一種紅色熒光粉及其制備方法與流程

本發(fā)明屬于材料學領域，涉及一種熒光粉，具體來說是一種紅色熒光粉及其制備方法。

背景技術：

白光LED(light emitting diode)因其具有壽命長、效率高、抗惡劣環(huán)境、光譜范圍寬、可視距離遠、環(huán)保無污染、節(jié)能、安全、體積小等不同于其它固態(tài)照明光源的優(yōu)點，廣泛應用于便攜電話、手機和數(shù)碼產(chǎn)品、商品照明、室內照明和車內照明等領域。

在白光LED發(fā)展中，熒光粉的發(fā)展是關鍵。而目前應用最廣泛的是YAG:Ce熒光粉，采用460nm藍光芯片和發(fā)黃光的YAG:Ce熒光粉組合成的白光LED，由于Y₃Al₅O₁₂具有良好的物理和化學穩(wěn)定性、耐電子輻射、高的量子產(chǎn)率，易產(chǎn)業(yè)化。

目前，藍光LED+YAG:Ce組合的白光LED的最大不足之處是顯色性偏低，最大僅為85左右，主要原因在于熒光粉在紅光區(qū)域的光度太弱。一些常用的稀土激活的硫化物紅色熒光粉(CaS:Eu²⁺；Ca_1-xSr_xS:Eu²⁺等)雖然可以彌補紅光的不足，但這些硫化物的化學穩(wěn)定性較差。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術中的上述技術問題，本發(fā)明提供了一種紅色熒光粉及其制備方法，所述的這種紅色熒光粉及其制備方法要解決現(xiàn)有技術中的發(fā)光材料顯色性差、穩(wěn)定性不高的技術問題。

本發(fā)明提供了一種紅色熒光粉，其化學通式為Sr₃Ga₂Ge₄O₁₄:xEu³⁺，yBi³⁺，其中x=0.01~0.15，y=0.01~0.07。

本發(fā)明還提供了上述的一種紅色熒光粉的制備方法，以Sr₃Ga₂Ge₄O₁₄為基質，引入Eu³⁺作為發(fā)光中心，Bi³⁺作為敏化劑，加入無水乙醇，采用兩步燒結工藝，進行高溫固相燒結，再經(jīng)研磨、干燥、過篩即得紅色熒光粉。

進一步的，所述的紅色熒光粉的制備方法包括如下制備步驟：

（1） 根據(jù)化學通式Sr₃Ga₂Ge₄O₁₄:xEu³⁺,yBi³⁺，分別稱取SrCO₃、Ga₂O₃、GeO₂、Eu₂O₃、Bi₂O₃、過量的Ga₂O₃和GeO₂，加入無水乙醇研磨，充分混合均勻后得到粉體混合物；

（2） 將步驟（1）所得的粉體混合物進行煅燒，煅燒過程中控制溫度為800～1000℃，時間為3～8h后，得到白色粉末狀的混合物；

（3） 將步驟（2）所得的白色粉末狀的混合物進行第二次研磨，充分混合均勻后得到粉體混合物；

（4） 將步驟（3）所得的粉體混合物再次進行煅燒，煅燒過程中控制溫度為1100～1250℃，時間為12～20h后，得到白色粉末狀紅色熒光粉粗品；

（5） 將步驟（4）中所得的白色粉末狀的紅色熒光粉粗品在1600r/min的砂磨機中研磨0.5~2h后，在100～120℃烘箱內干燥、過篩，即得紅色熒光粉。

進一步的，在步驟（1）中，Ga₂O₃過量其重量的1%，GeO₂過量其重量的2%。

進一步的，在步驟（2）中，煅燒控制溫度為900℃，煅燒時間6h。

進一步的，在步驟（4）中，煅燒控制溫度為1200℃，煅燒時間16h。

本發(fā)明利用Bi³⁺和Eu³⁺在可見光范圍內發(fā)生發(fā)射-激發(fā)光譜重疊，Bi³⁺能夠將部分能量轉移給Eu³⁺，可以有效提高Eu³⁺的發(fā)光性能。本發(fā)明制備的紅色熒光粉性能優(yōu)異，在618nm處具有相對強度較高的紅色熒光發(fā)射峰，因此適用于白光LED中。而且，本發(fā)明的紅色熒光粉結晶度高、均勻性好。

