一种固态照明用的白光荧光粉

1.本发明涉及固态照明用的白光荧光材料领域，特别涉及一种钐和铋离子共掺磷酸钪钠。


背景技术：

2.第四代新型固态照明光源
‑‑‑
led具有许多不同于其他传统光源的特点和明显优势，如：体积小、寿命长、节能环保、坚固、容易设计多种产品、无紫外和红外光等辐射、驱动电源安全，正成为新一代光源。目前，固态照明led已经在人们日常生活中得到了很多应用，如：路灯照明、家用照明、手机、显示、电视和植物生长照明等。固态照明led的主流技术是由led芯片+荧光粉组合制备的，因此，荧光粉组分具有重要的研究意义。
3.稀土离子sm
3+
具有优良的发光特性，sm
3+
离子掺杂荧光粉在激发波长为紫外至蓝光区域的光激发下，通常发出红橙色光。bi
3+
离子在不同的基质晶体场影响下能够发出不同颜色的光，其发光颜色可以从近紫外到红色。本发明选用磷酸钪钠为基质材料，目前sm
3+
或bi
3+
掺杂磷酸钪钠没有被报道过；本发明利用sm
3+
红橙色发光和bi
3+
掺杂磷酸钪钠发蓝色光特性，以及bi
3+
能量传递给sm
3+
特点，合成一种固态照明led用的白光荧光粉，这种荧光粉能够适合于紫外激发的固态照明led，因此，本发明研究的固态照明用的白光荧光粉具有特殊意义。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种钐和铋离子共掺磷酸钪钠，其在紫外光和蓝光谱区具有吸收，在紫外至蓝光区域内的光激发下，发出白色光，其荧光具有良好的抗热淬灭特性。
5.本发明的另一目的在于提供上述固态照明用的白光荧光粉。本发明是利用钐和铋离子作为激活离子，可以在空气气氛下，采用高温固相法制备具有良好的抗热淬灭特性的钐和铋离子共掺磷酸钪钠白光荧光粉。
6.本发明的目的通过以下技术方案实现：
7.该荧光粉为钐和铋离子共掺磷酸钪钠，其晶体结构为三角晶系，其化学分子式为na3sc2(po4)3:sm
3+
,bi
3+
，元素摩尔比为na﹕sc﹕p﹕o﹕sm﹕bi＝3﹕(2-x-y)﹕3﹕12﹕x﹕y，其中0.01≤x≤0.12和0.01≤y≤0.1。
8.钐和铋离子共掺磷酸钪钠白光荧光粉的合成方法，包括以下步骤：
9.(1)称取原料：按元素摩尔比na﹕sc﹕p﹕o﹕sm﹕bi＝3﹕(2-x-y)﹕3﹕12﹕x﹕y，其中0.01≤x≤0.12和0.01≤y≤0.1，准确称取准确称取含有钠、钪、磷、钐和铋的化合物为原材料；
10.(2)预烧：将步骤(1)称取的原料经过研磨混匀后，在温度为400-600℃时，预烧3-10小时；
11.(3)烧制：将步骤(2)预烧后的样品取出，再次研磨混匀后，在温度为1000-1300℃时，煅烧5-15小时，随炉冷却至室温，即可制得钐和铋离子共掺磷酸钪钠白光荧光粉，其化
学组成为na3sc2(po4)3:sm
3+
,bi
3+
。
12.步骤(2)所述预烧在空气气氛下进行。
13.步骤(3)所述烧制在空气气氛下进行。
14.步骤(1)所述含钠化合物的原料为碳酸盐、硝酸盐、氯化物、氧化物、草酸盐和醋酸盐中的任一种。
15.步骤(1)所述含钪化合物的原料为硝酸盐、氯化物、氧化物、草酸盐和醋酸盐中的任一种。
16.步骤(1)所述含磷化合物的原料为磷酸盐中的任一种。
17.步骤(1)所述含钐化合物的原料为硝酸盐、氧化物、氯化物、草酸盐和醋酸盐中的任一种。
18.步骤(1)所述含铋化合物的原料为氧化盐、氯化物、碳酸盐、草酸盐、醋酸盐和硝酸盐中的任一种。
19.其特征在于，所述。
20.本发明的钐和铋离子共掺磷酸钪钠白光荧光粉有以下优点和有益效果：
21.(1)本发明的钐和铋离子共掺磷酸钪钠白光荧光粉，其热稳定性好，荧光强度高，显色性好，是一种性能优良的白光荧光粉材料。
22.(2)本发明制备的钐和铋离子共掺磷酸钪钠荧光粉没有被报道过，在近紫外和蓝色光谱区具有吸收，在紫外光激发下，钐和铋离子共掺磷酸钪钠荧光粉中铋离子发出蓝色光和钐离子发出红橙色光，铋离子的能量同时传递给钐离子，增强钐离子的红橙色发光，使得钐和铋离子共掺磷酸钪钠荧光粉在380
–
750nm范围内显示白色发光，其荧光具有良好的抗热淬灭特性，温度对其荧光强度和荧光寿命影响小，可以在紫外激发的固态照明led领域获得应用。
