一种四价锰离子掺杂的氟钪酸钡红光材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种四价锰离子掺杂的氟钪酸钡红光材料及其制备方法。该材料以Ba3Sc2F12为基质，以Mn

【技术实现步骤摘要】
一种四价锰离子掺杂的氟钪酸钡红光材料及其制备方法
本专利技术涉及发光材料，特别是涉及一种能用于白光LED的红光材料；具体涉及一种激发波长位于蓝光区域，发射波长位于红光区域的四价锰离子掺杂的氟钪酸钡发光材料及其制备方法。
技术介绍
与传统光源相比，半导体白光LED因具有优良特性，如节能、光可调、耐振动、不易损坏、瞬时启动、无闪频、使用寿命长等，日益受到人们的青睐。市场上主导白光LED产品是由黄色荧光粉YAG:Ce与蓝光LED封装而成的黄蓝二色白光LED，在该LED结构中，GaN芯片的电致蓝光(450～470nm)激发荧光粉YAG:Ce，产生550nm的黄光，而芯片本身的电致蓝光与荧光粉的黄光互补成白光。由于此类白光LED光谱中缺少红光成分，使其色温偏高，无法得到低色温(2700-3000K)的白光，显色指数偏低，无法得到高显色(Ra>90)的暖白光，即颜色还原能力差，照在物体上会失真，无法满足室内照明要求。人们为通过改善红色荧光粉在蓝色区域的激发，带来提高白色LED灯的显色指数，但是效果不明显，在红移发射带的同时，牺牲了发光强度[参见文献Y.X.Pan,M.M.Wu,Q.Su,“TailoredphotoluminescenceofYAG:Cephosphorthroughvariousmethods”,J.Phys.Chem.Solid.65(2004)845]。Eu2+掺杂氮化物的红色荧光粉的制备因为其蓝光区域的高量子效率和强吸收，成为目前主要的商业红粉[参见文献X.Q.Piao,T.Horikawa,H.Hanzawa,K.Machida,“CharacterizationandluminescencepropertiesofSr2Si5N8:Eu2+phosphorforwhitelight-emitting-diodeillumination”,Appl.Phys.Lett.88(2006)161908.Y.Q.Li,DeWithG,H.T.Hintzen,“TheeffectofreplacementofSrbyCaonthestructuralandluminescencepropertiesofthered-emittingSr2Si5N8:Eu2+LEDconversionphosphor”,J.SolidStateChem.181(2008)515-524.]。然而，氮化物荧光粉的稀缺及混料与制备的全过程需避水避氧，条件苛刻，使得氮化物红光材料的价格高昂。近年来，一类由掺杂Mn4+的八面体复合碱金属氟化物组成的红色荧光粉引起了科研人员广泛的兴趣，因为其在白光LED灯的潜在应用上有优异的光致发光特性[参见文献Y.K.Xu,S.Adachia,“PropertiesofNa2SiF6:Mn4+andNa2GeF6:Mn4+redphosphorssynthesizedbywetchemicaletching”,J.Appl.Phys.105(2009)013525.S.Adachia,T.Takahashi,“DirectsynthesisandpropertiesofK2SiF6:Mn4+phosphorbywetchemicaletchingofSiwafer”,Appl.Phys.104(2008)023512.XiL,PanY,ChenX,HuangS,WuM.OptimizedphotoluminescenceofredphosphorNa2SnF6:Mn4+asredphosphorintheapplicationin“warm”whiteLEDs.JAmCeramSoc.2017；100:2005–2015]。然而，为了合成这些红色碱金属氟化物荧光粉，需要应用高纯度硅或金属(锆、锗和钛)，还要解决氧化腐蚀的问题(因溶液中含有大量的HF和KMnO4)，并且产物中的锰氧化合物会对发光效率造成影响。在复合氟化物中掺杂Mn4+合成红色荧光粉A2XF6:Mn4+(A为钾或者钠；X为硅、钛、锗或者锆)和BaXF6:Mn4+(X为硅或者钛)具有宽吸收带，这与GaN芯片的电致发光带所重叠，并且大斯托克斯位移和尖发射峰可表明，因为它们比掺杂Eu2+氮化物更为合适，因为当它们与荧光粉YAG:Ce混合时产生的重吸收很少。