Mn制造技术

本发明专利技术涉及了一种Mn

Mn

【技术实现步骤摘要】
Mn4+掺杂的红色荧光材料及其制备方法
本专利技术属于固体发光材料领域，具体涉及一种应用于暖白光LED器照明和显示领域的Mn4+掺杂的红色荧光材料及其制备方法。
技术介绍
相较于传统白炽灯、荧光灯，新一代固态光源-半导体白色发光二极管(白光LED)具有耗电低、高效率、长寿命、小体积、绿色环保等诸多优点，广泛应用于照明、显示面板、医疗成像、军事等领域。合成白光LED的方案主要有蓝光芯片复合黄色荧光粉和近紫外芯片复合三基色荧光粉两种。目前，商用白光LED是基于InGaN蓝光LED芯片激发YAG:Ce3+黄色荧光粉获得白光，主要是由于蓝光芯片激发黄色荧光粉的LED易于调控色温，易于封装，更多的被市场所接受。但这一方案存在问题：可见红光光谱欠缺，而导致白光LED发光显色指数偏低、色温偏高，显色性差，呈现冷光特征。为了解决该问题，国内外研究人员致力于开展蓝光LED或紫外LED芯片有效激发的新型高效红光荧光材料的研发，通过在体系中加入一定量的红色荧光粉，来提高LED发光的显色指数并降低其色温，从而获得色品质量较高的暖白光LED。目前，应用于暖白光LED中的红色成分主要是以稀土离子掺杂的系列红色荧光粉，例如：硫化物体系红色荧光粉CaS:Eu2+或者SrS:Eu2+，但这类红色荧光粉存在一些问题，稳定性差，易分解，尤其在高温潮湿的环境下发光性能下降厉害，不满足使用要求。另一类极具潜力的红色荧光粉是Eu2+掺杂的氮化物和氮氧化物荧光粉，例如：M2Si5N8:Eu2+(M＝Ca,Sr,Ba)、α-SiAlON:Eu2+等，这类红色荧光粉的实验合成条件要求(高温、高压设备)极其苛刻，原料价格昂贵，不易获得。近年来，非稀土离子Mn4+激活的红色荧光粉越来越受到人们的关注，因其在紫外或蓝光激发条件下能发射出620-750nm范围内的饱和红光窄带谱，能有效提高发光效率和显色指数，还具有对黄粉和绿粉的重吸收作用较小、低廉的价格等优点。美国GE公司Setlur等人在2010年将K2TiF6:Mn4+及(Sr,Ca)3(Al,Si)O4(F,O):Ce3+荧光粉与蓝光芯片耦合，成功制得了光效为82lm/W、色温为3088K、显色指数为90的白光LED，由此引发了一股针对Mn4+掺杂氟化物A2XF6(A＝Na,K,Cs；X＝Ti,Si,Ge,Sn)荧光材料的研究热潮。Mn4+离子激活的氟化物红色荧光粉具有优异的红色发光性能，但在合成过程中需要使用到对人体健康和环境危害极大的高浓度氢氟酸，且氟化物红色荧光粉在潮湿环境下化学稳定性较差，在商业应用上具有一定的局限性。因此，寻找一种适合Mn4+掺杂发光性能好、稳定性好、易制备、成本低廉的红色荧光粉基质材料变得至关重要。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种Mn4+掺杂的红色荧光材料及其制备方法，该红色荧光材料具有优异的发光性能，能够增强白光LED的显色指数和化学稳定性。为达到上述目的，本专利技术提供了一种Mn4+掺杂的红色荧光材料，其特征在于，其化学通式为(Mg1-yAy)2(Ti1-zBz)1-xO4:xMn4+；其中，A＝Ca，Sr，Ba；B＝Zr，Si；0.01at％≤x≤1.0at％，0≤y≤5at％，0≤z≤10at％；其发光中心为非稀土离子Mn4+。在该化合物体系中，发光中心为非稀土离子Mn4+，Mn4+取代Ti4+和Zr4+或者Si4+离子格位，形成[MnO6]八面体。此材料晶体结构属于立方晶系。所述的Mn4+掺杂的红色荧光材料可被280nm-550nm紫外、蓝光有效激发，发射出630nm-730nm的红光。优选地，所述的y＝0，B＝Zr，即所述的Mn4+掺杂的红色荧光材料的化学通式为Mg2(Ti1-zZrz)1-xO4:xMn4+；其中，0.01at％≤x≤1.0at％，0≤z≤10at％。本专利技术还提供了上述Mn4+掺杂的红色荧光材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)按化学通式(Mg1-yAy)2(Ti1-zBz)1-xO4:xMn4+(A＝Ca，Sr，Ba；B＝Zr，Si)，其中0.01at％≤x≤1.0at％，0≤y≤5at％，0≤z≤10at％；分别选取含镁的化合物原料、含钙的化合物原料、含锶的化合物原料、含钡的化合物原料、含钛的化合物原料、含锆的化合物原料、含硅的化合物原料、及含锰的化合物原料；根据方程式中的的各物质摩尔比进行准确称取原料并加入助熔剂，在玛瑙研钵中研磨使其混合均匀得到前驱体；(2)将研磨均匀的前驱体装入氧化铝坩埚，然后加盖放置于马弗炉中，然后在空气气氛下升温至600-900℃进行预烧结，保温2-8h；(3)将步骤(2)预烧结的样品取出，置于玛瑙研钵中研磨混匀后，再次装入氧化铝坩埚中，并在空气气氛中，于1100℃-1450℃的条件下煅烧3～24h，最后得到Mn4+掺杂的红色荧光材料。优选地，所述步骤(1)中，所述含镁元素的化合物原料为氧化镁、碳酸镁、硫酸镁、氢氧化镁、硝酸镁、草酸镁或者醋酸镁中的一种或两种以上的组合；所述含钙元素的化合物原料为氧化钙、碳酸钙、硫酸钙、氢氧化钙、硝酸钙、草酸钙或者醋酸钙中的一种或两种以上的组合；所述含锶元素的化合物原料为氧化锶、碳酸锶、硫酸锶、氢氧化锶、硝酸锶、草酸锶或者醋酸锶中的一种或两种以上的组合；所述含钡元素的化合物原料为氧化钡、碳酸钡、硫酸钡、氢氧化钡、硝酸钡、草酸钡或者醋酸钡中的一种或两种以上的组合；所述含钛元素的化合物原料为氧化钛、氢氧化钛、硫酸钛或者硝酸钛中的一种或两种以上的组合；所述的含有锆元素的化合物原料为氧化锆、氢氧化锆、硫酸锆或者硝酸锆中的一种或两种以上的组合；所述的含有硅元素的化合物原料为二氧化硅、硅酸中的一种或两种组合；所述含锰的化合物为二氧化锰、氧化锰、碳酸锰或者氧化亚锰中的任意一种。优选地，步骤(1)中，所述助熔剂选自氟化铵、氟化钠、氟化锂、氟化钙、氟化钡、硼酸、三氧化二硼、碳酸锂或者碳酸钠中的一种或两种以上的组合；所述助熔剂的含量为前驱体总质量的0.1wt％-10wt％。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术的Mn4+掺杂的红色荧光材料，在紫外与蓝光区域有强而宽的吸收，经紫外或蓝光激发能发射出红色的窄带线状光谱。本专利技术采用廉价原料与非稀土激活离子，在保证样品纯相的条件下加入适量的助熔剂，降低合成温度，最终获得化学性质稳定、发光性能好的红色荧光粉。本专利技术以反尖晶石结构化合物为基质，Mn4+作为激活剂，不采用贵重原料如稀土、锗及镓等元素，且原料及最终产物均不含氟等有害物质。该红色荧光材料在紫外与蓝光(280-550nm)之间具有强而宽吸收，在紫外光或蓝光激发条件下，发射出强的窄带红光光谱(630-730nm)，适用于紫外或蓝光LED芯片激发的暖白光LED器照明和显示领域。该红色荧光材料具有发光性能好、稳定性好、易制备、无污染、成本低廉、适合工业化生产等优点。本专利技术的Mn4+掺杂的红色荧光材料相对于其他体系基质材料，在Mg2TiO4基质中引入Zr4+，使得Mg2TiO4的结构发生扭曲，并增强光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Mn

