一種Dy³⁺、Eu³⁺摻雜的TiAlON熒光材料及其制備方法

一種Dy³⁺、Eu³⁺摻雜的TiAlON熒光材料及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種Dy3+、Eu3+摻雜的TiAlON熒光材料及其制備方法，其通式為Dy2xEu2yTi2?3(x+y)/2Al4O4N4，其中，0.01≤x≤0.05、0.01≤y≤0.05，該熒光材料是以Ti3N4、AlN、Al2O3、Eu2O3和Dy2O3為原料，于硝酸中攪拌混合，干燥處理后經球磨得到素坯；再將所得素坯進行燒結，即得到Dy3+、Eu3+摻雜的TiAlON熒光材料。本發明所得TiAlON熒光材料具有優異的力學穩定性、熱穩定性和發光性能，在363 nm LED激發下，可通過調節Dy3+與Eu3+的摻雜濃度比而產生紅、黃、藍等光，適于白光LED領域并有利于產業化。
【專利說明】
一種Dy3+、Eu3+摻雜的T i AI ON熒光材料及其制備方法
技術領域
[0001]本發明屬于熒光材料制備技術領域，具體涉及一種Dy3+、Eu3+摻雜的TiAlON熒光材料及其制備方法。【背景技術】
[0002] SiAlON是Si3N4中Si和N原子被A1和0置換形成的一大類固溶體的總稱。由于大量的共價鍵存在使得該體系材料具有優異的力學性能、溫度性能和光譜性能，而Re3+-SiA10N (此3+=￡113+，1133+，073+‘")熒光材料是稀土離子摻雜進入5141(^的統稱。相對于傳統的熒光材料，氮化物基發光材料可以被更長波段激發從而發出多種需要波長的可見光，因此被廣泛應用于白光LED領域。
[0003]迄今為止，關于SiAlON系的文獻和專利較多，涵蓋制備和應用多方面，但對于 TiAlON熒光材料卻沒有相關報道。而Ti4+離子半徑(0.53埃)比Si4+(0.24埃)大，使得稀土離子更容易摻雜，穩定性更高；因此，我們設計利用Ti4+離子取代Si4+，從而獲得TiAlON系固溶體。
【發明內容】

[0004]本發明的目的在于提供一種Dy3+、Eu3+摻雜的TiAlON熒光材料及其制備方法，該熒光材料具有優異的光譜性能，彌補了市場空白。
[0005]為實現上述目的，本發明采用如下技術方案:一種 Dy3+、Eu3+摻雜的 TiAlON 熒光材料，其通式為 Dy2XEu2YTi2-3(x+y)/2Al4〇4N4,其中，0.01 彡 x彡 0.05、0.0Ky 彡 0.05〇
[0006]所述Dy3+、Eu3+摻雜的TiAlON熒光材料的制備方法包括如下步驟:1)選擇純度高、大小均勻度接近的1^辦4 411412〇3 4112〇3和072〇3，將各原料按照如下方程式進行配比:[2/3-(x+y)/2]Ti3N4+[4/3+2(x+y)]AlN+[4/3_(x+y) ]Al2〇3+xDy2〇3+yEu2〇3^Dy2xEU2yTi2-3(x+y)/2Al4〇4N4；2)按配比將各原料放入硝酸中，料酸配比按5mL/g，常溫下攪拌混合24h，經干燥后再放入球磨罐中干磨4-8h，得到Dy3+、Eu3+摻雜的TiAlON素坯;其中，球料比為1:1，轉速為100-250r/min；3)將步驟2)所得素坯裝入剛玉坩堝中，再將剛玉坩堝放置于壓力爐中，在1750°C、0.5-1.5MPa氮氣氣氛下燒結2h，然后冷卻至室溫，即得粉狀Dy3+、Eu3+摻雜的TiAlON熒光材料。
[0007]所用Ti3N4的純度為99.95%，細度為0.5-1_41郵勺純度為99.95%，細度為0.5_; AI2O3的純度為99.95%，細度為0.1-0.5_; Eu2〇3的純度為99.95-99.99%，細度為0.5-1_; Dy2〇3的純度為99 ? 8%，細度為0 ? 5-1mi。
