一種稀土硼酸鹽基紅色熒光粉制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種稀土硼酸鹽基紅色熒光粉，該熒光粉以CaInBO4為基體，通過摻入0.02～0.08at.％Al3+進(jìn)入In3+位、摻入0.02～0.08at.％Ba2+進(jìn)入Ca2+位以及摻入0.07～0.10at.％Eu3+進(jìn)入In3+位，得到熒光粉(In1-x-z,Alx,Euz)(Ca1-y,Bay)BO4，其中，x＝0.02～0.04,y＝0.05～0.07，z＝0.07～0.1。本發(fā)明專利技術(shù)的稀土硼酸鹽基熒光粉具有發(fā)光強(qiáng)度高、暖色調(diào)、快衰減、余輝時(shí)間短、熱穩(wěn)定性好、易于長期保存，應(yīng)用范圍廣等的優(yōu)異性能。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種稀土硼酸鹽基紅色熒光粉
本專利技術(shù)涉及稀土發(fā)光材料領(lǐng)域，尤其是涉及可以應(yīng)用于三基色熒光燈和等離子平板顯示(PDP)的一種稀土硼酸鹽基紅色熒光粉。
技術(shù)介紹
當(dāng)前商用光源大部分需要使用熒光粉作光轉(zhuǎn)換，由稀土三基色熒光粉制備的熒光燈是非常高效節(jié)能的新型光源，是世界照明光源的重點(diǎn)發(fā)展方向，每年以15％的速度增長，對應(yīng)的三基色熒光粉需求量很大，基本處于供不應(yīng)求的狀態(tài)。因?yàn)橄⊥寥珶晒鉄艟哂懈吖庑А⒌凸馑ァ㈤L壽命的特點(diǎn)，因此在目前大力倡導(dǎo)節(jié)能減排的大環(huán)境下得到了廣泛認(rèn)可及快速發(fā)展，我國又是全球最大的稀土熒光燈生產(chǎn)基地，因此我國的稀土三基色熒光粉產(chǎn)業(yè)還具有廣闊的發(fā)展前景。硼酸鹽因其較寬的帶隙易于稀土和過渡族離子摻雜，并且具有物理化學(xué)性能穩(wěn)定，易制備加工等優(yōu)點(diǎn)，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。以硼酸鹽為基體，摻入稀土離子作為激發(fā)劑即可制得稀土硼酸鹽熒光粉，從以往各類體系熒光粉的研究中不難發(fā)現(xiàn)，Eu3+是應(yīng)用較多的紅光激活離子。近年來，國內(nèi)外很多單位致力于稀土硼酸鹽紅色熒光粉的研究，制備了一系列燈用和顯示用紅色熒光粉(Y2O3：Eu3+、YBO3：Eu3+)，并顯示出了很好的光學(xué)性能，但是與目前已經(jīng)商業(yè)化的熒光粉相比，還存在部分缺陷，例如發(fā)光效率不高、光衰大、色度不純等。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種發(fā)光強(qiáng)度高、暖色調(diào)、快衰減、余輝時(shí)間短、熱穩(wěn)定性好、易于長期保存，能用于三基色熒光燈和等離子平板顯示中的稀土硼酸鹽基熒光粉。一種稀土硼酸鹽基紅色熒光粉，該熒光粉以CaInBO4為基體，通過摻入0.02～0.08at.％Al3+進(jìn)入In3+位、摻入0.02～0.08at.％Ba2+進(jìn)入Ca2+位以及摻入0.07～0.10at.％Eu3+進(jìn)入In3+位，得到熒光粉(In1-x-z,Alx,Euz)(Ca1-y,Bay)BO4，其中，x＝0.02～0.04,y＝0.05～0.07，z＝0.07～0.1；所述CaInBO4基體屬于Pnma(No.62)空間群，晶胞參數(shù)為Z＝4；該熒光粉的制備方法為：按照(In1-x-z,Alx,Euz)：(Ca1-y,Bay)：B的摩爾比為30(±1)：33(±1)：37(±1)稱取CaCO3、BaCO3、In2O3、Eu2O3、Al2O3和H3BO3，研磨，在570～620℃下進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，冷卻，研磨，然后進(jìn)行兩步燒結(jié)得到，兩步燒結(jié)的過程為：第一階段燒結(jié)溫度為950～1080℃，燒結(jié)后冷卻至室溫，研磨，然后在相對第一階段溫度升高20～35℃的條件下進(jìn)行第二階段燒結(jié)，冷卻，研磨，得到產(chǎn)物。預(yù)燒結(jié)步驟的升溫速率優(yōu)選為4～6℃/分鐘；第一階段燒結(jié)步驟的升溫速率優(yōu)選為3～5℃/分鐘；第二階段燒結(jié)步驟的升溫速率優(yōu)選為3～5℃/分鐘；第一階段燒結(jié)步驟的保溫時(shí)間優(yōu)選為12～16小時(shí)；第二階段燒結(jié)步驟的保溫時(shí)間優(yōu)選為12～16小時(shí)。