一种Eu3+离子激活的红色发光材料、制备方法及应用与流程

本发明属于无机发光材料技术领域，具体涉及一种eu³⁺离子激活的红色发光材料、制备方法及应用。

背景技术：

随着近代科学和技术的进步，发光和显示实现了飞速发展，极大地需求各种高效稳定的发光材料，例如，随着半导体理论和材料的发展，新型的半导体芯片不断创新，实现了从可见光波段到紫外光波段的延伸，由此带来了人类照明的革命。到目前为止，以白光led为主的照明已经发展成为新型照明和显示器件，并形成了巨大的新市场。这种半导体白光照明器具是全固态的，具有体积小、电耗极低、使用寿命长等特点，因此得到了迅速的发展。

在各种稀土激活的荧光材料中，红色发光材料起着重要的作用，例如，在白光led照明中，红色发光材料是三色荧光粉重要的组份之一。即使在蓝光半导体芯片和黄色荧光粉封装而成的白光led照明器具中，也需添加红色发光材料以克服冷光的显色缺点。因此，三价eu³⁺离子激活的红色发光材料受到了极大的关注，原因是eu³⁺离子的红色发光是由于它的⁵d0→⁷f1-4跃迁引起的尖锐发光线，红发光色度纯正、发光效率高、色彩稳定性好，而且制备条件要求很低，一般都是在空气气氛下煅烧制备。

技术实现要素：

本发明的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种eu³⁺离子激活的红色发光材料、制备方法及应用，本发明的eu³⁺离子激活的红色发光材料，晶格阳离子包括具有静电孤电子对的te⁴⁺和bi³⁺离子，充分诱导晶格的极化强度，该基质材料在紫外光、近紫外光和蓝光的波长区间均具有有效吸收，且该发光材料和商用的近紫外光二极管匹配性好；本发明的eu³⁺离子激活的红色发光材料，可以把吸收的能量传递给eu³⁺离子和bi³⁺离子，两种离子的共掺杂使得该红色发光材料的晶体学环境得到扰动，eu³⁺离子最强发光是⁵d0→⁷f2跃迁，色度纯正、效率高、热稳定性好；本发明的eu³⁺离子激活的红色发光材料可以用于制备以紫外光、近紫外光和蓝光为激发光源的照明器件或显示器件；本发明的eu³⁺离子激活的红色发光材料的制备方法，整体制备工艺简单、易于操作，生产成本低，无环境污染，实施可行性高。

为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种eu³⁺离子激活的红色发光材料，所述的eu³⁺离子激活的红色发光材料的化学通式为ca3-xeuxal2te1-ybiyo9，其中x为eu³⁺离子掺杂取代ca²⁺离子的摩尔比，取值范围为0.01≤x≤0.1，y为bi³⁺离子掺杂取代te⁴⁺离子的摩尔比，取值范围为0.01≤y≤0.1，并且x＝y。

为了确保上述eu³⁺离子激活的红色发光材料的顺利制备，现提出一种eu³⁺离子激活的红色发光材料的制备方法，包括如下步骤：

s1：按照化学通式ca3-xeuxal2te1-ybiyo9中各元素的化学计量比，分别称取含有ca²⁺离子的化合物、含有al³⁺离子的化合物、含有te⁴⁺离子的化合物、含有bi³⁺离子的化合物、含有eu³⁺离子的化合物，然后将称取的各种化合物混合研磨均匀，得到原料混合物；

s2：将步骤s1中得到的原料混合物在空气氛围下预煅烧若干次，预煅烧温度为500～1200℃，预煅烧时间为1～10小时，得到预煅烧混合物；

s3：将步骤s2中得到的预煅烧混合物在空气氛围下再次煅烧若干次，煅烧温度为1200～1450℃，煅烧时间为1～10小时，自然冷却至室温，得到所述的eu³⁺离子激活的红色发光材料。

优选的技术方案有，所述的含有ca²⁺离子的化合物为碳酸钙或硝酸钙，所述的含有al³⁺离子的化合物为硝酸铝或氧化铝，所述的含有te⁴⁺离子的化合物为氧化碲，所述的含有bi³⁺离子的化合物为氧化铋或硝酸铋，所述的含有eu³⁺离子的化合物为氧化铕。

