一种Eu3+掺杂的钽酸盐红色荧光粉、制备方法及用途与流程

本发明涉及一种发光材料，特别涉及一种Eu³⁺掺杂的钽酸盐红色荧光粉、制备方法及用途，属于发光材料技术领域。

背景技术：

白光LED是继白炽灯、日光灯和节能灯之后的第四代照明电光源，或称为 21世纪绿色光源，具有绿色环保、寿命超长、高效节能、抗恶劣环境、结构简单、体积小、重量轻、响应快、工作电压低及安全性好的特点。自1996年日亚公司首次开发出白光LED之后，以LED固态光源替代传统照明光源是目前照明技术发展的主要趋势，各国都给予高度重视，纷纷制定了发展计划，加紧研制和开发。

目前使用最广泛且技术很成熟的白光LED主要是以发蓝光的GaN基芯片搭配YAG：Ce的荧光粉，通过激发YAG：Ce来发射黄光与蓝光混合来实现的，其效率高、制造成本低，但由于其发射光谱中缺少绿色和红色成分，尤其在红色区域发光效率不高，导致它的显色指数比较低，色彩还原性差，色调偏冷色调，从而使得其应用受到一定的限制，另外其制取过程花费的成本也较高。因此研究性能好的红色荧光粉不仅具有一定的理论意义，更具有重要的实际应用意义。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种稳定性高、发光效率高，制备工艺简单易行、成本低廉，且对环境无污染的Eu³⁺掺杂的钽酸盐红色荧光粉，本发明的另一目的在于提供一种上述Eu³⁺掺杂的钽酸盐红色荧光粉的制备方法及Eu³⁺掺杂的钽酸盐红色荧光粉的用途。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种Eu³⁺掺杂的钽酸盐红色荧光粉，化学式为La2-2xEu2xTa12O33，其中x为Eu³⁺掺杂的化学计量分数， 0.001≤x≤0.20。

本发明还提供了一种Eu³⁺掺杂的钽酸盐红色荧光粉的制备方法，包括如下步骤：

(1)按化学组成La2-2xEu2xTa12O33中各元素的化学计量比，其中0.001≤x≤0.20，分别称取含有镧离子La³⁺的化合物、含有铕离子Eu³⁺的化合物、含有钽离子Ta⁵⁺的化合物，研磨并混合均匀；

(2)将步骤(1)得到的混合物在空气气氛下预煅烧，预煅烧温度为200～ 900℃，预煅烧时间为1～20小时；

(3)将步骤(2)预煅烧得到的混合物自然冷却，研磨并混合均匀后，在空气中进行煅烧，煅烧温度为900～1300℃，煅烧时间为4～30小时；然后冷却至室温，研磨并混合均匀，得到荧光粉。

作为制备方法的优选方案，步骤(2)的预煅烧特征温度为350～750℃，预煅烧特征时间为4～10小时。

作为制备方法的另一优选方案，步骤(3)的煅烧温度为1000～1150℃，煅烧时间为6～12小时。

上述技术方案中，含有镧离子La³⁺的化合物为氧化镧、碳酸镧和硝酸镧中的一种；所述的含有铕离子Eu³⁺的化合物为氧化铕、硝酸铕、碳酸铕、硫酸铕、氯化铕中的一种；所述的含有钽离子Ta⁵⁺的化合物为氧化钽和氯化钽中的一种。

与现有技术相比，本发明的有益效果和应用价值如下：

1、本发明提供的钽酸盐基红色荧光材料，有良好的物理和化学性能，颗粒度均匀、结晶度好，发光效率高，在紫外线辐射下不会产生硫化物等有毒气体，对环境友好，可以广泛应用于制备高功率的LED，在光致发光方面有很大的应用价值。

2、所制备出的新型红色荧光粉可以有效地吸收近紫外到蓝光区域(250～ 475纳米)的光，并将能量传递给掺杂在基质材料中的三价铕离子Eu³⁺，发射出主峰612纳米附近的红光，色度纯正，亮度高，将其配合适量的绿色、蓝色荧光粉，涂敷和封装于InGaN二极管外，可制备高效率的白光LED照明器件，还可以用于被紫外光激发的其他各种照明设备中，在照明、显示和检测等方面具有广泛的应用前景。