通過上述條件的優(yōu)選，能夠進(jìn)一步得到性能更佳的發(fā)光強(qiáng)度高、暖色調(diào)、快衰減、余輝時(shí)間短、熱穩(wěn)定性好、易于長期保存、應(yīng)用范圍廣的本專利技術(shù)的稀土硼酸鹽紅色熒光粉。在具體的研究過程中，我們根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)探索，總結(jié)得到根據(jù)(In1-x-z,Alx,Euz)：(Ca1-y,Bay)：B的摩爾比為30(±1)：33(±1)：37(±1)稱取原料CaCO3、BaCO3、In2O3、Eu2O3、Al2O3和H3BO3，且按照本專利技術(shù)的兩步燒結(jié)步驟等以及參數(shù)嚴(yán)格控制時(shí)，能夠得到本專利技術(shù)的x＝0.02～0.04,y＝0.05～0.07，z＝0.07～0.1的(In1-x-z,Alx,Euz)(Ca1-y,Bay)BO4的產(chǎn)物。本專利技術(shù)的有益效果本專利技術(shù)針對現(xiàn)有的稀土硼酸鹽紅色熒光粉所存在的例如發(fā)光效率不高、光衰大、色度不純等缺陷，提供了一種新型的發(fā)光強(qiáng)度高、暖色調(diào)、余輝時(shí)間短、熱穩(wěn)定性好、易于長期保存的稀土硼酸鹽基熒光粉。本專利技術(shù)使用CaInBO4為基體，在大量的實(shí)驗(yàn)摸索中，通過摻入0.02～0.08at.％Al3+進(jìn)入In3+位、摻入0.02～0.08at.％Ba2+進(jìn)入Ca2+位以及摻入0.07～0.10at.％Eu3+進(jìn)入In3+位，并通過嚴(yán)格控制反應(yīng)步驟、各個(gè)步驟的反應(yīng)參數(shù)等的結(jié)合，意外地得到了與CaInBO4衍射峰的位置一致，且沒有雜峰出現(xiàn)，產(chǎn)品為單相的發(fā)光強(qiáng)度高、暖色調(diào)、余輝時(shí)間短、熱穩(wěn)定性好、易于長期保存的稀土硼酸鹽基熒光粉。本專利技術(shù)制備得到的稀土硼酸鹽基熒光粉最佳激發(fā)波長位于254nm，最強(qiáng)發(fā)射波長位于613nm，很好的滿足了節(jié)能燈用紅色熒光粉的條件；對該類熒光粉進(jìn)行衰減曲線測試以及TG-DTA分析發(fā)現(xiàn)其熒光壽命在1.8ms左右，同時(shí)在1100℃以下穩(wěn)定性很好。本專利技術(shù)的熒光粉不僅適合用于三基色熒光燈中，且能夠很好的滿足PDP用余輝短的要求，可以廣泛適用于等離子平板顯示中。本專利技術(shù)的專利技術(shù)人經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)探索后，最終得到了本專利技術(shù)的單相稀土硼酸鹽基熒光粉產(chǎn)物，其在保持CaInBO4基體的單相結(jié)構(gòu)的前提下能夠獲得的優(yōu)異性能對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是難以預(yù)料的。附圖說明圖1為實(shí)施例1，實(shí)施例10，實(shí)施例11三個(gè)樣品XRD圖譜比較；從圖中可以看出，實(shí)施例1所制得的熒光粉與CaInBO4結(jié)構(gòu)一致，由圖1可知，實(shí)施例1所制得的產(chǎn)品的衍射峰與CaInBO4衍射峰的位置一致，且沒有雜峰出現(xiàn)，可知實(shí)施例1所制得的產(chǎn)品為單相，而實(shí)施例10和實(shí)施例11得到的產(chǎn)品為多相，從圖中可以明顯看出其包含少量In2O3。圖2為實(shí)施例1～7制得的熒光粉的激發(fā)光譜圖；通過固定發(fā)射波長為613nm，測量實(shí)施例1～7制得的熒光粉的激發(fā)光譜，從圖中可以看出，在200～500nm的范圍內(nèi)位于254nm、361nm、381nm、393nm、408nm和461nm處出現(xiàn)了激發(fā)峰，其中位于254nm處的激發(fā)峰強(qiáng)度明顯強(qiáng)于其它激發(fā)峰。圖3為實(shí)施例1～7制得的熒光粉的發(fā)射光譜圖；通過固定激發(fā)波長為254nm，測量實(shí)施例1～7制得的熒光粉的發(fā)射光譜，從圖中可以看出，在550～750nm的范圍內(nèi)位于596nm、613nm、654nm和708nm處出現(xiàn)發(fā)射峰，位于613nm處的發(fā)射峰強(qiáng)度最高，對應(yīng)熒光粉發(fā)出明亮的紅光。