本發(fā)明和已有技術相比，其技術進步是顯著的。本發(fā)明采用Bi³⁺共摻可以有效敏化Eu³⁺在基質中的發(fā)光性能，合成工藝簡單、原料來源廣泛、操作方便、重復性好，相較于現(xiàn)有的紅色熒光粉(CaS:Eu²⁺；Ca_1-xSr_xS:Eu²⁺等)，具有化學穩(wěn)定性好，發(fā)光性能穩(wěn)定等特點，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為實施例1中所得的紅色熒光粉的XRD圖。

圖2a為實施例1中所得的紅色熒光粉EX=393nm的發(fā)射光譜。

圖2b為實施例1中所得的紅色熒光粉EM=618nm激發(fā)光譜。

圖2c為實施例1中所得的紅色熒光粉的色坐標圖和發(fā)光效果圖。

具體實施方式

下面通過具體的實施例并結合附圖對本發(fā)明進一步闡述，但并不限制于本發(fā)明。

本發(fā)明所用的原材料包括SrCO₃、Ga₂O₃、GeO₂、Eu₂O₃和Bi₂O₃均為實驗室用分析純。

實施例1

（1） 根據(jù)化學通式Sr₃Ga₂Ge₄O₁₄:xEu³⁺,yBi³⁺(其中x=0.05,y=0.05)，分別計算SrCO₃、Ga₂O₃、GeO₂、Eu₂O₃和Bi₂O₃的量，稱量，在瑪瑙研缽中加入少量的無水乙醇溶液充分混合均勻得到粉體混合物；

其中Ga₂O₃過量其重量的1%，GeO₂過量其重量的2%；

（2） 將步驟（1）所得的粉體混合物采用第一步燒結工藝于快速升溫箱式電爐中進行煅燒，煅燒過程中控制溫度為800～1000℃，時間為3～8h后，得到白色粉末狀的混合物；

所述的第一步燒結工藝，煅燒溫度控制為900℃，時間為6h；

（3） 將步驟（2）所得的白色粉末狀的混合物置入瑪瑙研缽中，進行第二次研磨，充分混合均勻后得到新的粉體混合物；

（4） 將步驟（3）所得的新粉體混合物采用第二步燒結工藝于快速升溫箱式電爐中進行煅燒，煅燒過程中控制溫度為1100～1250℃，時間為12～20h后，得到白色粉末狀紅色熒光粉粗品；

所述的第二步燒結工藝，煅燒溫度控制為1200℃，時間為16h；

（5） 將步驟（4）中所得的白色粉末狀的紅色熒光粉粗品在1600r/min的砂磨機中研磨1h后，100～120℃烘箱內干燥、過200目篩，即得顆粒度均勻、分散性較好的紅色熒光粉Sr₃Ga₂Ge₄O₁₄:0.05Eu³⁺,0.05Bi³⁺。

將上述所制備的紅色熒光粉，利用D/max 2200PC型X射線衍射儀對Sr₃Ga₂Ge₄O₁₄:0.05Eu³⁺,0.05Bi³⁺進行結構分析，其XRD圖如圖1所示，從圖1中可以發(fā)現(xiàn)其XRD圖與標準譜圖(PDF卡號為38-1327)的衍射峰的相對強度和位置一致，說明Eu³⁺和Bi³⁺的摻入并未改變Sr₃Ga₂Ge₄O₁₄的晶體結構。

將上述所得的紅色熒光粉Sr₃Ga₂Ge₄O₁₄:0.05Eu³⁺,0.05Bi³⁺，用FLS920測定其發(fā)射和激發(fā)光譜，其結果分別見圖2a、圖2b和圖2c。

