[0031] 下面结合具体实施例对本发明作进一步分析。
[0032] 一种Ce3+掺杂的硅酸盐绿色荧光粉,其化学通式为:KBaScSi2O7:xmol%Ce3+,其中x3+ 3+
为掺杂的Ce 离子的摩尔百分数,0.5≤x≤20。通过调节Ce 的掺杂浓度,可以获得高亮度、高效率的宽带绿光发射。
[0033] 上述一种Ce3+掺杂的绿色硅酸盐荧光粉的制备方法,采用高温固相法,其基本步骤如下:
[0034] 步骤(1)、按化学通式KBaScSi2O7:xmol%Ce3+中对应元素的化学计量比称取各原料:含有钾离子的化合物、含有钡离子的化合物、含有钪离子的化合物、含有硅离子的化合3+
物、含有铈离子的化合物;其中x为掺杂的铈离子Ce 的摩尔百分数,0.5≤x≤20;
[0035] 步骤(2)、将步骤(1)得到的混合物充分研磨,待研磨均匀后置于坩埚中,在空气气氛下进行预烧,得到预烧后的混合物;
[0036] 作为优选,所述预烧温度为500‑1000℃,时间为2‑24小时;
[0037] 步骤(3)、将步骤(2)预烧后的混合物自然冷却至室温,充分研磨均匀后,在还原气氛下煅烧得到硅酸盐基绿色荧光粉;
[0038] 作为优选,所述煅烧温度为1050‑1550℃,时间为2‑12小时,
[0039] 作为优选,步骤(1)中含有钾离子K+的化合物为K2CO3、KHCO3、K2O中的一种或多种,2+ 3+
含有钡离子Ba 的化合物为BaCO3、BaO中的一种或两种,含有钪离子Sc 的化合物为Sc2O3、
4+ 3+
Sc(NO3)3中的一种或两种,含有硅离子Si 的化合物为SiO2,含有铈离子Ce 的化合物为CeO2。
[0040] 作为优选,步骤(3)中还原气氛为以下任意一种:①由活性碳或者碳粒燃烧得到;②纯氢气;③氮氢混合气体,其中氢气和氮气体积比为(5:95)~(95:5)。
[0041] 下面结合下述实施例旨在说明本发明,任何在本发明基础上做出的改进和变化均在本发明的保护范围之内。
[0042] 实施例1:制备KBaScSi2O7:0.5mol%Ce3+
[0043] 按化学式KBaScSi2O7:0.5mol%Ce3+中各元素的化学计量比,分别称取K2CO3: 0.1380g,BaCO3:0.3947g,Sc2O3:0.1379g,SiO2:0.2400g,CeO2:0.00172g,置于玛瑙研钵中充分研磨,待研磨均匀后置于坩埚中,在空气气氛下预烧,预烧温度为800℃,时间为6小时,自然冷却至室温后,将预烧后的粉末样品充分研磨均匀后,在还原气氛下煅烧,煅烧温度为
3+
1250℃,时间为4小时,得到目标产物KBaScSi2O7:0.5mol%Ce 。
[0044] 参见附图1中的a,是按本实施例方案制备的荧光粉样品的X射线衍射图谱。结果表明,所制备的材料主相为KBaScSi2O7。
[0045] 按本实施例方案制备的荧光粉样品的激发光谱、发射光谱、CIE图、热稳定性能与实施例5相似,半高宽高达122nm,量子效率达到了55.9%。
[0046] 实施例2:制备KBaScSi2O7:1.0mol%Ce3+
[0047] 按化学式KBaScSi2O7:1.0mol%Ce3+中各元素的化学计量比,分别称取K2CO3: 0.1380g,BaCO3:0.3947g,Sc2O3:0.1379g,SiO2:0.2400g,CeO2:0.00344g,置于玛瑙研钵中充分研磨,待研磨均匀后置于坩埚中,在空气气氛下预烧,预烧温度为750℃,时间为8小时,自然冷却至室温后,将预烧后的粉末样品充分研磨均匀后,在还原气氛下煅烧,煅烧温度为
3+
1200℃,时间为6小时,得到目标产物KBaScSi2O7:1.0mol%Ce 。
[0048] 参见附图1中的b,是按本实施例方案制备的荧光粉样品的X射线衍射图谱。结果表明,所制备的材料主相为KBaScSi2O7。
[0049] 按本实施例方案制备的荧光粉样品的激发光谱、发射光谱、CIE图、热稳定性能与实施例5相似,半高宽高达124nm,量子效率达到了57.4%。
[0050] 实施例3:制备KBaScSi2O7:1.5mol%Ce3+
[0051] 按化学式KBaScSi2O7:1.5mol%Ce3+中各元素的化学计量比,分别称取K2CO3: 0.1380g,BaCO3:0.3947g,Sc2O3:0.1379g,SiO2:0.2400g,CeO2:0.00516g,置于玛瑙研钵中充分研磨,待研磨均匀后置于坩埚中,在空气气氛下预烧,预烧温度为700℃,时间为10小时,自然冷却至室温后,将预烧后的粉末样品充分研磨均匀后,在还原气氛下煅烧,煅烧温度为
