一种高品质健康照明LED用单相全光谱荧光粉及其制备方法和应用与流程

本发明涉及前沿光电材料领域，尤其是涉及一种高品质健康照明led用单相全光谱荧光粉及其制备方法和应用。
背景技术：
：：高品质照明是未来照明的发展趋势。随着白光led在照明领域的加速发展，市场对白光led光源的品质也日益提高，由最初单纯的追求亮度、功率转化为兼具光效、显色性、色温以及品质、健康的复合光源，甚至是追求类似太阳光的全光谱照明。目前用于全光谱led的荧光粉转换材料可分为混合荧光粉体系和单一基质荧光材料体系。混合体系荧光粉是将不同颜色发射的荧光粉混合在一起，通过各种荧光粉的颜色搭配，实现全光谱发射。但混合荧光粉体系不可避免地受到荧光粉匹配度(荧光粉在发光性能，如荧光热稳定性、发光效率存在必然差异)、物化性能(如耐湿性、稳定性等)差异，以及由各颜色间的相互吸收所导致的光效率低等问题，影响了led光源的出光品质。因此开发一种新型的单相全光谱发射荧光粉至关重要。荧光粉的发射光谱符合人眼敏感曲线，具备较高的显色性以呈现物体的本真颜色，即光源的光谱应具有良好的连续性，更接近于太阳光或白炽灯标准光源。荧光粉通常由发光中心和基质材料两部分组成，目前所知的发光中心中eu2+具有4fn-15d1外层电子构型，其5d轨道裸露于外层，跃迁发射呈宽带，强度较高，荧光寿命较短，这种宽带发射的性质正好得到光谱较全光色性较饱和的光源。但如何最优地实现eu2+离子晶体场调控是目前亟需解决的技术问题。技术实现要素：本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高品质健康照明led用单相全光谱荧光粉及其制备方法和应用，在单独掺杂eu2+离子的情况下，通过拓扑化学反应法、局域规整反应法实现eu2+离子晶体场调控，并最终实现eu2+离子白光发射。本技术方案的实现首先是基于磷酸盐荧光粉的优越的性质：(1)稳定性和容纳性较好，物理和化学性质稳定，耐酸和耐碱性都比较突出；(2)在合成该产物中容易达到要求的温度，且制备的样品颗粒均匀、结晶度良好，収光效率较高；(3)在合成过程中无毒气和污染物质排放，具有绿色环保的优点；(4)具有宽的激发光谱，能被紫光激发而发射各种颜色的光；(5)能承受紫外线长期辐射，成为稀土发光材料理想的基质材料。因此在本发明中，选择磷酸钙盐作为基质材料，eu2+作为发光中心，并且采用单掺eu2+实现全光谱发射。本发明进一步通过以下技术方案来实现：本发明中高品质健康照明led用单相全光谱荧光粉的分子式为(ca19-xeux)zn2(po4)14；所述单相全光谱荧光粉中各元素之间的摩尔比为：(ca+eu):zn:(po4)＝19:2:14，其中ca:eu＝(99:1)～(990:1)；具体优选为ca:eu＝(99:1)～(329:1)；最优选为ca:eu＝199:1。所述单相全光谱荧光粉能够在紫外光激发下，发射出光谱范围涵盖410-800nm的全光谱白光。(ca19-xeux)zn2(po4)14中采用eu3+作为发光中心，本发明采用eu2+作为发光中心，eu2+的5d电子处于外层，其d-f跃迁易受晶体场环境影响，其光谱可随基质材料的组成和结构的改变发生明显的变化。基于本发明的光谱可随基质材料的组成和结构的改变发生明显的变化，本发明对eu2+的掺杂量做了优选，若掺杂量过小，则样品的发光强度过低；若掺杂量过多，样品的色坐标值偏离白光范围，无法获得白光。本发明中上述健康照明led用单相全光谱荧光粉的制备方法，包括以下步骤：s1：按照计量比称取caco3，zno，nh4h2po4，eu2o3原料粉体，混合均匀，研磨，之后煅烧得到前驱体；s2：将s1中得到的前驱体通过al还原法进行还原烧结，冷却，得到led用单相全光谱荧光粉。进一步地，s1中所述研磨的时间为30～60min。进一步地，s1中所述煅烧时间为8h，煅烧温度为1200℃。进一步地，s2中所述的还原烧结为非接触式还原。进一步地，所述非接触式还原过程为：将al粉与s1中得到的前驱体分别置于两个开放式容器中，之后将两个开放式容器置于密封容器中，对密封容器进行抽真空，之后在1000℃下进行还原烧结。