從圖2a中可以看出，以393nm為激發(fā)波長時，其主發(fā)射峰在618nm處，說明熒光粉發(fā)紅光；

從圖2b中可以看出，在618nm下尋找激發(fā)波長為393nm；

從圖2c中可以看出，色坐標圖顯示出發(fā)光色坐標位于紅光區(qū)域，且樣品可以產(chǎn)生較強的紅光發(fā)射。

因此，激發(fā)波長選為393nm，上述的Sr₃Ga₂Ge₄O₁₄:0.05Eu³⁺,0.05Bi³⁺紅色熒光粉在此波長激發(fā)下，可出現(xiàn)紅色發(fā)光峰。

實施例2

（1） 根據(jù)化學通式Sr₃Ga₂Ge₄O₁₄:xEu³⁺,yBi³⁺(其中x=0.09,y=0.03)，分別計算SrCO₃、Ga₂O₃、GeO₂、Eu₂O₃和Bi₂O₃的量，稱量，在瑪瑙研缽中加入少量的無水乙醇溶液充分混合均勻得到粉體混合物；

其中Ga₂O₃過量其重量的1%，GeO₂過量其重量的2%；

（2） 將步驟（1）所得的粉體混合物采用第一步燒結工藝于快速升溫箱式電爐中進行煅燒，煅燒過程中控制溫度為800～1000℃，時間為3～8h后，得到白色粉末狀的混合物；

所述的第一步燒結工藝，煅燒溫度控制為900℃，時間為6h；

（3） 將步驟（2）所得的白色粉末狀的混合物置入瑪瑙研缽中，進行第二次研磨，充分混合均勻后得到新的粉體混合物；

（4） 將步驟（3）所得的新粉體混合物采用第二步燒結工藝于快速升溫箱式電爐中進行煅燒，煅燒過程中控制溫度為1100～1250℃，時間為12～20h后，得到白色粉末狀紅色熒光粉粗品；

所述的第二步燒結工藝，煅燒溫度控制為1200℃，時間為16h；

（5） 將步驟（4）中所得的白色粉末狀的紅色熒光粉粗品在1600r/min的砂磨機中研磨1h后，100～120℃烘箱內干燥、過200目篩，即得顆粒度均勻、分散性較好的紅色熒光粉Sr₃Ga₂Ge₄O₁₄:0.09Eu³⁺,0.03Bi³⁺。

實施例3

（1） 根據(jù)化學通式Sr₃Ga₂Ge₄O₁₄:xEu³⁺,yBi³⁺(其中x=0.12,y=0.04)，分別計算SrCO₃、Ga₂O₃、GeO₂、Eu₂O₃和Bi₂O₃的量，稱量，在瑪瑙研缽中加入少量的無水乙醇溶液充分混合均勻得到粉體混合物；

其中Ga₂O₃過量其重量的1%，GeO₂過量其重量的2%；

（2） 將步驟（1）所得的粉體混合物采用第一步燒結工藝于快速升溫箱式電爐中進行煅燒，煅燒過程中控制溫度為800～1000℃，時間為3～8h后，得到白色粉末狀的混合物；

所述的第一步燒結工藝，煅燒溫度控制為900℃，時間為6h；

（3） 將步驟（2）所得的白色粉末狀的混合物置入瑪瑙研缽中，進行第二次研磨，充分混合均勻后得到新的粉體混合物；

（4） 將步驟（3）所得的新粉體混合物采用第二步燒結工藝于快速升溫箱式電爐中進行煅燒，煅燒過程中控制溫度為1100～1250℃，時間為12～20h后，得到白色粉末狀紅色熒光粉粗品；

所述的第二步燒結工藝，煅燒溫度控制為1200℃，時間為16h；

（5） 將步驟（4）中所得的白色粉末狀的紅色熒光粉粗品在1600r/min的砂磨機中研磨1h后，100～120℃烘箱內干燥，過200目篩，即得顆粒度均勻、分散性較好的紅色熒光粉Sr₃Ga₂Ge₄O₁₄:0.12Eu³⁺,0.04Bi³⁺。

以上所述內容僅為本發(fā)明構思下的基本說明，而依據(jù)本發(fā)明的技術方案所做的任何等效變換，均應屬于本發(fā)明的保護范圍。