3+
1150℃,时间为8小时,得到目标产物KBaScSi2O7:1.5mol%Ce 。
[0052] 参见附图1中的c,是按本实施例方案制备的荧光粉样品的X射线衍射图谱。结果表明,所制备的材料主相为KBaScSi2O7。
[0053] 按本实施例方案制备的荧光粉样品的激发光谱、发射光谱、CIE图、热稳定性能与实施例5相似,半高宽高达125nm,量子效率达到了60.5%。
[0054] 实施例4:制备KBaScSi2O7:2.0mol%Ce3+
[0055] 按化学式KBaScSi2O7:2.0mol%Ce3+中各元素的化学计量比,分别称取K2CO3: 0.1380g,BaCO3:0.3947g,Sc2O3:0.1379g,SiO2:0.2400g,CeO2:0.00688g,置于玛瑙研钵中充分研磨,待研磨均匀后置于坩埚中,在空气气氛下预烧,预烧温度为650℃,时间为12小时,自然冷却至室温后,将预烧后的粉末样品充分研磨均匀后,在还原气氛下煅烧,煅烧温度为
3+
1100℃,时间为10小时,得到目标产物KBaScSi2O7:2.0mol%Ce 。
[0056] 参见附图1中的d,是按本实施例方案制备的荧光粉样品的X射线衍射图谱。结果表明,所制备的材料主相为KBaScSi2O7。
[0057] 按本实施例方案制备的荧光粉样品的激发光谱、发射光谱、CIE图、热稳定性能与实施例5相似,半高宽高达127nm,量子效率达到了65.5%。
[0058] 实施例5:制备KBaScSi2O7:3.0mol%Ce3+
[0059] 按化学式KBaScSi2O7:3.0mol%Ce3+中各元素的化学计量比,分别称取K2CO3: 0.1380g,BaCO3:0.3947g,Sc2O3:0.1379g,SiO2:0.2400g,CeO2:0.01033g,置于玛瑙研钵中充分研磨,待研磨均匀后置于坩埚中,在空气气氛下预烧,预烧温度为600℃,时间为14小时,自然冷却至室温后,将预烧后的粉末样品充分研磨均匀后,在还原气氛下煅烧,煅烧温度为
3+
1050℃,时间为12小时,得到目标产物KBaScSi2O7:3.0mol%Ce 。
[0060] 参见附图1中的e,是按本实施例方案制备的荧光粉样品的X射线衍射图谱。XRD 测试结果表明,所制备的材料主相为KBaScSi2O7。
[0061] 参见附图2中的A,是按本实施例方案制备的荧光粉样品在516nm监测波长下得到的激发光谱图。从图中可以看出,该荧光粉在300‑400nm范围内具有较宽的激发波段,这是3+ 1 0 1
由Ce 离子从基态(4f)到激发态(4f5d)的电子跃迁引起的;其激发光谱覆盖了整个紫外光区域的大部分,最强激发峰位于367nm,表明了其可封装在高亮度的紫外LED芯片上制备白光LED照明器件。
[0062] 参见附图2中的B,是按本实施例方案制备的荧光粉样品在367nm激发波长下得到的发射光谱图。从图中可以看出,发射光谱包含一个从420到700nm的绿光宽带发射峰,半高3+ 0 1 1
宽高达130nm,这是由Ce 离子在4f5d→4f的电子跃迁引起的。
[0063] 参见附图3,是按本实施例方案制备的荧光粉样品在367nm激发波长下的CIE图,插图是对应荧光粉分别在日光和紫外光下的照片。从图中可以看出,色度坐标位于 (0.2893,0.4119),正好坐落于CIE图中的绿光区域之间。此外,在367nm激发下可获得明亮的绿光,这表明其可作为一种绿光发射的荧光材料应用于白光LED器件中。
[0064] 参见附图4,是按本实施例方案制备的荧光粉样品在367nm激发波长下,随温度上升和下降对应的发射光谱等值线图。从图中可以看出,样品的发射光谱强度在升温过程中有明显的下降趋势,而在之后的降温过程中有明显的上升趋势;在423K的测试温度下,样品的发射光谱强度可保持在室温下的45%以上。
[0065] 参见附图5,是按本实施例方案制备的荧光粉样品在367nm激发波长下,不同测试温度对应的发射光谱强度。从图中可以看出,在升温和降温的循环过程中,荧光粉的热稳定性几乎可以被重复出来,所制得的荧光粉具有较好的可逆性热稳定现象。
[0066] 参见附图6,是按本实施例方案制备的荧光粉样品的量子效率谱图。从图中可以看出,荧光粉的量子效率高达68.4%。