[0008]本發明的優點在于:由于Ti4+離子半徑(0.53埃)比Si4+(0.24埃)大，因此稀土離子更容易摻雜進去，可以有更高的離子摻雜濃度。本發明利用Ti4+代替Si4+，并使Ti3N4的Ti和N原子被A1和0置換，合成TiAlON系固溶體材料，再在TiAlON系固溶體材料中摻雜Dy3+、Eu3+。所得Dy3+、Eu3+摻雜的 TiAlON熒光材料不僅具有優異的力學穩定性、熱穩定性和發光性能，且在363 nm LED激發下，可通過調節Dy3+與Eu3+的摻雜濃度比而產生紅、黃、藍等光，適于白光LED領域并有利于產業化。【附圖說明】
[0009]圖1為Dy3+、Eu3+摻雜的TiAlON熒光材料的粉末衍射圖；圖2為Dy3+、Eu3+摻雜的TiAlON熒光材料在高倍鏡下的光學顯微圖譜；圖3為利用363nm LED光源入射實施例1-3所得Dy3+、Eu3+不同摻雜濃度比的TiAlON熒光材料的發光譜圖。【具體實施方式】
[0010]為了使本發明所述的內容更加便于理解，下面結合【具體實施方式】對本發明所述的技術方案做進一步的說明，但是本發明不僅限于此。[0〇11] 所用Ti3N4的純度為99.95%，細度為0.5-1_41郵勺純度為99.95%，細度為0.5_; AI2O3的純度為99.95%，細度為0.1-0.5_; Eu2〇3的純度為99.95-99.99%，細度為0.5-1_; Dy2〇3的純度為99 ? 8%，細度為0 ? 5-lum。[0〇12] 實施例1一種Dy3+、Eu3+摻雜的T i A10N熒光材料的制備方法，其制備方法包括如下步驟:1)選擇純度高、大小均勻度接近的1^必4 41141203 411203和07203，將其按照如下方程式進行配比:[2/3_(x+y)/2]Ti3N4+[4/3+2(x+y) ]AlN+[4/3_(x+y) ]Al2〇3+xDy2〇3+yEu2〇3— Dy2xEU2yTi2-3(x+y)/2Al4〇4N4，其中 x=0 ? 05，y=0 ? 01;2)按配比將各原料放入硝酸中，料酸配比為5mL/g，常溫下攪拌混合24h，經干燥后再放入球磨罐中干磨4h，得到Dy3+、Eu3+摻雜的TiAlON素坯；其中，球料比為1:1，轉速為250r/ min；3)將步驟2)所得素坯裝入剛玉坩堝中，再將剛玉坩堝放置于壓力爐中，在1750°C、 0.5MPa氮氣氣氛下燒結2h，然后冷卻至室溫，即得粉狀Dy3+、Eu3+摻雜的TiAlON熒光材料。
[0013] 實施例2一種Dy3+、Eu3+摻雜的T i A10N熒光材料的制備方法，其制備方法包括如下步驟:1)選擇純度高、大小均勻度接近的1^必4 41141203 411203和07203，將其按照如下方程式進行配比:[2/3_(x+y)/2]Ti3N4+[4/3+2(x+y) ]AlN+[4/3_(x+y) ]Al2〇3+xDy2〇3+yEu2〇3— Dy2xEU2yTi2-3(x+y)/2Al4〇4N4，其中 x=0 ? 03，y=0 ? 01;2)按配比將各原料放入硝酸中，料酸配比按5mL/g，常溫下攪拌混合24h，經干燥后再放入球磨罐中干磨6h，得到Dy3+、Eu3+摻雜的TiAlON素坯；其中，球料比為1:1，轉速為200r/ min；3)將步驟2)所得素坯裝入剛玉坩堝中，再將剛玉坩堝放置于壓力爐中，在1750°C、 l.0MPa氮氣氣氛下燒結2h，然后冷卻至室溫，即得粉狀Dy3+、Eu3+摻雜的TiAlON熒光材料。 [〇〇14] 實施例3一種Dy3+、Eu3+摻雜的T i A10N熒光材料的制備方法，其制備方法包括如下步驟:1)選擇純度高、大小均勻度接近的1^必4 41141203 411203和07203，將其按照如下方程式進行配比:[2/3_(x+y)/2]Ti3N4+[4/3+2(x+y) ]AlN+[4/3_(x+y) ]Al2〇3+xDy2〇3+yEu2〇3— Dy2xEU2yTi2-3(x+y)/2Al4〇4N4，其中 x=0 ? 