一種Ce3+、Mn2+雙摻雜的磷灰石結構氮氧化物白光熒光粉及其制備方法和應用技術

本發明專利技術公開了一種Ce3+、Mn2+雙摻雜的磷灰石結構氮氧化物白光熒光粉及其制備方法和應用，該熒光粉的化學表達式為：Mg2?a?yAaY3?b?xBbSi3?cCcO11N:xCe3+,yMn2+，式中：A為Sr、Ca中的一種或兩種的組合，B為Gd、La、Sc中的一種或兩種以上的組合，C為Ge，x、y、a、b、c為各自的摩爾分數，它們的取值范圍為：0.01≤?x?≤?0.12，0.01≤?y?≤?0.?20，0≤a≤0.2，0≤b≤0.5，0≤c≤0.9。該熒光粉用于LED?光源器件中時能獲得高質量白光，可以大大簡化工藝流程，具有良好的產業化前景和應用前景。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于發光材料
，具體涉及應用于半導體照明的熒光粉，尤其是涉及一種可被近紫外LED芯片有效激發而發射白光的Ce3+、Mn2+雙摻雜的磷灰石結構氮氧化物白光熒光粉及其制備方法和應用。
技術介紹
白光LED因具有耗電量低、壽命長、環境友好、耐震動、體積小等特點，被譽為下一代照明光源。目前基于熒光粉轉換的白光LED的制造方法主要有以下三種。：藍色InGaN芯片復合黃光釔鋁石榴石(YAG:Ce3+)熒光粉。這種方法結構簡單，制作工藝要求較低，但是由于YAG熒光粉發射光譜中紅色成分不足，產生的白光色調偏冷、顯色性差，一般只能用于戶外照明光源而不宜用于室內，其用途受到極大的限制。：藍光芯片+紅、綠色熒光粉。以藍光LED芯片為基礎光源，同時激發紅色、綠色兩種熒光粉，并與未吸收的藍光混合得到白光。這種方式增加了綠光和紅光的成分，因此有效提高了顯色性，但是仍然存在發光顏色會隨驅動電壓和熒光粉涂層厚度變化的缺點。：用紫外LED芯片激發藍綠紅三種顏色的熒光粉。這種組合形式顯色指數高，能發出暖白光。但是由于不同熒光粉之間發射能量的再吸收，使得其發光顏色不穩定，且流明效率很低。另外，在實現白光過程中需要考慮各種熒光粉的配比，工藝繁瑣。因此制備出能發白光的單一基質熒光粉，可以克服上述混合熒光粉的不足，對于提高白光質量、簡化生產工藝流程都具有重要意義。可被紫外光激發的單一基質白光熒光粉主要有兩種類型即單一發光離子多格位型和多種發光離子共摻型。單一發光離子多格位型熒光粉因發光離子占據不同格位，可以發射出藍光和黃光兩種光，從而復合形成白光。但因為只有一種激活劑,兩種格位的發光比例不易控制，導致顏色調控上難以實現。多種發光離子共摻型單一基質白光熒光粉的難點在于選擇合適的發光中心離子和熒光粉基質，以便在單一紫外光波長激發下獲得藍綠紅等多色發光。開發一種顏色可調、熱穩定性高、制備過程簡單的單一基質白光熒光粉具有廣闊前景。
技術實現思路
針對現有技術中存在的上述問題，本專利技術的目的在于提供一種用于白光LED的、可被近紫外光激發的具有磷灰石結構的Ce3+、Mn2+雙摻雜的磷灰石結構氮氧化物白光熒光粉及其制備方法和應用。所述的一種Ce3+、Mn2+雙摻雜的磷灰石結構氮氧化物白光熒光粉，其特征在于所述熒光粉的化學表達式為：Mg2-a-yAaY3-b-xBbSi3-cCcO11N:xCe3+,yMn2+式中：A為Sr、Ca中的一種或兩種的組合，B為Gd、La、Sc中的一種或兩種以上的組合，C為Ge，x、y、a、b、c為各自的摩爾分數，它們的取值范圍為：0.01≤x≤0.12，0.01≤y≤0.20，0≤a≤0.2，0≤b≤0.5，0≤c≤0.9。