发光增强的硅基氮化物荧光粉及其制备方法技术

本发明专利技术涉及发光增强的硅基氮化物荧光粉及其制备方法，属于发光技术领域。发光增强的硅基氮化物荧光粉，其化学式为M2‑x‑zLnxSi5‑yAlyN8:zCe

Luminescent Enhanced Silicon-based Nitride Phosphor and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
发光增强的硅基氮化物荧光粉及其制备方法
本专利技术涉及发光增强的硅基氮化物荧光粉及其制备方法，属于发光

技术介绍
LED与白炽灯、荧光灯等常规照明光源相比具有亮度高、能耗小、体积小、寿命长等诸多优势，被认为是21世纪绿色光源。蓝光LED芯片和黄色荧光粉组成白光LED是目前主流的照明设计方案，在该方案中荧光粉起到了重要的作用，其蓝光激发下的发光亮度、发光波长、粒度等性能对最终的白光LED光源的品质影响很大。目前白光LED用黄色荧光粉中，YAG：Ce黄色荧光粉是此方案中最常用的一种荧光粉，但是其发光强度较低。武文杰在《CaAlSiN3:Ce3+氮化物的晶体结构及发光性能的研究》一文中，制备了Ca1-xAlSiN3:xCe3+黄色荧光材料，但是该黄色荧光材料的发光强度仍然较低，且原材料及制备成本较高。另外，该文献还公开了Ca1-2xLixAlSiN3:xCe3+荧光粉，其发光强度大约是Ca1-xAlSiN3:xCe3+荧光粉的1.7倍，该材料是利用Li+进行电荷补偿后提升发光强度。但是该方法电荷补偿的提升作用比较有限，且高温下的Li+含量很难确定。因此，研制出易制备、且品质高的白光LED用黄色荧光粉具有很大的经济价值和社会效益。
技术实现思路
本专利技术要解决的第一个技术问题是提供一种发光强度较高的硅基氮化物黄色荧光粉。发光增强的硅基氮化物荧光粉，其化学式为M2-x-zLnxSi5-yAlyN8:zCe3+；其中，M为Ca、Sr和Ba中的至少一种；Ln为Y、La和Gd中的至少一种；x、y、z为元素摩尔分数，0.02≤x≤0.4；0.02≤y≤0.4；0.01≤z≤0.16。本专利技术的x、y、z值需在上述范围内。若x与y值超过上限，原M2Si5N8氮化物结构将会被破坏，出现Ln与Al的杂相。z超过上限后，因浓度猝灭作用其发光强度将大幅减少。优选的，所述的发光增强的硅基氮化物荧光粉：0.1≤x≤0.4；0.02≤y≤0.4；0.01≤z≤0.08；更优选的：0.1≤x≤0.4；0.1≤y≤0.4；0.01≤z≤0.08；进一步优选的：x＝0.4；y＝0.4；z＝0.08。优选的：M为Sr或Ca；Ln为La或Gd；更优选的，M为Sr；Ln为Gd。本专利技术还提供发光增强的硅基氮化物荧光粉的制备方法。发光增强的硅基氮化物荧光粉的制备方法，按以下步骤进行：a、按所述发光增强的硅基氮化物荧光粉的化学式组成称取相应的原料，将原料、含碳材料与润湿剂混匀，得到混合浆料；其中，将原料、含碳材料与润湿剂粉碎混匀，可以采用研磨的方式使其形成均匀的混合物；b、将混合浆料在真空下干燥，得到粉料；再将粉料置于氮气气氛下，在1300～1600℃温度下还原氮化2～6h，得到M2-x-zLnxSi5-yAlyN8:zCe3+荧光粉。其中，粉料可以装在石墨坩埚中，再放入通入氮气的感应炉进行反应。优选的，步骤a中，所述的原料中，含元素M的原料为碳酸钙、碳酸锶或碳酸钡。优选的，步骤a中，所述的原料中，含元素Ln的原料为氧化钇、氧化镧或氧化钆。优选的，步骤a中，所述的原料中，含Si的原料为氮化硅；含Al的原料为氮化铝；所述含Ce原料为氧化铈。本专利技术用碳热还原氮化法使用的原料基本都是金属氧化物类原料，相比金属氮化物原料，既稳定易操作，又具有较低的成本。本专利技术的制备方法为碳热还原法，传统的碳热还原氮化法使用的都是碳粉为碳源，很难控制碳粉用量，造成了大量的碳残留，影响荧光粉性能。本专利技术优选采用有机碳源，高温中既可以形成气态还原环境，避免碳残留，又比H2还原剂成本低。更优选的，有机碳源为葡萄糖；优选的，步骤a中，有机碳源中的碳与含元素M的原料的摩尔比为：6～30:1。优选的，步骤a中：所述润湿剂为无水乙醇；优选的，无水乙醇的用量为原料和含碳材料总体积的40～80％。优选的，步骤b中：氮气流量为0.1L/min～1L/min。优选的，干燥温度为60～100℃，时间为2～6h。优选的，还原氮化温度为1500℃，时间为3h。本专利技术的有益效果：1、本专利技术是在M2Sr5N8结构基础上，利用Ln3+/Al3+对M2+/Si4+的共同部分取代，来提高黄色荧光粉的发光强度。该双取代模式既可以保持晶体的正负电性平衡，又能一定程度改变发光中心Ce3+的晶体场环境，改善其发光强度。2、本专利技术的制备方法中使用低温气态化的有机碳源，既可以形成气态还原环境，避免碳残留，又比H2还原剂成本低。附图说明图1为实施例1产品的XRD图；图2为实施例1产品的发射光谱图；图3为实施例2产品的XRD图；图4为实施例2产品的发射光谱图；图5为实施例3产品的XRD图；图6为实施例3产品的发射光谱图；图7为实施例4产品的XRD图；图8为实施例4产品的发射光谱图。具体实施方式本专利技术要解决的第一个技术问题是提供一种发光强度较高的硅基氮化物黄色荧光粉。发光增强的硅基氮化物荧光粉，其化学式为M2-x-zLnxSi5-yAlyN8:zCe3+；其中，M为Ca、Sr和Ba中的至少一种；Ln为Y、La和Gd中的至少一种；x、y、z为元素摩尔分数，0.02≤x≤0.4；0.02≤y≤0.4；0.01≤z≤0.16。本专利技术的x、y、z值需在上述范围内。若x与y值超过上限，原M2Si5N8氮化物结构将会被破坏，出现Ln与Al的杂相。z超过上限后，因浓度猝灭作用其发光强度将大幅减少。为了提高黄色荧光粉的发光强度，优选的，所述的发光增强的硅基氮化物荧光粉：0.1≤x≤0.4；0.02≤y≤0.4；0.01≤z≤0.08；更优选的：0.1≤x≤0.4；0.1≤y≤0.4；0.01≤z≤0.08；当x＝0.4；y＝0.4；z＝0.08时，荧光粉的发光强度最高。为了提高黄色荧光粉的发光强度，优选的：M为Sr或Ca；Ln为La或Gd；更优选的，M为Sr；Ln为Gd。本专利技术还提供发光增强的硅基氮化物荧光粉的制备方法。发光增强的硅基氮化物荧光粉的制备方法，按以下步骤进行：a、按所述发光增强的硅基氮化物荧光粉的化学式组成称取相应的原料，将原料、含碳材料与润湿剂混匀，得到混合浆料；其中，将原料、含碳材料与润湿剂混匀，可以采用研磨的方式使其形成均匀的混合物；b、将混合浆料在真空下干燥，得到粉料；再将粉料置于氮气气氛下，在1300～1600℃温度下还原氮化2～6h，得到M2-x-zLnxSi5-yAlyN8:zCe3+荧光粉。其中，粉料可以装在石墨坩埚中，再放入通入氮气的感应炉。优选的，步骤a中，所述的原料中，含元素M的原料为碳酸钙、碳酸锶或碳酸钡。优选的，步骤a中，所述的原料中，含元素Ln的原料为氧化钇、氧化镧或氧化钆。优选的，步骤a中，所述的原料中，含Si的原料为氮化硅；含Al的原料为氮化铝；所述含Ce原料为氧化铈。本专利技术用碳热还原氮化法使用的原料基本都是金属氧化物类原料，相比金属氮化物原料既稳定易操作，又具有较低的成本。本专利技术的制备方法为碳热还原法，传统的碳热还原氮化法使用的都是碳粉为碳源，很难控制碳粉用量，造成了大量的碳残留，影响荧光粉性能。本专利技术优选采用有机碳源，高温中既可以形成气态还原环境，避免碳残留，又比H2还原剂成本低。更优选的，有机碳源为葡萄糖；优选的，步骤a中，有机碳源中的碳与含元素M的原料的摩尔比为：6～30:1。优选的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.发光增强的硅基氮化物荧光粉，其特征在于，其化学式为M2‑x‑zLnxSi5‑yAlyN8:zCe