为了便于上述eu³⁺离子激活的红色发光材料的应用实施和推广，现提出一种eu³⁺离子激活的红色发光材料的应用，制备以紫外光、近紫外光和蓝光为激发光源的照明器件或显示器件。

现提出本发明的优点和有益效果在于：

1、本发明的eu³⁺离子激活的红色发光材料，晶格阳离子包括具有静电孤电子对的te⁴⁺和bi³⁺离子，充分诱导晶格的极化强度，该基质材料在紫外光、近紫外光和蓝光的波长区间均具有有效吸收，且该发光材料和商用的近紫外光二极管匹配性好。

2、本发明的eu³⁺离子激活的红色发光材料，可以把吸收的能量传递给eu³⁺离子和bi³⁺离子，两种离子的共掺杂使得该红色发光材料的晶体学环境得到扰动，eu³⁺离子最强发光是⁵d0→⁷f2跃迁，色度纯正、效率高、热稳定性好。

3、本发明的eu³⁺离子激活的红色发光材料的制备方法，整体制备工艺简单、易于操作，生产成本低，没有环境污染，实施可行性高。

4、本发明的eu³⁺离子激活的红色发光材料，可以用于制备以紫外光、近紫外光和蓝光为激发光源的照明器件或显示器件。

附图说明

图1是实施例1中制备eu³⁺离子激活的红色发光材料的x射线粉末衍射图谱；

图2是实施例1中制备eu³⁺离子激活的红色发光材料的激发光谱和发光光谱；

图3是实施例2中制备eu³⁺离子激活的红色发光材料的x射线粉末衍射图谱；

图4是实施例2中制备eu³⁺离子激活的红色发光材料的激发光谱和发光光谱；

图5是实施例3中制备eu³⁺离子激活的红色发光材料的x射线粉末衍射图谱；

图6是实施例3中制备eu³⁺离子激活的红色发光材料的激发光谱和发光光谱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1

按照本发明方法制备eu³⁺离子激活的红色发光材料，其化学通式为ca2.99eu0.01al2te0.99bi0.01o9，具体操作如下：

根据化学式ca2.99eu0.01al2te0.99bi0.01o9中各个元素的化学计量，分别称取碳酸钙5.98克、氧化铕0.035克、氧化铝2.04克、氧化碲3.16克、氧化铋0.047克；将这些原料混合物仔细研磨，在空气气氛下预煅烧，预煅烧温度为1200℃，预煅烧时间为1小时，得到预煅烧混合物；将以上得到的预煅烧混合物在空气气氛下再次煅烧，煅烧温度为1450℃，煅烧时间为5小时，自然冷却到室温，得到eu³⁺离子激活的红色发光材料。

参见附图1，为实施例1按照本发明制备方法得到eu³⁺离子激活的红色发光材料的粉末x射线衍射图谱，与标准卡片pdf#36-0024完全一致，该标准卡片属于前驱体基质(ca3al2teo9)，结果表明：

实施例1按照本发明制备方法得到eu³⁺离子激活的红色发光材料为单一物相，结晶度好。

参见附图2，为实施例1按照本发明制备方法得到eu³⁺离子激活的红色发光材料的激发光谱和发光光谱，激发光谱显示该eu³⁺离子激活的红色发光材料在紫外光、近紫外光和蓝光波长区间都有很好的激发；发光光谱显示该eu³⁺离子激活的红色发光材料呈现位于615nm的发射主峰，色度纯正。

