一种Eu（II）离子掺杂的单相全光谱发射荧光粉及其制备方法和应用

一种eu（ii）离子掺杂的单相全光谱发射荧光粉及其制备方法和应用
技术领域
1.本发明涉及一种eu(ii)离子掺杂的单相全光谱发射荧光粉及其制备方法和应用，属于发光材料技术领域。


背景技术：

2.led(light emitting diode)作为21世纪最新一代的绿色照明光源，具有体积小、发热量低、耗电量小、寿命长、响应速度快、环保、可平面封装、易开发成薄短小产品等优点。目前白光led器件的主要生产方法是在蓝光led芯片上涂敷传统的黄色荧光粉，这种产品的发射光谱中红色成分较少，显色指数低。另外几种产生白光方式，如：“红光芯片+绿光芯片+蓝光芯片”、“紫外led芯片+蓝色荧光粉+红色荧光粉+绿色荧光粉”，也由于显色指数低、发射光谱不连续、光效不高等问题，使led照明领域无法得到良好的发展。
3.要想突破led在照明领域的瓶颈，就必须克服以上问题。首先，荧光粉的发射光谱应不含紫外及红外辐射，并符合人眼的敏感曲线；其次这种高品质的荧光粉应具备很高的显色指数。综合以上因素考虑，只有具有接近日光全光谱的光才是最好的照明用光。如何研究得到接近于日光全光谱的光也就成为了当下led 照明行业最迫切的课题。
4.稀土材料是一类普遍的发光材料，广泛应用于照明和显示行业。目前，通过多种荧光粉混合可以实现全光谱发射，但是会因为荧光粉间的性能差异及相互吸收导致荧光粉的稳定性和发光效率降低。另外，还可以通过稀土离子共掺实现全光谱发射，但是由于发光中心之间复杂的能量传递，导致荧光粉的发光效率降低。基于这些问题，在单一基质材料中单掺稀土离子实现全光谱发射无疑是一种理想的实现方案。
5.目前，荧光粉还原应用较多的方法为氢
‑
氮还原和co还原，上述两种方法存在还原效果差、污染性高等缺陷。