02，y=0 ? 03;2)按配比將各原料放入硝酸中，料酸配比按5mL/g，常溫下攪拌混合24h，經干燥后再放入球磨罐中干磨8h，得到Dy3+、Eu3+摻雜的TiAlON素坯；其中，球料比為1:1，轉速為100r/ min；3)將步驟2)所得素坯裝入剛玉坩堝中，再將剛玉坩堝放置于壓力爐中，在1750°C、 1.5MPa氮氣氣氛下燒結2h，然后冷卻至室溫，即得粉狀Dy3+、Eu3+摻雜的TiAlON熒光材料。
[0015]圖1為Dy3+、Eu3+摻雜的TiAlON焚光材料的粉末衍射圖。圖中，各個衍射峰與參考譜圖(JCPDS#22-0488)相似。[〇〇16]圖2為Dy3+、Eu3+摻雜的TiAlON熒光材料在高倍鏡下的光學顯微圖譜。從圖中可以看出，所得顆粒的尺寸為50微米以上，在此尺度下，顆粒呈現透明狀。[〇〇17] 圖3為利用363nm LED光源入射實施例1-3所得Dy3+、Eu3+不同摻雜濃度比的TiAlON 熒光材料的發光譜圖。從圖中可以看出，在Dy3+/EU3+濃度比為5:1時，熒光最強發射峰位于 486nm藍光位置；比例為3:1時，最強峰從486nm變為575nm;當濃度比為2:3時，最強峰位于 612nm。由此可以看出，隨著Dy3+/Eu3+濃度比的變化，該熒光顆粒發光顏色也隨著變化。
[0018]以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋范圍。
【主權項】
1 ?一種Dy3+、Eu3+摻雜的TiAlON熒光材料，其特征在于:其通式為Dy2xEu2yTi2—3(x+y)/ 2AI4O4N4,其中，0.01彡 x彡0.05、0.01<y<0.05。2.—種如權利要求1所述Dy3+、Eu3+摻雜的TiAlON熒光材料的制備方法，其特征在于:包 括如下步驟:1)選擇純度高、大小均勻度接近的Ti3N4，AlN，Al2〇3，Eu2〇4PDy2〇3;2)按配比將各原料放入硝酸中，料酸配比按5mL/g，常溫下攪拌混合24h，經干燥后再放 入球磨罐中干磨4-8h，得到Dy3+、Eu3+摻雜的TiAlON素坯；3)將步驟2)所得素坯裝入剛玉坩堝中，再將剛玉坩堝放置于壓力爐中，在氮氣氣氛下 燒結2h，然后冷卻至室溫，即得粉狀Dy3+、Eu3+摻雜的TiAlON熒光材料。3.根據權利要求2所述Dy3+、Eu3+摻雜的TiAlON熒光材料的制備方法，其特征在于:各原料配比為113他:八]^:八12〇3:￡112〇3:〇72〇3=[2/3-(叉+5〇/2]:[4/3+2(叉+5〇]:[4/3-(叉+5〇]:叉:7;其中，所用Ti3N4的純度為99.95%，細度為0.5-1圓41_勺純度為99.95%，細度為0.5圓； AI2O3的純度為99.95%，細度為0.1-0.5_; Eu2〇3的純度為99.95-99.99%，細度為0.5-1_; Dy2〇3的純度為99 ? 8%，細度為0 ? 5-lum。4.根據權利要求2所述Dy3+、Eu3+摻雜的TiAlON熒光材料的制備方法，其特征在于:步驟2)中干磨時的球料比為1:1，轉速為100_250r/min。5.根據權利要求2所述Dy3+、Eu3+摻雜的TiAlON熒光材料的制備方法，其特征在于:步驟3)中燒結溫度為1750 °C，壓力為0.5-1.5MPa。
【文檔編號】C09K11/67GK105950144SQ201610533647
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年7月8日
【發明人】夏忠朝, 羊富貴, 喬亮, 任海科
【申請人】福建江夏學院