其中，三基色熒光燈對熒光粉的要求為：最佳激發(fā)波長在254nm左右。根據(jù)圖2和圖3可知，實(shí)施例1～7制得的熒光粉可以應(yīng)用于三基色熒光燈的紅色成分。圖4為實(shí)施例1，實(shí)施例8，實(shí)施例9制得的熒光粉的激發(fā)光譜對比圖；通過固定發(fā)射波長613nm，測量實(shí)施例1，實(shí)施例8，實(shí)施例9制得的熒光粉的激發(fā)光譜圖，從圖中可以看出，激發(fā)峰的位置沒有變化，但實(shí)施例8，實(shí)施例9制得的熒光粉的激發(fā)峰強(qiáng)度與實(shí)施例1相比有較大幅度的降低。圖5為實(shí)施例1，實(shí)施例8，實(shí)施例9制得的熒光粉的發(fā)射光譜對比圖；通過固定激發(fā)波長為254nm，測量實(shí)施例1，實(shí)施例8，實(shí)施例9制得的熒光粉的發(fā)射光譜圖，從圖中可以看出，發(fā)射峰的位置沒有變化，但實(shí)施例8，實(shí)施例9制得的熒光粉的發(fā)射峰強(qiáng)度與實(shí)施例1相比有較大幅度的降低。圖6為實(shí)施例1制得的熒光粉的色度坐標(biāo)圖；采用CIE色度圖對該熒光粉進(jìn)行色度坐標(biāo)分析，確定其色度坐標(biāo)為(0.6502,0.3495)，在色度坐標(biāo)圖上顯示其發(fā)出暖紅光。圖7為實(shí)施例1制得的熒光粉的熒光壽命曲線；通過對該熒光粉進(jìn)行熒光壽命測試，圖中圓圈表示實(shí)驗(yàn)值，實(shí)線為oringin擬合數(shù)據(jù)，擬合本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種稀土硼酸鹽基紅色熒光粉，其特征在于，該熒光粉以CaInBO4為基體，通過摻入0.02～0.08at.％Al3+進(jìn)入In3+位、摻入0.02～0.08at.％Ba2+進(jìn)入Ca2+位以及摻入0.07～0.10at.％Eu3+進(jìn)入In3+位，得到熒光粉(In1?x?z,Alx,Euz)(Ca1?y,Bay)BO4，其中，x＝0.02～0.04,y＝0.05～0.07，z＝0.07～0.1；所述CaInBO4基體屬于Pnma(No.62)空間群，晶胞參數(shù)為Z＝4；該熒光粉的制備方法為：按照(In1?x?z,Alx,Euz)：(Ca1?y,Bay)：B的摩爾比為30(±1)：33(±1)：37(±1)稱取CaCO3、BaCO3、In2O3、Eu2O3、Al2O3和H3BO3，研磨，在570～620℃下進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，冷卻，研磨，然后進(jìn)行兩步燒結(jié)得到，第一階段燒結(jié)溫度為950～1080℃，燒結(jié)后冷卻至室溫，研磨，然后在相對第一階段溫度升高20～35℃的條件下進(jìn)行第二階段燒結(jié)，冷卻，研磨，得到產(chǎn)物。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種稀土硼酸鹽基紅色熒光粉，其特征在于，該熒光粉以CaInBO4為基體，通過摻入0.02～0.08at.％Al3+進(jìn)入In3+位、摻入0.02～0.08at.％Ba2+進(jìn)入Ca2+位以及摻入0.07～0.10at.％Eu3+進(jìn)入In3+位，得到熒光粉(In1-x-z,Alx,Euz)(Ca1-y,Bay)BO4，其中，x＝0.02～0.04,y＝0.05～0.07，z＝0.07～0.1；所述CaInBO4基體屬于Pnma(No.62)空間群，晶胞參數(shù)為Z＝4；該熒光粉的制備方法為：按照(In1-x-z,Alx,Euz)：(Ca1-y,Bay)：B的摩爾比為(30±1)：(33±1)：(37±1)稱取CaCO3、BaCO3、In2O3、Eu2O3、Al2O3和H3BO3，研磨，在570～620℃下進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，冷卻，研磨，然后進(jìn)行兩步燒...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：蔡格梅，劉紅星，劉華山，金展鵬，
申請(專利權(quán))人：中南大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：湖南;43