[0067] 实施例6:制备KBaScSi2O7:4.0mol%Ce3+
[0068] 按化学式KBaScSi2O7:4.0mol%Ce3+中各元素的化学计量比,分别称取K2CO3: 0.1380g,BaCO3:0.3947g,Sc2O3:0.1379g,SiO2:0.2400g,CeO2:0.01377g,置于玛瑙研钵中充分研磨,待研磨均匀后置于坩埚中,在空气气氛下预烧,预烧温度为550℃,时间为16小时,自然冷却至室温后,将预烧后的粉末样品充分研磨均匀后,在还原气氛下煅烧,煅烧温度为
3+
1300℃,时间为11小时,得到目标产物KBaScSi2O7:4.0mol%Ce 。
[0069] 参见附图1中的f,是按本实施例方案制备的荧光粉样品的X射线衍射图谱。结果表明,所制备的材料主相为KBaScSi2O7。
[0070] 按本实施例方案制备的荧光粉样品的激发光谱、发射光谱、CIE图、热稳定性能与实施例5相似,半高宽高达133nm,量子效率达到了51.0%。
[0071] 实施例7:制备KBaScSi2O7:5.0mol%Ce3+
[0072] 按化学式KBaScSi2O7:5.0mol%Ce3+中各元素的化学计量比,分别称取K2CO3: 0.1380g,BaCO3:0.3947g,Sc2O3:0.1379g,SiO2:0.2400g,CeO2:0.01721g,置于玛瑙研钵中充分研磨,待研磨均匀后置于坩埚中,在空气气氛下预烧,预烧温度为500℃,时间为24小时,自然冷却至室温后,将预烧后的粉末样品充分研磨均匀后,在还原气氛下煅烧,煅烧温度为
3+
1350℃,时间为9小时,得到目标产物KBaScSi2O7:5.0mol%Ce 。
[0073] 参见附图1中的g,是按本实施例方案制备的荧光粉样品的X射线衍射图谱。结果表明,所制备的材料主相为KBaScSi2O7。
[0074] 按本实施例方案制备的荧光粉样品的激发光谱、发射光谱、CIE图、热稳定性能与实施例5相似,半高宽高达135nm,量子效率达到了51.5%。
[0075] 实施例8:制备KBaScSi2O7:6.0mol%Ce3+
[0076] 按化学式KBaScSi2O7:6.0mol%Ce3+中各元素的化学计量比,分别称取K2CO3: 0.1380g,BaCO3:0.3947g,Sc2O3:0.1379g,SiO2:0.2400g,CeO2:0.02065g,置于玛瑙研钵中充分研磨,待研磨均匀后置于坩埚中,在空气气氛下预烧,预烧温度为850℃,时间为22小时,自然冷却至室温后,将预烧后的粉末样品充分研磨均匀后,在还原气氛下煅烧,煅烧温度为
3+
1400℃,时间为7小时,得到目标产物KBaScSi2O7:6.0mol%Ce 。
[0077] 参见附图1中的h,是按本实施例方案制备的荧光粉样品的X射线衍射图谱。结果表明,所制备的材料主相为KBaScSi2O7。
[0078] 按本实施例方案制备的荧光粉样品的激发光谱、发射光谱、CIE图、热稳定性能与实施例5相似,半高宽高达137nm,量子效率达到了54.2%。
[0079] 实施例9:制备KBaScSi2O7:7.0mol%Ce3+
[0080] 按化学式KBaScSi2O7:7.0mol%Ce3+中各元素的化学计量比,分别称取KHCO3: 0.200g,BaO:0.3060g,Sc(NO3)3:0.4620g,SiO2:0.2400g,CeO2:0.02410g,置于玛瑙研钵中充分研磨,待研磨均匀后置于坩埚中,在空气气氛下预烧,预烧温度为900℃,时间为20小时,自然冷却至室温后,将预烧后的粉末样品充分研磨均匀后,在还原气氛下煅烧,煅烧温
3+
度为1450℃,煅烧时间为5小时,得到目标产物KBaScSi2O7:7.0 mol%Ce 。
[0081] 按本实施例方案制备的荧光粉样品的晶体结构、激发光谱、发射光谱、CIE图、热稳定性能、量子效率图谱与实施例5相似,半高宽高达139nm。
[0082] 实施例10:制备KBaScSi2O7:8.0mol%Ce3+
[0083] 按化学式KBaScSi2O7:8.0mol%Ce3+中各元素的化学计量比,分别称取K2CO3: 0.1380g,BaCO3:0.3947g,Sc2O3:0.1379g,SiO2:0.2400g,CeO2:0.02754g,置于玛瑙研钵中充分研磨,待研磨均匀后置于坩埚中,在空气气氛下预烧,预烧温度为950℃,时间为18小时,自然冷却至室温后,将预烧后的粉末样品充分研磨均匀后,在还原气氛下煅烧,煅烧温度为