进一步地，所述al粉与所述前驱体的(0.3～1):1。进一步地，所述两个开放式容器中心的距离为1～5cm；还原烧结的时间为2h。进一步地，抽真空至密封容器中的压力小于负0.1mpa。本发明中健康照明led用单相全光谱荧光粉的应用，包括以下步骤：将所述单相全光谱荧光粉与375nm紫外芯片封装成led器件，在30ma的电流驱动下进行点亮，光源的显色指数为94.1，色温为5341k。与现有技术相比，本发明具有以下技术优势：1)不同于现有全光谱led技术方案，本发明基于紫外响应的eu2+离子掺杂的单相全光谱发射荧光粉，通过荧光转换，实现符合高品质照明、健康照明需求的具备超宽连续光谱发射特性的全光谱白光发射，解决了现有技术中需要通过eu2+以外的其它离子的掺杂的弊端，从而提高了荧光粉整体量子效率。2)本技术方案选择低温固相不接触的al还原反应作为还原手段。其中，al还原法可以实现荧光转换材料的全光谱发射调制，这是传统气氛还原反应(h2还原法、co还原法、c粉还原法)无法实现的，同时还原剂al粉不用和荧光粉接触，不会污染荧光粉。3)在磷酸盐体系荧光粉的制备过程中，使用al粉为还原剂进行还原反应，通过拓扑化学反应，可以有效的调控晶体场的局域配位数和化学压，进而实现单掺杂单相白光发射荧光粉的光谱性能优化。附图说明图1为不同实施例荧光粉的xrd图；图2为不同实施案例的光致发射(λex＝365nm)光谱图；图3为本发明荧光粉((ca0.995eu0.005)19zn2(po4)14)与紫外led芯片(375nm)封装的led在30ma电流驱动下点亮后的电致发光光谱图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。实施例1：1)按化学计量比称取一份caco3，zno，nh4h2po4，eu2o3原料粉体2g(各原料质量比为caco3:zno:nh4h2po4:eu2o3＝1.0306:0.0885:0.8754:0.0055)置于玛瑙研钵中，进行研磨30min后放入氧化铝坩埚中，在马弗炉中1200℃条件下烧8h，制得前驱体。2)按照al粉与前驱体的质量比为0.3:1称取0.3g的al粉与1g样品，分别置于两个坩埚舟中，并将坩埚舟平行置于真空管式炉中，将整个系统抽真空至小于负0.1mpa后，在1000℃下进行还原烧结处理，还原2h后自然冷却至室温，得到荧光粉，研磨均匀。3)使用x射线衍射(ultimaiv-185)研究晶体结构，测试用cu-kα作为靶材，扫描角度2θ范围为5～80°，得到样品的xrd测试图谱，从图1中可以看出远程al粉还原样品与标准卡片(pdf#48-1196)一致，表明eu2+离子的掺杂并没有对晶体结构带来明显的影响，所得的荧光粉与ca19zn2(po4)14为同构的纯相物质。4)使用荧光光谱仪(hitachif-7000)测试该荧光粉的光谱性质，结果表明，该荧光粉的激发波长位于276nm，发射光谱涵盖410nm～800nm波段的可见光，该荧光粉的发射光谱如图2所示。下表为本实施例中具体实施例的数据对比。实施例2：1)按化学计量比称取一份caco3，zno，nh4h2po4，eu2o3原料粉体2g(各原料质量比为caco3:zno:nh4h2po4:eu2o3＝1.0278:0.0884:0.8747:0.0091)置于玛瑙研钵中，进行研磨30min后放入氧化铝坩埚中，在马弗炉中1200℃条件下烧8h，制得前驱体。2)按照al粉与前驱体的质量比为0.3:1称取0.3g的al粉与1g样品，分别置于两个坩埚舟中，并将坩埚舟平行置于真空管式炉中，将整个系统抽真空至小于负0.1mpa后，在1000℃下进行还原烧结处理，还原2h后自然冷却至室温，得到荧光粉，研磨均匀。3)使用x射线衍射(ultimaiv-185)研究晶体结构，测试用cu-kα作为靶材，扫描角度2θ范围为5～80°，得到样品的xrd测试图谱，从图1中可以看出远程al粉还原样品与标准卡片(pdf#48-1196)一致，表明eu2+离子的掺杂并没有对晶体结构带来明显的影响，所得的荧光粉与ca19zn2(po4)14为同构的纯相物质。