=0.330)接近。
實施例4
取x=0.08,按化學式ca3gd0.92na(po4)3f:0.08pr的化學計量配比,用電子天平分別稱取caco3、gd2o3、naf、nh4h2po4和pr6o11,再另加入混合原料重量7%的naf,其中稀土氧化物的純度為99.99%,其余均為分析純;將上述原料進行研磨35min,使原料之間混合均勻,得到混合料;將得到的混合料裝入剛玉坩堝中,并將該剛玉坩堝置于快速升溫電阻爐中,于空氣氣氛下煅燒,期間以9℃/min的升溫速率升至900℃,保溫3h,待煅燒完成后隨爐冷卻,直至冷卻至室溫,得到煅燒產物;取出煅燒后的產物再次研磨25min,即得到以磷酸鹽為基質的摻鐠紅色熒光粉。
實施例5
取x=0.1,按化學式ca3gd0.9na(po4)3f:0.1pr的化學計量配比,用電子天平分別稱取caco3、gd2o3、naf、nh4h2po4和pr6o11,再另加入混合原料重量7%的naf,其中稀土氧化物的純度為99.99%,其余均為分析純;將上述原料進行研磨30min,使原料之間混合均勻,得到混合料;將得到的混合料裝入剛玉坩堝中,并將該剛玉坩堝置于快速升溫電阻爐中,于空氣氣氛下煅燒,期間以6℃/min的升溫速率升至900℃,保溫5h,待煅燒完成后隨爐冷卻,直至冷卻至室溫,得到煅燒產物;取出煅燒后的產物再次研磨25min,即得到以磷酸鹽為基質的摻鐠紅色熒光粉。
本發明以磷酸鹽為基質的摻鐠紅色熒光粉,以磷酸鹽為基質,摻雜激活離子pr3+,正磷酸鹽中的磷酸根(po43-)可以有效地吸收uv(紫外線)以及vuv(真空紫外線)光子能量(在uv以及vuv區域有寬而強的激發帶),po43-與其中的激活離子pr3+有高效率的能量轉換,并且有較好的光學穩定性、熱化學穩定性和較長的光學壽命,制備得到以磷酸鹽為基質的摻鐠紅色熒光粉,該紅色熒光粉的激發光譜在400nm~500nm,幾個主要激發峰在448nm、472nm、485nm附近,其發射光譜在500nm~700nm,主峰在613nm附近,能夠在近紫外或藍光激發下發出紅光,發光強度高,化學性質穩定,發光性能好,解決現有技術中發射光譜中紅色成分少而出現的問題,以進一步提高熒光粉的顯色性和光效率;以磷酸鹽為基質的摻鐠紅色熒光粉的制備方法,基于固相合成法來制備,操作性強,在空氣氣氛下制備,升溫過程簡單,方法簡單易行,重現性好,制備周期短。