3、本发明提供的钽酸盐基红色荧光粉，制备工艺简单、易于操作，方法安全可控、对生产条件和设备要求不高，成本低、无任何污染，适于工业化生产。

附图说明

图1是本发明实施例1制备样品La1.998Eu0.002Ta12O33的X射线粉末衍射图谱；

图2是本发明实施例1制备样品La1.998Eu0.002Ta12O33的扫描电子显微镜图；

图3是本发明实施例1制备样品La1.998Eu0.002Ta12O33在612纳米波长监测下的激发光谱图；

图4是本发明实施例1制备样品La1.998Eu0.002Ta12O33在396纳米波长激发下的发射光谱图；

图5是本发明实施例1制备样品La1.998Eu0.002Ta12O33在355纳米波长激发、 612纳米波长监测下的发光衰减曲线；

图6是本发明实施例4制备样品La1.8Eu0.2Ta12O33在612纳米波长监测下的激发光谱图；

图7是本发明实施例4制备样品La1.8Eu0.2Ta12O33在396纳米波长激发下的发射光谱图；

图8是本发明实施例4制备样品La1.8Eu0.2Ta12O33在355纳米波长激发、612 纳米波长监测下的发光衰减曲线；

图9是本发明实施例4制备样品La1.8Eu0.2Ta12O33的扫描电子显微镜图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

实施例1：

制备La1.998Eu0.002Ta12O33，根据化学式La1.998Eu0.002Ta12O33中各元素的化学计量比，分别称取氧化镧La2O3：0.977克，氧化铕Eu2O3：0.003克，氧化钽Ta2O5： 8.034克。在玛瑙研钵中研磨并混合均匀后，选择空气气氛预煅烧，预煅烧温度为550℃，预煅烧时间18小时，然后冷至室温，取出样品，把得到的前驱体充分混合研磨均匀，在空气中进行最终煅烧，煅烧温度为1000℃，煅烧时间是5 小时，冷却至室温，取出样品研磨即得到所需的荧光材料。

参见附图1，它是本实施例技术方案制备样品的X射线粉末衍射图谱，XRD 测试结果显示，所制备的钽酸盐La1.998Eu0.002Ta12O33为对应PDF卡片号21-0460 的单相材料La2Ta12O33，没有其它杂相存在，纯度高，而且结晶度较好，表明三价铕离子Eu³⁺的掺杂对基质的结构无影响。

参见附图2，它是本实施例技术方案制备样品的扫描电子显微镜图谱，从样品形貌图中可以看出，所得样品颗粒分散较为均匀。

参见附图3，它是按本实施例技术方案制备的样品在612纳米波长监测下的激发光谱图，在250～420纳米范围内有宽峰出现，在395纳米和465纳米有强峰出现，表明该材料可有效地被近紫外到蓝光区域的光激发，适用于白光LED。

参见附图4，它是按本实施例技术方案制备的样品在396纳米波长激发下的发射光谱图，从图中可以看出，该材料的发射波长为612纳米波段范围的红光。

参见附图5，它是按本实施例技术方案制备的样品在355纳米波长激发、612 纳米波长监测下的发光衰减曲线，计算可得衰减时间为0.85毫秒。

实施例2：

制备La1.98Eu0.02Ta12O33，根据化学式La1.98Eu0.02Ta12O33中各元素的化学计量比，分别称取碳酸镧La2(CO3)3·8H2O：1.788克，硝酸铕Eu(NO3)3·6H2O：0.027 克，氧化钽Ta2O5：8.034克。在玛瑙研钵中研磨并混合均匀后，选择空气气氛预煅烧，预煅烧温度为650℃，预煅烧时间为10小时，然后冷至室温，取出样品，把得到的前驱体充分混合研磨均匀，在空气之中1100℃下进行煅烧，煅烧时间是8小时，冷却至室温，取出样品研磨即得到所需的钽酸盐荧光材料。