【技术特征摘要】
1.一种Mn4+掺杂的红色荧光材料，其特征在于，所述的Mn4+掺杂的红色荧光材料的化学通式为(Mg1-yAy)2(Ti1-zBz)1-xO4:xMn4+，其中，A＝Ca，Sr，Ba；B＝Zr，Si；0.01at％≤x≤1.0at％，0≤y≤5at％，0≤z≤10at％；其发光中心为非稀土离子Mn4+。


2.如权利要求1所述的Mn4+掺杂的红色荧光材料，其特征在于，所述的y＝0，B＝Zr，即所述的Mn4+掺杂的红色荧光材料的化学通式为Mg2(Ti1-zZrz)1-xO4:xMn4+；其中，0.01at％≤x≤1.0at％，0≤z≤10at％。


3.权利要求1或2所述的Mn4+掺杂的红色荧光材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按化学通式(Mg1-yAy)2(Ti1-zBz)1-xO4:xMn4+(A＝Ca，Sr，Ba；B＝Zr，Si)，其中0.01at％≤x≤1.0at％，0≤y≤5at％，0≤z≤10at％；分别选取含镁的化合物原料、含钙的化合物原料、含锶的化合物原料、含钡的化合物原料、含钛的化合物原料、含锆的化合物原料、含硅的化合物原料、及含锰的化合物原料；根据方程式中的的各物质摩尔比进行准确称取原料并加入助熔剂，在玛瑙研钵中研磨使其混合均匀得到前驱体；
(2)将研磨均匀的初始料装入氧化铝坩埚，然后加盖放置于马弗炉中，然后在空气气氛下升温至600-900℃进行预烧结，保温2-8h；
(3)将步骤(2)预烧结的样...

【专利技术属性】
技术研发人员：张彦，袁军平，徐家跃，田甜，储耀卿，申慧，罗宽宽，黄礼武，余枭，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：上海;31