23.(3)本发明以磷酸钪钠为基质的白光荧光粉，采用高温固相法在空气中制备，该制备方法简单易行，不需要高压条件，采用合适和温和的加热升温工艺，得到性能优良的钐和铋离子共掺磷酸钪钠白光荧光粉。
附图说明
24.图1为本发明的实施例1制备的钐和铋离子共掺磷酸钪钠白光荧光粉na3sc2(po4)3:sm
3+
,bi
3+
在监测波长为600nm时的激发光谱图。
25.图2为本发明的实施例1制备的钐和铋离子共掺磷酸钪钠白光荧光粉na3sc2(po4)3:sm
3+
,bi
3+
在激发波长为345nm时的发射光谱图。
26.图3为本发明的实施例1制备的钐和铋离子共掺磷酸钪钠白光荧光粉na3sc2(po4)3:sm
3+
,bi
3+
的xrd谱图。
27.图4为本发明的实施例1制备的钐和铋离子共掺磷酸钪钠白光荧光粉na3sc2(po4)3:8mol％sm
3+
,bi
3+
在激发波长为345nm时的不同铋离子浓度的发射光谱图。
28.图5为本发明的实施例1制备的钐和铋离子共掺磷酸钪钠白光荧光粉na3sc2(po4)3:8mol％sm
3+
,bi
3+
的不同铋离子浓度的荧光衰减曲线，监测波长为600nm，激发波长为345nm。
具体实施方式
29.下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
30.本发明实施例提供了一种钐和铋离子共掺磷酸钪钠白光荧光粉。
31.具体地，该荧光粉为钐和铋离子共掺磷酸钪钠，其化学分子式为na3sc2(po4)3:sm
3+
,bi
3+
，激活离子为sm
3+
和bi
3+
离子，sm
3+
和bi
3+
取代sc
3+
离子，元素摩尔比为na﹕sc﹕p﹕o﹕sm﹕bi＝3﹕(2-x-y)﹕3﹕12﹕x﹕y，其中0.01≤x≤0.12和0.01≤y≤0.1。x分别取0.01、0.02、0.04、0.06、0.08、0.10和0.12，y分别取0.01、0.02、0.04、0.06、0.08和0.10。
32.实施例1
33.选取含有钠、钪、磷、钐和铋的化合物为原材料，按照元素摩尔比na﹕sc﹕p﹕o﹕sm﹕bi＝3﹕1.94﹕3﹕12﹕0.04﹕0.02，准确称取五种原料，分别称取碳酸钠、氧化钪、磷酸氢铵、氧化钐及氧化铋五种化学品原料，控制混合物总重为5克左右。5克混合物经研磨混匀后，放入刚玉坩埚，然后将坩埚放入高温电炉。精确控制升温速率，控制化合物原料分解反应速度，防止混合物从坩埚中溢出，样品在450℃预烧10小时。将预烧后的样品取出，再次研磨混匀，放入坩埚，在1200℃烧10小时，随炉自然冷却至室温，即可制得钐和铋离子共掺磷酸钪钠(na3sc2(po4)3:sm
3+
,bi
3+
)白光荧光粉；x射线衍射分析表明制备的白光荧光粉为磷酸钪钠的纯相。
34.本实施例制备的钐和铋离子共掺磷酸钪钠(na3sc2(po4)3:sm
3+
,bi
3+
)白光荧光粉在220-550nm范围内具有一系列激发峰(见图1)，其中，在紫外、近紫外和蓝光的吸收与目前商用的led芯片相匹配；钐和铋离子共掺磷酸钪钠(na3sc2(po4)3:sm
3+
,bi
3+
)在约345nm激发下可以产生荧光覆盖380-750nm光谱区，显示白色发光(见图2)；图3示出钐和铋离子共掺磷酸钪钠(na3sc2(po4)3:8mol％sm
3+
,bi
3+
)的xrd谱图，确认了为磷酸钪钠的纯相；图4示出钐和铋离子共掺磷酸钪钠(na3sc2(po4)3:8mol％sm
3+
,bi
3+
)中不同铋离子浓度的发射光谱图，可以表明铋离子能够增强钐离子的发光，确认了最佳铋离子掺杂浓度为～6mol％；图5示出不同铋离子浓度时的钐和铋离子共掺磷酸钪钠(na3sc2(po4)3:8mol％sm
3+
,bi
3+
)的荧光衰减曲线，激发波长为345nm，监测波长为600nm；
35.实施例2
36.选取硝酸钠、氧化钪、磷酸氨、氯化铋、碳酸钐化学品作为起始原料，按照元素摩尔比na﹕sc﹕p﹕o﹕sm﹕bi＝3﹕1.92﹕3﹕12﹕0.06﹕0.02，准确称取四种原料。控制混合物总重为5克左右。5克混合物经研磨混匀后，放入刚玉坩埚，然后将坩埚放入高温电炉。精确控制升温速率，控制化合物原料分解反应速度，防止混合物从坩埚中溢出，样品在500℃预烧6小时。将预烧后的样品取出，再次研磨混匀，放入坩埚，在1300℃烧5小时，随炉冷却至室温，即可制得钐和铋离子共掺磷酸钪钠(na3sc2(po4)3:sm