【技术特征摘要】
1.发光增强的硅基氮化物荧光粉，其特征在于，其化学式为M2-x-zLnxSi5-yAlyN8:zCe3+；其中，M为Ca、Sr和Ba中的一种；Ln为Y、La和Gd中的一种；x、y、z为元素摩尔分数；0.02≤x≤0.4，0.02≤y≤0.4，0.01≤z≤0.16。2.根据权利要求1所述的发光增强的硅基氮化物荧光粉，其特征在于：0.1≤x≤0.4，0.1≤y≤0.4，0.01≤z≤0.08；更优选为：x＝0.4，y＝0.4，z＝0.08。3.根据权利要求1所述的发光增强的硅基氮化物荧光粉，其特征在于：M为Sr或Ca；Ln为La或Gd；优选的，M为Sr；Ln为Gd。4.权利要求1～3任一项所述的发光增强的硅基氮化物荧光粉的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：a、按权利要求1～3任一项所述的化学式组成称取相应的原料，将原料、含碳材料与润湿剂粉碎混匀，制得混合浆料；b、将混合浆料在真空下干燥，得到粉料；再将粉料置于氮气气氛下，在1300～1600℃温度下还原氮化2～6h，得到M2-x-zLnxSi5-yAlyN8:zCe3+荧光粉。5.根据权利要求4所述的发...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文涛，周东升，严桂林，陈显飞，邱克辉，张佩聪，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：四川,51