一种过渡金属掺杂窄带发光凝胶材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种过渡金属掺杂窄带发光凝胶材料及其制备方法和应用。本发明专利技术的过渡金属掺杂窄带发光凝胶材料包括荧光组分和分散介质，所述荧光组分的化学式为A

【技术实现步骤摘要】
一种过渡金属掺杂窄带发光凝胶材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及发光材料
，更具体地，涉及一种过渡金属掺杂窄带发光凝胶材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，随着科技水平的发展，以传统无机半导体发光二极管(LED)为基础，经过微缩化和矩阵化发展而来的微型LED(Micro
‑
LED)是实现微米级像素的新型超高清显示技术，而“紫外光芯片+红/绿/蓝(RGB)三基色荧光材料”或“蓝光芯片+红/绿(RG)双色荧光材料”是推广Micro
‑
LED应用的优选手段。其主要通过高精度的图案化手段，把荧光材料原位封装在芯片表面，继而通过调控芯片和荧光材料的发光成分比例，实现器件发光颜色的转换和发光强度的调节，满足不同应用对色域及亮度的要求。因此，优质的三基色荧光材料必不可少。
[0003]现有超窄谱带发射A
x
M1‑
y
F
z
:yMn
4+
具有对近紫外/蓝光强吸收、强线谱红光发射、量子产率高、发光热猝灭不明显及接近100％的荧光色纯度等优点，是目前商用的LED红色荧光材料，被广泛应用于LED暖白光照明和液晶显示背光领域。例如，现有技术CN109294565中公开了一种高性能窄带荧光粉及其制备方法和应用，将六氟锰酸盐溶解于氢氟酸溶液中，然后与含硅化合物、含铯化合物共沉淀反应生成窄带荧光粉Cs2SiF6:Mn
4+
。
[0004]但由于A
x
M1‑
y
F
z
:yMn
4+
离子型化合物的特性，在强酸性水溶液中容易因溶解平衡而快速聚集生长变大形成大尺寸颗粒，因此通过目前已有报道合成得到的A
x
M1‑
y
F
z
:yMn
4+
多自发结晶形成几十到上百微米尺寸的颗粒，其本身呈粉末状、可塑性差，难以进行图案化涉及；而且小尺寸器件的封装手段(喷墨打印、光刻、丝网印刷)需要荧光材料具有纳米级尺寸以配合微型芯片大小(<50μm)。因此，现有A
x
M1‑
y
F
z
:yMn
4+
型荧光材料无法满足Micro
‑
LED器件封装工艺需求，迫切需要开发可塑性A
x
M1‑
y
F
z
:yMn
4+
型荧光材料。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是克服现有A
x
M1‑
y
F
z
:yMn
4+
型荧光材料颗粒尺寸大且本身可塑性差的缺陷和不足，提供一种过渡金属掺杂窄带发光凝胶材料，该发光凝胶材料包括荧光组分和分散介质，所述荧光组分由凝胶网络和未凝胶化部分组成，纳米颗粒状的未凝胶化部分可通过电作用力与凝胶网络相互转化，使得过渡金属掺杂窄带发光凝胶材料同时具备良好的可塑性和发光性能。
[0006]本专利技术的另一目的是提供一种过渡金属掺杂窄带发光凝胶材料的制备方法。
[0007]本专利技术的又一目的是提供上述过渡金属掺杂窄带发光凝胶材料在显示、照明和成像领域中的应用。
[0008]本专利技术上述目的通过以下技术方案实现：
[0009]一种过渡金属掺杂窄带发光凝胶材料，所述过渡金属掺杂窄带发光凝胶材料包括荧光组分和分散介质；
[0010]所述荧光组分的化学式为A
x
Si1‑
y
F
z
:yMn
4+
，其中A为碱金属或碱土金属元素中的一种或几种，y为掺杂Mn
4+
离子相对于Si所占的摩尔百分比，1≤x≤3，0<y≤0.1，6≤z≤7；
[0011]所述荧光组分由凝胶网络和未凝胶化部分组成，所述未凝胶化部分为纳米颗粒。
[0012]本专利技术的过渡金属掺杂窄带发光凝胶材料包括荧光组分和分散介质，所述荧光组分由凝胶网络和未凝胶化部分组成，纳米颗粒状的未凝胶化部分可以单独分散于凝胶凝胶网络中，也可以通过静电作用或离子键作用转变为凝胶网络，使得过渡金属掺杂窄带发光凝胶材料良好的发光性能、透明度和优异的可塑性，便于制备各种形状的发光图案。