3+
,bi
3+
)白光荧光粉。x射线衍射分析表明为磷酸钪钠的纯相。荧光粉的光谱性质和荧光寿命同实施例1中类似。
37.实施例3
38.选取碳酸钠、硝酸钪、磷酸二氢氨、氧化铋、草酸钐化学品作起始原料，按照元素摩尔比na﹕sc﹕p﹕o﹕sm﹕bi＝3﹕1.88﹕3﹕12﹕0.08﹕0.04，准确称取五种原料，控制混合物总重为5克左右。5克混合物经研磨混匀后，放入刚玉坩埚，然后将坩埚放入高温电炉。精确控制升温速率，控制化合物原料分解反应速度，防止混合物从坩埚中溢出，样品在600℃预烧3小时。
将预烧后的样品取出，再次研磨混匀，放入坩埚，在1100℃烧12小时，随炉冷却至室温，即可制得钐和铋离子共掺磷酸钪钠(na3sc2(po4)3:sm
3+
,bi
3+
)白光荧光粉。x射线衍射分析表明为磷酸钪钠的纯相。荧光粉的光谱性质和荧光寿命同实施例1中类似。
39.实施例4
40.选取磷酸钠、硝酸钪、磷酸氨、碳酸铋及氧化钐化学品作起始原料，按照元素摩尔比na﹕sc﹕p﹕o﹕sm﹕bi＝3﹕1.88﹕3﹕12﹕0.04﹕0.08，准确称取五种原料，控制混合物总重为5克左右。5克混合物经研磨混匀后，放入刚玉坩埚，然后将坩埚放入高温电炉。精确控制升温速率，控制化合物原料分解反应速度，防止混合物从坩埚中溢出，样品在550℃预烧8小时。将预烧后的样品取出，再次研磨混匀，放入坩埚，在1050℃烧15小时，随炉冷却至室温，即可制得钐和铋离子共掺磷酸钪钠(na3sc2(po4)3:sm
3+
,bi
3+
)白光荧光粉。x射线衍射分析表明为磷酸钪钠的纯相。荧光粉的光谱性质和荧光寿命同实施例1中类似。
41.实施例5
42.选取磷酸二氢钠、碳酸钪、氧化铋及碳酸钐化学品作起始原料，按照元素摩尔比na﹕sc﹕p﹕o﹕sm﹕bi＝3﹕1.86﹕3﹕12﹕0.04﹕0.10，准确称取四种原料，控制混合物总重为5克左右。5克混合物经研磨混匀后，放入刚玉坩埚，然后将坩埚放入高温电炉。精确控制升温速率，控制化合物原料分解反应速度，防止混合物从坩埚中溢出，样品在450℃预烧5小时。将预烧后的样品取出，再次研磨混匀，放入坩埚，在1250℃烧5小时，随炉冷却至室温，即可制得钐和铋离子共掺磷酸钪钠(na3sc2(po4)3:sm
3+
,bi
3+
)白光荧光粉。x射线衍射分析表明为磷酸钪钠的纯相。荧光粉的光谱性质和荧光寿命同实施例1中类似。
43.实施例6
44.选取磷酸氢钠、硝酸钪、磷酸氢氨、硝酸铋及硝酸钐化学品为起始原料，按照元素摩尔比na﹕sc﹕p﹕o﹕sm﹕bi＝3﹕1.84﹕3﹕12﹕0.12﹕0.04，准确称取四种原料，控制混合物总重为5克左右。5克混合物经研磨混匀后，放入刚玉坩埚，然后将坩埚放入高温电炉。精确控制升温速率，控制化合物原料分解反应速度，防止混合物从坩埚中溢出，样品在450℃预烧6小时。将预烧后的样品取出，再次研磨混匀，放入坩埚，在1150℃烧11小时，随炉冷却至室温，即可制得钐和铋离子共掺磷酸钪钠(na3sc2(po4)3:sm
3+
,bi
3+
)白光荧光粉。x射线衍射分析表明为磷酸钪钠的纯相。荧光粉的光谱性质和荧光寿命同实施例1中类似。
45.上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，如：含有钠、钪、磷、钐和铋化合物原料还可以为磷酸(氢)盐、醋酸盐和草酸盐等，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，除上述钐和铋离子共掺磷酸钪钠(na3sc2(po4)3:sm
3+
,bi
3+
)白光荧光粉外，其它的含有钠(na)、钪(sc)、磷(p)、钐(sm)和铋(bi)元素的磷酸钪钠白光荧光粉都包含在本发明的保护范围之内，如：na
1.2
sc2(po4)3:sm
3+
,bi
3+
、na
2.28
sc2(po4)3:sm
3+
,bi
3+
、na
2.63
sc2(po4)3:sm
3+
,bi
3+
、na4sc2(po4)3:sm
3+
,bi
3+
等。