所述的一種Ce3+、Mn2+雙摻雜的磷灰石結構氮氧化物白光熒光粉，其特征在于0.03≤x≤0.09，0.03≤y≤0.15。所述的一種Ce3+、Mn2+雙摻雜的磷灰石結構氮氧化物白光熒光粉，其特征在于A為Ca，B為La或Gd，C為Ge。所述的Ce3+、Mn2+雙摻雜的磷灰石結構氮氧化物白光熒光粉，其特征在于所述熒光粉的化學表達式：Mg2-yY3-xSi3O11N:xCe3+,yMn2+。所述的Ce3+、Mn2+雙摻雜的磷灰石結構氮氧化物白光熒光粉的制備方法，其特征在于包括以下步驟：1）按所述的化學表達式Mg2-a-yAaY3-b-xBbSi3-cCcO11N:xCe3+,yMn2+中的各元素的化合物為原料，按該化學表達式中的各元素的摩爾比例分別稱取相應質量的各原料，將各原料固體粉末研磨混勻得前驅體；2）將步驟1）的前驅體放在還原性氣氛中，升溫至900℃～1500℃溫度下焙燒1~5次，得到最終焙燒產物；每次焙燒時間為5~24小時，每兩次焙燒之間冷卻到室溫進行研磨處理，最后一次焙燒在還原性氣氛下進行，所述還原性氣氛為含5-10v%氫氣的氮氣混合氣或含5-10v%一氧化碳的氮氣混合氣；3）將步驟2)得到的最終焙燒產物經破碎、磨細、粒徑分級，并經洗滌除雜、烘干即制得所述的Ce3+、Mn2+雙摻雜的磷灰石結構氮氧化物白光熒光粉。所述的Ce3+、Mn2+雙摻雜的磷灰石結構氮氧化物白光熒光粉的制備方法，其特征在于步驟2）的前驅體放在還原性氣氛中焙燒1~2次。所述的Ce3+、Mn2+雙摻雜的磷灰石結構氮氧化物白光熒光粉的制備方法，其特征在于步驟2）升溫至900℃～1500℃的升溫速率為5℃/min～20℃/min。所述的Ce3+、Mn2+雙摻雜的磷灰石結構氮氧化物白光熒光粉的制備方法，其特征在于步驟2）中研磨在瑪瑙研缽或球磨機中進行。所述的Ce3+、Mn2+雙摻雜的磷灰石結構氮氧化物白光熒光粉的制備方法，其特征在于步驟3）中最終焙燒產物采用手工破碎后再以球磨方式使燒結體的顆粒尺寸磨細，經沉降法、篩分法或氣流法分級，取粒度為3~10微米的固體粉末，用水或甲醇洗滌1-4次，過濾分離出固相，于110℃~130℃烘干2-6h。所述的Ce3+、Mn2+雙摻雜的磷灰石結構氮氧化物白光熒光粉在白光LED中的應用。本專利技術中熒光粉的原料為分別含化學表達式中的各元素的化合物，可根據化學表達式中含有的各種元素選取含有該元素的化合物作為原料，具體的，所述含Mg、Ca、Sr、Mn的化合物為各自對應的氧化物、碳酸鹽、氫氧化物或硝酸鹽；含Y、Gd、La、Sc或Ce的化合物為各自對應的氧化物、碳酸鹽或硝酸鹽；含Si、Ge的化合物為各自對應的氧化物和氮化物。與現有技術相比，本專利技術的有益效果如下：1）本專利技術得到的Ce3+、Mn2+雙摻雜的磷灰石結構氮氧化物白光熒光粉，用于LED光源器件中時，可在被近紫外光激發情況下，在可見波段能夠發射兩個寬發射峰，即具有藍光和黃橙光兩個發射峰，在單一基質中實現了白光發射；由于發射峰峰寬較寬，為390nm–720nm，覆蓋了整個可見光區域，顯色性高，兩個發射峰主波長分別位于440nm、590-6050nm，將上述熒光粉與355nm紫外光芯片封裝成LED，所得白光LED色溫為4800-5100K，顯色指數80-84；2）本專利技術得到的熒光粉屬于磷灰石結構氮氧化物體系，熱穩定性好，由于它僅僅使用一種熒光粉便可獲得高質量白光，可以大大簡化工藝流程，具有良好的產業化前景和應用前景。