实施例2

按照本发明方法制备eu³⁺离子激活的红色发光材料，其化学通式为ca2.9eu0.1al2te0.9bi0.1o9，具体操作如下：

根据化学式ca2.9eu0.1al2te0.9bi0.1o9中各个元素的化学计量，分别称取硝酸钙6.186克、氧化铕0.229克、氧化铝1.326克、氧化碲1.867克、硝酸铋0.631克；将这些原料混合物仔细研磨，在空气气氛下预煅烧，预煅烧温度为500℃，预煅烧时间为3小时，得到第一次预煅烧混合物；将第一次预煅烧混合物再次研磨混合均匀，在空气气氛下第二次预煅烧，第二次预煅烧温度为900℃，预煅烧时间为4小时，得到第二次预煅烧混合物；将以上得到的第二次预煅烧混合物在空气气氛下再次煅烧，煅烧温度为1400℃，煅烧时间为6小时，自然冷却到室温，得到eu³⁺离子激活的红色发光材料。

参见附图3，为实施例2按照本发明制备方法得到eu³⁺离子激活的红色发光材料的粉末x射线衍射图谱，与标准卡片pdf#36-0024完全一致，该标准卡片属于前驱体基质(ca3al2teo9)，结果表明：

实施例2按照本发明制备方法得到eu³⁺离子激活的红色发光材料为单一物相，结晶度好。

参见附图4，为实施例2按照本发明制备方法得到eu³⁺离子激活的红色发光材料的激发光谱和发光光谱，激发光谱显示该eu³⁺离子激活的红色发光材料在紫外光、近紫外光和蓝光波长区间都有很好的激发；发光光谱显示该eu³⁺离子激活的红色发光材料呈现位于615nm的发射主峰，色度纯正。

实施例3

按照本发明方法制备eu³⁺离子激活的红色发光材料，其化学通式为ca2.92eu0.08al2te0.92bi0.08o9，具体操作如下：

根据化学式ca2.92eu0.08al2te0.92bi0.08o9中各个元素的化学计量，分别称取碳酸钙3.567克、氧化铕0.173克、硝酸铝9.225克、氧化碲1.767克、氧化铋0.229克；将这些原料混合物仔细研磨，在空气气氛下预煅烧，预煅烧温度为700℃，预煅烧时间为2小时，得到第一次预煅烧混合物；将第一次预煅烧混合物再次研磨混合均匀，在空气气氛下第二次预煅烧，第二次预煅烧温度为1000℃，煅烧时间为5小时，得到第二次预煅烧混合物；将以上得到的第二次预煅烧混合物在空气气氛下再次煅烧，煅烧温度为1350℃，煅烧时间为8小时，自然冷却到室温，得到eu³⁺离子激活的红色发光材料。

参见附图5，为实施例3按照本发明制备方法得到eu³⁺离子激活的红色发光材料的粉末x射线衍射图谱，与标准卡片pdf#36-0024完全一致，该标准卡片属于前驱体基质(ca3al2teo9)，结果表明：实施例3按照本发明制备方法得到eu³⁺离子激活的红色发光材料为单一物相，结晶度好。

参见附图6，为实施例3按照本发明制备方法得到eu³⁺离子激活的红色发光材料的激发光谱和发光光谱，激发光谱显示该eu³⁺离子激活的红色发光材料在紫外光、近紫外光和蓝光波长区间都有很好的激发；发光光谱显示该eu³⁺离子激活的红色发光材料呈现位于615nm的发射主峰，色度纯正。

本发明eu³⁺离子激活的红色发光材料的理论基础：

首先，本发明eu³⁺离子激活的红色发光材料的前驱体基质是碲铝酸钙ca3al2teo9，该前驱体基质的晶格有较高的强度，有利于发光的热稳定性，适合用作稀土离子的基质材料；

其次，该前驱体基质(ca3al2teo9)的晶格阳离子te⁴⁺带有特征的静电孤电子对，在三维晶格中有规律地分布，引起晶格的极化性能，有利于掺杂的稀土离子的能级劈裂，并实现有效的发光；

再次，对于本发明eu³⁺离子激活的红色发光材料的改造是：同时掺杂bi³⁺和eu³⁺离子，bi³⁺离子和te⁴⁺离子一样，bi³⁺离子同样具有特征的静电孤电子对，eu³⁺离子和bi³⁺离子分别对应部分替换ca²⁺离子和te⁴⁺离子的位置，使得晶格实现新的电中性平衡，bi³⁺离子的存在对eu³⁺离子的发光有极大的敏化作用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

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