[0013]具体地，填充于上述凝胶网络之中的分散介质可以为水和/或醇。
[0014]在具体实施例中，本专利技术过渡金属掺杂窄带发光凝胶材料中荧光组分的质量百分数为3％～15％。
[0015]本专利技术过渡金属掺杂窄带发光凝胶材料中荧光组分的含量影响其发光性能和可塑性，荧光组分的含量较高时虽然可以提高发光凝胶材料的发光性能，但也会相应地减少其中分散介质的含量，从而降低凝胶化部分的含量，进而降低其可塑性；同理，荧光组分含量较低时虽然可以保证发光凝胶材料具备优异的可塑性，但也会相应地降低其发光性能；而当荧光组分的质量百分数为3％～15％时，能够使得过渡金属掺杂窄带发光凝胶材料同时具备良好的发光性能和优异的可塑性。
[0016]在具体实施例中，本专利技术荧光组分中未凝胶化部分的平均粒径为60～90nm。
[0017]本专利技术荧光组分中未凝胶化部分的平均粒径为60～90nm时，不仅能够保持良好的发光性能，还可以使过渡金属掺杂窄带发光凝胶材料具备更好的透明度，而且同时具备良好的加工性能，便于其在微型发光器件中的应用。
[0018]本专利技术还保护一种过渡金属掺杂窄带发光凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：
[0019]S1.将含元素A的氟化物与硅酸酯充分反应，获得基质前驱体；
[0020]S2.将S1中的基质前驱体与含元素A的六氟合锰酸盐混合均匀反应得到胶状产物，控制反应体系的pH为3～7；
[0021]S3.将S2中的胶状产物纯化去除未反应的含元素A的六氟合锰酸盐，纯化得到过渡金属掺杂窄带发光凝胶材料。
[0022]具体地，可以将含元素A的氟化物与硅酸酯加入醇和有机酸的混合物中充分反应，获得基质前驱体；
[0023]上述过渡金属掺杂窄带发光凝胶材料的制备方法中，步骤S1中的醇提供溶胶
‑
凝胶合成反应的液相环境，而有机酸则起催化剂作用促进反应速率；S1中所述含元素A的氟化物与硅酸酯化合物的添加量需使得反应体系中氟/硅浓度比≥z的目的是使硅酸化合物完全反应，所述硅酸化合物具体可以为正硅酸乙酯。
[0024]具体地，可以将S1中的基质前驱体与含元素A的六氟合锰酸盐混合均匀后加水或水/醇混合物形成反应体系，并将反应体系的pH调为3～7研磨至其呈胶状，即获得胶状产物；
[0025]上述步骤S2中反应体系的pH需要在3～7范围内，当pH＜3时，使得反应体系酸性过强，易导致纳米颗粒状的未凝胶部分因溶解平衡而快速聚集生长变大形成大尺寸颗粒，使其可塑性大幅下降，甚至无法形成凝胶；而当pH＞7时，易导致六本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种过渡金属掺杂窄带发光凝胶材料，其特征在于，所述过渡金属掺杂窄带发光凝胶材料包括荧光组分和分散介质；所述荧光组分的化学式为A
x
Si1‑
y
F
z
:yMn
4+
，其中A为碱金属或碱土金属元素中的一种或几种，y为掺杂Mn
4+
离子相对于Si所占的摩尔百分比，1≤x≤3，0<y≤0.1，6≤z≤7；所述荧光组分由凝胶网络和未凝胶化部分组成，所述未凝胶化部分为纳米颗粒。2.如权利要求1所述过渡金属掺杂窄带发光凝胶材料，其特征在于，所述荧光组分的质量百分数为3％～15％。3.如权利要求1所述过渡金属掺杂窄带发光凝胶材料，其特征在于，所述荧光组分中未凝胶化部分的平均粒径为60～90nm。4.一种权利要求1～3任一项所述过渡金属掺杂窄带发光凝胶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.将含元素A的氟化物与硅酸酯充分反应，获得基质前驱体；S2.将S1中的基质前驱体与含元素A的六氟合锰酸盐混合均匀反应得到胶状产物，控制反应体系的pH为3～7；S3.将S2中的胶状...

【专利技术属性】
技术研发人员：王静，黄霖，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：