本实施例制备的样品，其主要结构形貌、激发光谱、发射光谱以及发光衰减曲线与实施例1相似。

实施例3：

制备La1.92Eu0.08Ta12O33，根据化学式La1.92Eu0.08Ta12O33中各元素的化学计量比，分别称取硝酸镧La(NO3)3：1.872克，硫酸铕Eu2(SO4)3·H2O：0.073克，氧化钽Ta2O5：8.034克。在玛瑙研钵中研磨并混合均匀后，选择空气气氛预煅烧，预煅烧温度为900℃，预煅烧时间为1小时，然后冷至室温，取出样品，把得到的前驱体充分混合研磨均匀，在空气之中，1300℃下进行煅烧，煅烧时间是4 小时，冷却至室温，取出样品研磨即得到所需的钽酸盐荧光材料。

本实施例制备的样品，其主要结构形貌、激发光谱、发射光谱以及发光衰减曲线与实施例1相似。

实施例4：

制备La1.8Eu0.2Ta12O33，根据化学式La1.8Eu0.2Ta12O33中各元素的化学计量比，分别称取氧化镧La2O3：0.880克，氯化铕EuCl3：0.155克，氯化钽TaCl5：13.026 克。在玛瑙研钵中研磨并混合均匀后，选择空气气氛预煅烧，预煅烧温度为750℃，预煅烧时间为4小时，然后冷至室温，取出样品，把得到的前驱体充分混合研磨均匀，在空气气氛之中，1150℃下进行煅烧，煅烧时间是12小时，冷却至室温，取出样品研磨即得到所需的钽酸盐荧光材料。

参见附图6，是按按本实施例技术方案制备的样品在612纳米波长监测下的激发光谱图，从图中可以看出，在250～420纳米范围内有宽峰出现，在395纳米和465纳米有强峰出现，表明该材料可有效地被近紫外到蓝光区域的光激发，适用于白光LED。

参见附图7，它是按本实施例技术方案制备的样品在396纳米波长激发下的发射光谱图，从图中可以看出，该材料的发射波长为612纳米波段范围的红光。

参见附图8，它是按本实施例技术方案制备的样品在355纳米波长激发、612 纳米波长监测下的发光衰减曲线，计算可得衰减时间为0.72毫秒。

参见附图9，是本实施例技术方案制备样品的扫描电子显微镜图，从样品形貌图中可以看出，所得样品颗粒分散较为均匀。

实施例5：

制备La1.7Eu0.3Ta12O33，根据化学式La1.7Eu0.3Ta12O33中各元素的化学计量比，分别称取氧化镧La2O3：0.831克，碳酸铕Eu2(CO3)3·H2O：0.226克，氯化钽TaCl5： 13.025克。在玛瑙研钵中研磨并混合均匀后，选择空气气氛预煅烧，预煅烧温度为200℃，预煅烧时间为20小时，然后冷至室温，取出样品，把得到的前驱体充分混合研磨均匀，在空气之中，900℃下进行煅烧，煅烧时间是30小时，冷却至室温，取出样品研磨即得到所需的钽酸盐荧光材料。

本实施例制备的样品，其主要结构形貌、激发光谱、发射光谱以及发光衰减曲线与实施例4相似。

实施例6：

制备La1.6Eu0.4Ta12O33，根据化学式La1.6Eu0.4Ta12O33中各元素的化学计量比，分别称取氧化镧La2O3：0.782克，碳酸铕Eu2(CO3)3·H2O：0.301克，氧化钽Ta2O5： 8.034克。在玛瑙研钵中研磨并混合均匀后，选择空气气氛预煅烧，预煅烧温度为700℃，预煅烧时间为6小时，然后冷至室温，取出样品，把得到的前驱体充分混合研磨均匀，在空气之中，1100℃下进行煅烧，煅烧时间是12小时，冷却至室温，取出样品研磨即得到所需的钽酸盐荧光材料。

本实施例制备的样品，其主要结构形貌、激发光谱、发射光谱以及发光衰减曲线与实施例4相似。