技术实现要素：

6.本发明解决的技术问题是：荧光粉还原采用氢
‑
氮还原或co还原存在还原效果差、污染性高等缺陷。
7.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种eu
2+
离子掺杂的单相全光谱发射荧光粉，该荧光粉的化学通式为：ca9mgna(po4)7:xeu
2+
，其中，x为0.005
‑
0.02。
8.本发明还提供了上述的eu
2+
离子掺杂的单相全光谱发射荧光粉的制备方法，包括以下步骤：
9.步骤1：称取荧光粉原料粉体caco3、(mgco3)4·
mg(oh)2·
5h2o、na2co3、 nh4h2po4和eu2o3进行研磨并混合均匀；
10.步骤2：将混合均匀的荧光粉原料粉体放置于坩埚中，并将坩埚放置于马弗炉中，在900～1100℃烧结温度和8～12h烧结时间下得到前驱体；
11.步骤3：称取还原性金属粉末与前驱体，并将还原性金属粉末与前驱体分别放置于
两个坩埚中，然后将坩埚置于真空管式炉中，抽真空，在600～1000℃还原温度和4～8h还原时间下进行还原，待样品冷却至室温后置于玛瑙研钵中研磨均匀，即得到该荧光粉。
12.优选地，所述步骤1中的荧光粉原料粉体的摩尔比为：caco3+eu2o3: (mgco3)4·
mg(oh)2·
5h2o:na2co3:nh4h2po4＝90:2:5:70；其中，caco3与eu2o3的摩尔比为8.991～8.1:0.0045～0.45。
13.优选地，所述步骤1中的研磨的时间为15～20分钟。
14.优选地，所述步骤3中的还原性金属粉末包括铝粉和/或镁粉。
15.优选地，所述步骤3中的前驱体与还原性金属粉末的质量比为1:0.3～1。
16.优选地，所述步骤3中的还原性金属粉末与前驱体的坩埚放置距离为1～ 4cm。
17.优选地，所述步骤3中的真空气氛为系统压力小于负0.1mpa。
18.本发明还提供了上述的eu
2+
离子掺杂的单相全光谱发射荧光粉在led器件中的应用。
19.本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
20.1.本发明在仅掺杂eu
2+
离子的情况下，通过拓扑化学反应，实现eu
2+
离子晶体场调控，并最终实现全光谱发射，具有较高的显色指数与发光效率，满足光健康人眼视觉与非视觉照明要求；
21.2.本发明采用采用非接触式铝还原反应作为还原手段，与传统的氢
‑
氮还原和 co还原相比，该方法具有安全性高、无污染且还原效果好的优势。
附图说明
22.图1为实施例1～3制备所得的荧光粉的xrd图；
23.图2为实施例1～3制备所得的荧光粉的光致发光图谱；
24.图3为实施例2制备所得的荧光粉匹配365nm紫外芯片所封装的led器件在30ma电流驱动下的光致发光图谱。
具体实施方式
25.为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
26.实施例1
27.一种eu
2+
离子掺杂的单相全光谱发射荧光粉的制备方法，包括以下步骤：
28.(1)根据eu
2+
离子掺杂的单相全光谱发射荧光粉的通式： ca9mgna(po4)7:0.005eu
2+
，称取2g原料粉体。各原料粉体的质量比为caco3: (mgco3)4·
mg(oh)2·
5h2o:na2co3:nh4h2po4:eu2o3＝0.9639:0.1044: 0.0569:0.8660:0.0085。
29.(2)将上述原料粉体置于玛瑙研钵中研磨15～20分钟，待原料粉体混合均匀后，将混合物置于坩埚中，并将坩埚置于马弗炉中，在1050℃空气气氛中烧结 10h。
30.(3)将烧结后的样品取出、冷却，重新放在玛瑙研钵内研磨成粉末状，得到前驱体。
31.(4)将前驱体和铝粉按照质量比为1:0.3的比例进行称取，分别称取1g前驱体和0.3g铝粉。
32.(5)将称好的前驱体和铝粉放置于两个坩埚中，将坩埚放置到真空管式炉中，并进行抽真空操作，使管内系统压力小于负0.1mpa，在1000℃下烧结8h。待样品冷却至室温后置
于玛瑙研钵中研磨均匀，即得到该荧光粉。
33.使用x射线衍射仪(ultima iv
‑
185)测试上述制备所得的荧光粉的晶体结构。该荧光粉的xrd测试图谱如图1所示，可以看出荧光粉测试图谱与标准卡片一致，即合成了纯度较好的单相全光谱荧光粉。
34.使用荧光光谱仪(hitachi f
‑
7000)，测试上述制备所得的荧光粉的光谱性质。该荧光粉的光致发光图谱如图2所示，其激发波长位于365nm，发射光谱涵盖400～750nm波段的可见光。
35.实施例2
36.一种eu
2+
离子掺杂的单相全光谱发射荧光粉的制备方法，包括以下步骤：
37.(1)根据eu
2+
离子掺杂的单相全光谱发射荧光粉的通式： ca9mgna(po4)7:0.01eu
2+
，称取2g原料粉体。各原料粉体的质量比为caco3: (mgco3)4·
mg(oh)2·
5h2o:na2co3:nh4h2po4:eu2o3＝0.9574:0.1043: 0.0569:0.8644:0.0170。
38.(2)将上述原料粉体置于玛瑙研钵中研磨15～20分钟，待原料粉体混合均匀后，将混合物置于坩埚中，并将坩埚置于马弗炉中，在1050℃空气气氛中烧结 10h。
39.(3)将烧结后的样品取出、冷却，重新放在玛瑙研钵内研磨成粉末状，得到前驱体。
40.(4)将前驱体和铝粉按照质量比为1:0.3的比例进行称取，分别称取1g前驱体和0.3g铝粉。
41.(5)将称好的前驱体和铝粉放置于两个坩埚中，将坩埚放置到真空管式炉中，并进行抽真空操作，使管内系统压力小于负0.1mpa，在1000℃下烧结8h。待样品冷却至室温后置于玛瑙研钵中研磨均匀，即得到该荧光粉。
42.使用x射线衍射仪(ultima iv
‑
185)测试上述制备所得的荧光粉的晶体结构。该荧光粉的xrd测试图谱如图1所示，可以看出荧光粉测试图谱与标准卡片一致，即合成了纯度较好的单相全光谱荧光粉。
43.使用荧光光谱仪(hitachi f
‑
7000)，测试上述制备所得的荧光粉的光谱性质。该荧光粉的光致发光图谱如图2所示，其激发波长位于365nm，发射光谱涵盖400～750nm波段的可见光。
44.使用波长为365nm的紫外芯片与上述制备所得的荧光粉封装成led器件，在30ma的驱动电流下进行点亮。使用快速光谱仪(stc
‑
400)测试该led器件的光学特性，其光致发光图谱如图3所示，色坐标为(0.3603,0.3097)，色温为4085k，显色指数为92.3。
45.实施例3
46.一种eu
2+
离子掺杂的单相全光谱发射荧光粉的制备方法，包括以下步骤：
47.(1)根据eu
2+
离子掺杂的单相全光谱发射荧光粉的通式： ca9mgna(po4)7:0.02eu
2+
，称取2g原料粉体。各原料粉体的质量比为caco3: (mgco3)4·
mg(oh)2·
5h2o:na2co3:nh4h2po4:eu2o3＝0.9443:0.1039: 0.0568:0.8613:0.0339。
48.(2)将上述原料粉体置于玛瑙研钵中研磨15～20分钟，待原料粉体混合均匀后，将混合物置于坩埚中，并将坩埚置于马弗炉中，在1050℃空气气氛中烧结 10h。
49.(3)将烧结后的样品取出、冷却，重新放在玛瑙研钵内研磨成粉末状，得到前驱体。
50.(4)将前驱体和铝粉按照质量比为1:0.3的比例进行称取，分别称取1g前驱体和0.3g铝粉。
51.(5)将称好的前驱体和铝粉放置于两个坩埚中，将坩埚放置到真空管式炉中，并进行抽真空操作，使管内系统压力小于负0.1mpa，在1000℃下烧结8h。待样品冷却至室温后置于玛瑙研钵中研磨均匀，即得到该荧光粉。
52.使用x射线衍射仪(ultima iv
‑
185)测试上述制备所得的荧光粉的晶体结构。该荧光粉的xrd测试图谱如图1所示，可以看出荧光粉测试图谱与标准卡片一致，即合成了纯度较好的单相全光谱荧光粉。
53.使用荧光光谱仪(hitachi f
‑
7000)，测试上述制备所得的荧光粉的光谱性质。该荧光粉的光致发光图谱如图2所示，其激发波长位于365nm，发射光谱涵盖400～750nm波段的可见光。
54.以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。