一种含氮铝硅化合物红色发光材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种含氮铝硅化合物红色发光材料及其制备方法，其分子式为M3‑xAlSi6N11:xEu2+，其中M为碱土金属Mg、Ga、Sr、Ba中的一种或者几种组合；0.001≤x≤0.05，其由含碱土金属M的硝酸盐化合物、Al(NO3)3、Eu(NO3)3、纳米硅溶胶或纳米氧化硅溶胶、NH4Cl作为原料制备而成。本发明专利技术具有以下优点：具有光转化效率高、结晶度好、热稳定性好、显色指数高等特点；制备工艺简单易操作，可以降低反应的温度及压力，且制备过程无环境污染；用本发明专利技术的发光材料配合其它发光材料以及紫外、近紫外或者蓝光LED可制得新型白光LED光源，或者配合紫外、近紫外或者蓝光LED制红色LED光源。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于显示屏、液晶背光、白光发光二极管、红光发光二极管、荧光灯等的含氮铝硅化合物红色发光材料及其制备方法。
技术介绍
LED作为一种新型的绿色光源产品，被称为第四代照明光源或绿色光源，相比传统的照明产品，它具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。相比传统的照明产品，LED拥有以下优势：高效节能、超长寿命、有利环保、显色性好、色彩丰富、产品外观多样化等。目前，实现白光LED照明的主流方式是利用蓝光芯片激发黄色荧光粉生成白光，其中YAG:Ce3+黄色荧光粉满足各项要求，成为与InGaN蓝光芯片组合封装的首选光转换材料。但是，此方法合成的白光由于缺少红光成分，显色指数低且色温高，不能满足建筑照明和医疗照明等领域的需要。因此需要使用长波的红色荧光粉配合，补充红光部分。传统的红色荧光粉发光材料主要是氧(硫)化物或含氧酸盐，例如Y2O3:Eu3+、YVO4:Eu3+、(Ca1-xSrx)S:Eu2+等，普遍存在易潮解、热稳定性差、发光效率低等不足，因此急需研究开发新型高效率、高热稳定性红色荧光粉发光材料。氮(氧)化物是近十年新发现和发展的一类荧光粉发光材料体系，普遍具有效率高、热稳定性好、可被紫外或者蓝光有效激发等优点目前氮(氧)化物红色发光材料的制备方法有高温固相反应法、气体还原氮化法和碳热还原氮化法以及自蔓延合成法和氨溶液法等；一般工业化上采用的是高温固相反应法。这些方法在生产过程中对原材料纯度要求高、生产工艺要求苛刻、需要在超过1700℃的超高温度、30～200MPa的高压下反应。本项目针对这些现状，以节能、安全、环保、低成本为目标，提出一种含氮铝硅化合物红色发光材料及其制备方法，并应用于工业化生产，生产出达到商业化要求的红色荧光粉发光材料；整个过程提高了原材料的收率和产品的亮度，降低了过程能耗，提高了生产过程的安全性。本专利技术采用的工艺为以碱土金属和/或碱金属、铝、铕的含氮可溶性盐，以及纳米硅或纳米氧化硅溶胶在超声搅拌的条件下溶解于纯净水中，使所有的物质达到完全混合状态；将混匀的溶液导入喷雾热解装置，在氮气气氛下通过喷雾干燥获得含氮铝硅化合物红色发光材料的纳米前驱体；将得到的纳米前驱体在1200～1500℃、常压的条件下，利用氨气或者氮气和氢气的混合气氛下通过还原煅烧得到一种高亮度的含氮铝硅的化合物红色发光材料。本工艺主要通过特殊的前驱体的制备方式达到降低最终反应温度和反应压力的要求，并且获得的发光材料结晶度好，较多呈球形或类球形颗粒。此工艺中用到的设备为常见的管式炉或者推板窑炉，设备简单，易于操作及实现工业化生产。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种亮度更高、物化性能更稳定，生产条件不苛刻的含氮铝硅化合物红色发光材料及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术所涉及的含氮铝硅化合物红色发光材料，该发光材料的化学式为M3-xAlSi6N11:xEu2+，其中M为碱土金属Mg、Ga、Sr、Ba中的一种或者几种组合；0.001≤x≤0.05。进一步地，本专利技术所述M包含Ca、Sr或Ba。本专利技术的氮氧化物红色发光材料的制备方法包括如下步骤：(1)按M3-xAlSi6N11:xEu2+的化学计量比称取含碱土金属M的硝酸盐化合物、Al(NO3)3、Eu(NO3)3，纳米硅溶胶或纳米氧化硅溶胶、以及适量的NH4Cl作为原料，在超声搅拌的条件下将上述原料溶解于适量纯净水中，并搅拌均匀；(2)将步骤(1)得到的混合溶液导入喷雾热解装置进行喷雾干燥，收集喷雾干燥产物获得含氮铝硅化合物红色发光材料的前驱体；(3)将步骤(2)得到的含氮铝硅化合物红色发光材料的前驱体于还原气氛下用固相反应法进行还原烧结，所述还原气氛为含有氮气和氢气的混合气；(4)将步骤(3)得到的烧结产物经粉碎、除杂、烘干、筛分，即得所述的含氮铝硅化合物红色发光材料。进一步地，在所述步骤(1)中，NH4Cl的添加量为固体原料质量分数的0.05％～5％，优选0.2％～3％。进一步地，在所述步骤(2)中，喷雾干燥条件为：采用高纯氮气作为载气，