3+
1500℃,时间为3小时,得到目标产物KBaScSi2O7:8.0mol%Ce 。
[0084] 参见附图1中的i,是按本实施例方案制备的荧光粉样品的X射线衍射图谱。结果表明,所制备的材料主相为KBaScSi2O7。
[0085] 按本实施例方案制备的荧光粉样品的激发光谱、发射光谱、CIE图、热稳定性能与实施例5相似,半高宽高达141nm,量子效率达到了41.6%。
[0086] 实施例11:制备KBaScSi2O7:9.0mol%Ce3+
[0087] 按化学式KBaScSi2O7:9.0mol%Ce3+中各元素的化学计量比,分别称取K2O:0.0942g, BaO:0.3060g,Sc(NO3)3:0.4620g,SiO2:0.2400g,CeO2:0.03098g,置于玛瑙研钵中充分研磨,待研磨均匀后置于坩埚中,在空气气氛下预烧,预烧温度为1000℃,时间为4小时,自然冷却至室温后,将预烧后的粉末样品充分研磨均匀后,在还原气氛下煅烧,煅烧温
3+
度为1550℃,时间为2小时,得到目标产物KBaScSi2O7:9.0mol%Ce 。
[0088] 按本实施例方案制备的荧光粉样品的晶体结构、激发光谱、发射光谱、CIE图、热稳定性能、量子效率图谱与实施例5相似,半高宽高达143nm。
[0089] 实施例12:制备KBaScSi2O7:10.0mol%Ce3+
[0090] 按化学式KBaScSi2O7:10.0mol%Ce3+中各元素的化学计量比,分别称取KHCO3: 0.200g,BaCO3:0.3947g,Sc(NO3)3:0.4620g,SiO2:0.2400g,CeO2:0.03442g,置于玛瑙研钵中充分研磨,待研磨均匀后置于坩埚中,在空气气氛下预烧,预烧温度为900℃,时间为2小时,自然冷却至室温后,将预烧后的粉末样品充分研磨均匀后,在还原气氛下煅烧,煅烧温度为
3+
1350℃,时间为4小时,得到目标产物KBaScSi2O7:10.0mol%Ce 。
[0091] 按本实施例方案制备的荧光粉样品的晶体结构、激发光谱、发射光谱、CIE图、热稳定性能、量子效率图谱与实施例5相似,半高宽高达144nm。
[0092] 实施例13:制备KBaScSi2O7:15.0mol%Ce3+
[0093] 按化学式KBaScSi2O7:15.0mol%Ce3+中各元素的化学计量比,分别称取K2CO3: 0.1380g,BaCO3:0.3947g,Sc2O3:0.1379g,SiO2:0.2400g,CeO2:0.05163g,置于玛瑙研钵中充分研磨,待研磨均匀后置于坩埚中,在空气气氛下预烧,预烧温度为700℃,时间为12小时,自然冷却至室温后,将预烧后的粉末样品充分研磨均匀后,在还原气氛下煅烧,煅烧温度为
3+
1450℃,时间为8小时,得到目标产物KBaScSi2O7:15.0mol%Ce 。
[0094] 参见附图1中的j,是按本实施例方案制备的荧光粉样品的X射线衍射图谱。结果表明,所制备的材料主相为KBaScSi2O7。
[0095] 按本实施例方案制备的荧光粉样品的激发光谱、发射光谱、CIE图、热稳定性能与实施例5相似,量子效率达到了42.9%,半高宽高达148nm。
[0096] 实施例14:制备KBaScSi2O7:20.0mol%Ce3+
[0097] 按化学式KBaScSi2O7:20.0mol%Ce3+中各元素的化学计量比,分别称取K2CO3: 0.1380g,BaO:0.3060g,Sc2O3:0.1379g,SiO2:0.2400g,CeO2:0.06884g,置于玛瑙研钵中充分研磨,待研磨均匀后置于坩埚中,在空气气氛下预烧,预烧温度为600℃,时间为20小时,自然冷却至室温后,将预烧后的粉末样品充分研磨均匀后,在还原气氛下煅烧,煅烧温度为
3+
1300℃,时间为4小时,得到目标产物KBaScSi2O7:20.0mol%Ce 。
[0098] 按本实施例方案制备的荧光粉样品的晶体结构、激发光谱、发射光谱、CIE图、热稳定性能、量子效率图谱与实施例5相似,半高宽高达152nm。
[0099] 上述实施例并非是对于本发明的限制,本发明并非仅限于上述实施例,只要符合本发明要求,均属于本发明的保护范围。