从涂LED管实验发现，这些材料适合于提高二基色白光LED的显色指数以及降低色温。由此可见，在YAG-GaNLED中加入红光材料能有效补充了LED中的红光成份，从而得到适合室内照明的暖白光。但此类红光材料的制备需要用到价格较贵的金属单质(如钛、锗、硅等)为原料，本身对于金属单质的提炼时，在工业中就极其耗能且对合成设备有较高的要求，不利于大规模工业生产。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种能高效吸收GaN芯片蓝光，并发射红光的无机白光LED用红光材料及其制备方法。本专利技术的目的通过如下技术方案实现：一种四价锰离子掺杂的氟钪酸钡红光材料的，该材料以Ba3Sc2F12为基质，以Mn4+作为激活剂，化学组成为Ba3Sc2F12:Mn4+。通过溶解-扩散-取代-结晶过程，在常温或水热条件下，均可实现Mn4+部分取代Sc3+，成为发光中心，发射出Mn4+的特征红光。所述红光材料为淡黄色晶体颗粒，发光均匀，最大激发波长在蓝光区域，能有效吸收白光LED蓝光，发射波长位于红光区域，能补充LED中缺少的红光成分。具体是，该铵盐红光材料的激发光谱由2个分别位于363nm与466nm宽带组成，最大激发带位于466nm，正与蓝光LED芯片的电致发光波长匹配。发射光谱由三组分别位于615nm、632nm、650nm的尖峰组成，最高峰位于632nm。该材料可补充白光LED中缺少的红分成份，以提高白光LED显色指数。所述一种四价锰离子掺杂的氟钪酸钡红光材料的制备方法：以Sc2O3为钪源、以BaF2为钡源、以K2MnF6为激活离子锰源，HF水溶液为介质及氟化剂。制备时，将Sc2O3固体置于塑料容器中，然后加HF水溶液，及固体Ba(NO3)2和K2MnF6，在常温反应一定时间，抽滤，自然晾干，得到结晶完好的产品。产品不含稀土，制备方法简单，无需高温烧结，适于工业生产。优选地，所述HF水溶液质量浓度为15～25wt％。优选地，所述K2MnF6在反应体系中的摩尔浓度为0.1～0.8％(相对于Sc3+)。优选地，所述反应的温度为常温至100℃。优选地，所述反应的时间为3～8小时。相对于现有技术，本专利技术具有如下优点和效果：1)本专利技术与商业氮化物红粉相比相比，制备过程无需避水避氧，成本远低于商业氮化物红粉。2)本专利技术与已专利技术的Mn4+红光材料相比，不含碱金属，使基质稳定性高3)本专利技术Ba3Sc2F12:Mn4+红光材料产品成分简单，不含稀土，制备方法简单，无需高温烧结，适于规模化工业生产，具有显著的生产优势。附图说明图1为实施例1产物的X射线衍射(XRD)图；其中图中(a)为Ba3Sc2F12:+的XRD标准卡片数据；(b)为实施例1中合成的产品Ba3Sc2F12:Mn4+的XRD图；图2为实施例1中合成的产品Ba3Sc2F12:Mn4+的激发光谱；a：监测波长为630nm)与发射光谱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种四价锰离子掺杂的氟钪酸钡红光材料，其特征在于：该材料以Ba3Sc2F12为基质，以Mn4+作为激活剂，化学组成为Ba3Sc2F12:Mn4+。

【技术特征摘要】
1.一种四价锰离子掺杂的氟钪酸钡红光材料，其特征在于：该材料以Ba3Sc2F12为基质，以Mn4+作为激活剂，化学组成为Ba3Sc2F12:Mn4+。2.根据权利要求1所述的一种四价锰离子掺杂的氟钪酸钡红光材料，其特征在于：Mn4+部分取代Ba3Sc2F12中的Sc3+成为发光中心，Mn4+的摩尔掺杂浓度为Sc3+的0.01～1.0％。3.根据权利要求1所述的一种四价锰离子掺杂的氟钪酸钡红光材料，其特征在于：该氟钪酸钡红光材料为淡黄色晶体颗粒，发光均匀，最大激发波长在蓝光区域，能有效被GaN蓝光芯片激发，发射波长位于红光区域，能补充LED中缺少的红光成分。4.一种如权利要求1-3之一所述的四价锰离子掺杂的氟钪酸钡红光材料的制备方法，其特征在于：将Sc2O3固体...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘跃晓，董新龙，杨翱杰，蒋梦千，李轶倩，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33