氮气压力为4～9×105KPa，优选6～8×105KPa；气体流速为500～800L·h-1，优选600～700L·h-1；入口温度180～260℃，优选200～230℃；出口温度100～150℃，优选110～130℃；喷雾速度70～90mL·h-1；所得的含氮铝硅化合物红色发光材料的前驱体在氮气保护下用滤袋收集。进一步地，在所述步骤(3)中，所述含有氮气和氢气的混合气中氢气的体积百分含量为1～30％。进一步地，在所述步骤(3)中，是以4～20℃/min的升温速率将温度升至1200～1500℃后进行还原烧结，烧结时间为2～20小时。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术的制备工艺简单，无需在高温高压下反应，降低了生产的安全隐患，降低了生产成本；(2)本专利技术的原料容易购买获得和制备得到，降低了原料成本；(3)本专利技术的发光材料为氮化合物荧光粉，光转换效率高，结晶完整，物理化学性能稳定；(4)本专利技术的发光材料激发范围宽，可以被紫外、近紫外、蓝光有效激发；(5)本专利技术的发光材料制成的白光LED亮度高，显色指数高，色温范围宽；(6)发光效率好，亮度高，性能稳定的含氮铝硅化合物红色发光材料，使得该材料能在300～520nm之间有效激发，放光波长在590～690nm之间，有效弥补了白光LED的红光不足。附图说明：图1为实施例1在监测波长为625nm时的激发光谱；在激发波长为460nm时的发射光谱；图2为实施例1的扫描电镜照片；图3为实施例2的在监测波长为650nm时的激发光谱；在激发波长为460nm时的发射光谱。图4为实施例2的扫描电镜照片；图5为实施例1-11的XRD谱图。具体实施方式实施例1：Sr2.995AlSi6N11:0.005Eu2+发光材料的制备实例为了获得由组成式Sr2.995AlSi6N11:0.005Eu2+表示的化合物发光材料，按该组成式的计量比称取Sr(NO3)2、Al(NO3)3、Eu(NO3)3，纳米硅溶液、以固体原料质量分数为0.5％的NH4Cl作为助熔剂，在超声搅拌下将上述原料溶解于纯净水中，并搅拌1h，混合均匀后，导入喷雾热解装置进行喷雾干燥，喷雾干燥条件为：采用高纯氮气作为载气，氮气压力为6.5×105KPa，气体流速为700L·h-1，入口温度230℃，出口温度130℃，喷雾速度80mL·h-1；所得含氮铝硅化合物红色发光材料的纳米前驱体颗粒在氮气保护下用滤袋收集，并在氮气保护条件下转移到钼坩埚中，迅速放入管式炉中进行还原烧结，还原烧结条件为：常压下通入H2体积百分比为5％的H2/N2混合气，以10℃/min的升温速率将温度升至1450℃下后进行还原烧结，烧结时间为10小时；在通入H2/N2混合气的条件下将管式炉膛降温至100℃以下取出产物，所得烧结产物经粉碎、研磨、除杂、烘干、筛分后即得得到本专利技术的含氮铝硅化合物红色发光材料。用荧光光谱仪检测产品的发光强度以及发光光谱，用扫描电镜检测产品的粒径和形貌。本实施例的含氮铝硅化合物红色发光材料激发光谱和发射光谱如图1所示，其激发光谱较宽，可以被350本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含氮铝硅化合物红色发光材料，其特征在于：该发光材料的化学式为M3‑xAlSi6N11:xEu2+，其中M为碱土金属Mg、Ga、Sr、Ba中的一种或者几种组合；0.001≤x≤0.05。

【技术特征摘要】
1.一种含氮铝硅化合物红色发光材料，其特征在于：该发光材料的化学式为M3-xAlSi6N11:xEu2+，其中M为碱土金属Mg、Ga、Sr、Ba中的一种或者几种组合；0.001≤x≤0.05。2.一种含氮铝硅化合物红色发光材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)按M3-xAlSi6N11:xEu2+的化学计量比称取含碱土金属M的硝酸盐化合物、Al(NO3)3、Eu(NO3)3、纳米硅溶胶或纳米氧化硅溶胶、以及NH4Cl作为原料，在超声搅拌的条件下将上述原料溶解于纯净水中，并搅拌均匀；(2)将步骤(1)得到的混合溶液导入喷雾热解装置进行喷雾干燥，收集喷雾干燥产物获得含氮铝硅化合物红色发光材料的前驱体；(3)将步骤(2)得到的含氮铝硅化合物红色发光材料的前驱体于还原气氛下用固相反应法进行还原烧结，所述还原气氛为含有氮气和氢气的混合气；(4)将步骤(3)得到的烧结产物经粉碎、除杂、烘干、筛分，即得所述的含氮铝硅化合物红色发光材料。3....

【专利技术属性】
技术研发人员：李辉，唐勇，王惠璇，
申请(专利权)人：厦门科煜光电有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35