附圖說明圖1是本專利技術實施例1制得的磷灰石結構熒光粉的激發光譜和發射光譜圖；圖2是本專利技術實施例1制得的磷灰石結構熒光粉的X射線衍射譜圖。具體實施方式下面以具體實施例來對本專利技術的方案作進一步說明，但本專利技術的保護范圍不限于此。實施例1：Mg1.94Y2.94Si3O11N:0.06Ce3+，0.06Mn2+熒光粉的制備其制備方法如下：按照分子式中各元素的摩爾比，分別稱取相對應質量的MgO0.391g、Y2O31.6597g、SiO20.6759g、Si3N40.1754g、CeO20.0516g、MnCO30.0345g，以上原料純度均在99％以上。將上述原料混合物在瑪瑙研缽中，研磨均勻，裝入剛玉坩堝中，在含5v％氫氣的氮氣混合氣還原性氣氛中，以10℃/min的升溫速率升溫至900℃，焙燒6小時，冷卻至室溫。將預燒過的樣品取出再次研磨，再以10℃/min的速度升至1400℃，恒溫6小時，冷卻至室溫。得到的燒結產品經破碎后，用球磨磨細，篩分法本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種Ce3+、Mn2+雙摻雜的磷灰石結構氮氧化物白光熒光粉，其特征在于所述熒光粉的化學表達式為：Mg2?a?yAaY3?b?xBbSi3?cCcO11N:xCe3+,?yMn2+式中：A為Sr、Ca中的一種或兩種的組合，B為Gd、La、Sc中的一種或兩種以上的組合，C為Ge，x、y、a、b、c為各自的摩爾分數，它們的取值范圍為：0.01≤?x?≤?0.12，0.01≤?y?≤?0.?20，0≤a≤0.2，0≤b≤0.5，0≤c≤0.9。

【技術特征摘要】
1.一種Ce3+、Mn2+雙摻雜的磷灰石結構氮氧化物白光熒光粉，其特征在于所述熒光粉的化學表達式為：Mg2-a-yAaY3-b-xBbSi3-cCcO11N:xCe3+,yMn2+式中：A為Sr、Ca中的一種或兩種的組合，B為Gd、La、Sc中的一種或兩種以上的組合，C為Ge，x、y、a、b、c為各自的摩爾分數，它們的取值范圍為：0.01≤x≤0.12，0.01≤y≤0.20，0≤a≤0.2，0≤b≤0.5，0≤c≤0.9。2.根據權利要求1所述的一種Ce3+、Mn2+雙摻雜的磷灰石結構氮氧化物白光熒光粉，其特征在于0.03≤x≤0.09，0.03≤y≤0.15。3.根據權利要求1所述的一種Ce3+、Mn2+雙摻雜的磷灰石結構氮氧化物白光熒光粉，其特征在于A為Ca，B為La或Gd，C為Ge。4.根據權利要求1所述的Ce3+、Mn2+雙摻雜的磷灰石結構氮氧化物白光熒光粉，其特征在于所述熒光粉的化學表達式：Mg2-yY3-xSi3O11N:xCe3+,yMn2+。5.一種如權利要求1所述的Ce3+、Mn2+雙摻雜的磷灰石結構氮氧化物白光熒光粉的制備方法，其特征在于包括以下步驟：1）按所述的化學表達式Mg2-a-yAaY3-b-xBbSi3-cCcO11N:xCe3+,yMn2+中的各元素的化合物為原料，按該化學表達式中的各元素的摩爾比例分別稱取相應質量的各原料，將各原料固體粉末研磨混勻得前驅體；2）將步驟1）的前驅體放在還原性氣氛中，升溫至90...

【專利技術屬性】
技術研發人員：潘再法，李偉強，陳加成，張露露，鄭遺凡，
申請(專利權)人：浙江工業大學，
類型：發明
國別省市：浙江;33