4)使用荧光光谱仪(hitachif-7000)测试该荧光粉的光谱性质，结果表明，该荧光粉的激发波长位于276nm，发射光谱涵盖410nm～800nm波段的可见光，该荧光粉的发射光谱如图2所示。5)将样品与硅胶混合均匀后涂覆在芯片(375nm)上，用csp形式封装成led灯珠。在30ma电流驱动下点亮，测试其电致发光性能，光源的显色指数达到94.1，色温为4952k(如图3所示)，测试后的结果表明，本发明荧光粉非常适用于高品质照明、健康照明、全光谱照明。实施例3：1)按化学计量比称取一份caco3，zno，nh4h2po4，eu2o3原料粉体2g(各原料质量比为caco3:zno:nh4h2po4:eu2o3＝1.0206:0.0883:0.8730:0.0181)置于玛瑙研钵中，进行研磨30min后放入氧化铝坩埚中，在马弗炉中1200℃条件下烧8h，制得前驱体。2)按照al粉与前驱体的质量比为0.3:1称取0.3g的al粉与1g样品，分别置于两个坩埚舟中，并将坩埚舟平行置于真空管式炉中，将整个系统抽真空至小于负0.1mpa后，在1000℃下进行还原烧结处理，还原2h后自然冷却至室温，得到荧光粉，研磨均匀。3)使用x射线衍射(ultimaiv-185)研究晶体结构，测试用cu-kα作为靶材，扫描角度2θ范围为5～80°，得到样品的xrd测试图谱，从图1中可以看出远程al粉还原样品与标准卡片(pdf#48-1196)一致，表明eu2+离子的掺杂并没有对晶体结构带来明显的影响，所得的荧光粉与ca19zn2(po4)14为同构的纯相物质。4)使用荧光光谱仪(hitachif-7000)测试该荧光粉的光谱性质，结果表明，该荧光粉的激发波长位于276nm，发射光谱涵盖410nm～800nm波段的可见光，该荧光粉的发射光谱如图2所示。对比例1以下针对两个文献中的技术方与本技术方案进行对比，以此对本技术方案中的创新性进行进一步说明。文献1liangc,fuy,tengx,etal.codopedtb3+andmn2+inducedtunableemissionandenergytransferinca19zn2(po4)14:ce3+,tb3+,mn2+[j].newjournalofchemistry,2018,42.文献2sunz,zhuz,luoj,etal.high-efficientandthermal-stableca19zn2(po4)14:eu2+,mn2+blue-reddual-emittingphosphorforplantcultivationleds[j].journalofalloysandcompounds,2019,811:151956.以上两个技术方案分别通过共掺杂的方式制备得到了ca19zn2(po4)14:ce3+,tb3+,mn2+和ca19zn2(po4)14:eu2+,mn2+，以此实现全光谱发光，而当去除共掺杂中的任一组分后均无法实现白光，而本技术方案中制备的ca19zn2(po4)14:eu2+在单掺eu2+的情况下能够实现全光谱发光，采用中仅有一个发光中心掺杂，提高了荧光粉整体量子效率，具有显著的优势。同时以上两种技术方案中采用的制备方法和传统还原方法均无法形成较为理想的晶体场环境，eu2+离子的跃迁类型取决于晶体场环境，不同的发光行为，表明其所处的晶体场环境不同，因此，即时同为纯相条件下，与本技术方案相比微结构也是具有差异的，这种微结构的差异，主要取决于本技术方案中拓扑化学反应处理工艺。上述的对实施例的描述是为便于该
技术领域：
：的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3 当前第1页1 2 3 

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