[发明专利]一种碱土金属硅酸盐荧光材料及其制备方法

说明书

 

技术领域

本发明属于发光材料技术领域，尤其涉及紫外到蓝光宽谱激发的稀土掺杂的碱土金属硅酸盐荧光材料，及其制备方法。

 

背景技术

白光LEDs具有低电压、低能耗、长寿命、高可靠性、易维护等优点，符合节能与环保的要求。随着亮度增加和价格降低，白光LED在通用照明领域的市场潜力越来越大。目前生产制造白光LED的主流方式是用蓝光芯片加黄色荧光材料。目前已商品化的产品仅有二波长蓝光单晶片加上YAG黄色荧光材料， 此类白光LED由于缺乏红色及绿色的成分造成显色指数低，及色温偏高等不足。而目前改进的方法主要有两种，一种是加入红色和绿色蓝光激发的荧光材料，满足白光的要求，另一种是开发紫外激发红绿蓝三波段的单一基质或混合材料的荧光材料。这也将是未来新型荧光材料开发的一个侧重点。

对于稀土掺杂的荧光材料，早期多使用掺杂Eu2+的硫化物，但是其稳定性较差，新近出现了掺杂Eu²⁺的硅氮化合物，可有效的被蓝光激发而发射红光，稳定性也好，但是其制造成本高，制备过程复杂，生产成本高，商业化还很困难。

碱土金属硅酸盐作为发光荧光材料的基质，具有物理化学稳定性强，结构丰富，原料价格低廉，制造成本低，一直被认为是优良的荧光材料基质材料。在碱土硅酸盐基质材料中掺杂少量的过渡金属离子或稀土离子为发光中心，如使用Eu²⁺作为激活剂时，其吸收和发射带是由4f_n4f_n-1?5d₁跃迁引起的。由于5d轨道裸露在外层，受周围所处的晶体环境影响大，从目前的报道来看，这一领域仍有很大的开发范围。 

本发明人在这种情况下，针对含有光学活性元素的M、R、Ba、Sc、Si、O,（其中，M为选自Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu中的至少一种元素;R为选自Sr、Ca、Mg的一种或两种元素的荧光材料反复地进行了深入的研究，结果发现具有特定组成范围和结晶相的物质可以成为能被290nm 到450nm 左右激发，发射出不同的蓝紫光，绿光，黄光，红绿光等不同颜色波段的荧光材料。即发现Ba_aR_bSc₂Si₆O₂₄(其中，R为Sr、Ca、Mg中的至少一种的混合固溶体)结晶相中，添加M(其中，M为选自Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu中的至少一种元素;)作为发光中心的结晶可以成为具有蓝紫光或者绿光、黄光，红绿光的发光荧光材料。

Ba₉Sc₂Si₆O₂₄结晶相是在高温下烧成的一种层状结构的化合物，由L.-H. Wang等人在1994年合成而出的。并利用x射线衍射计算了结晶相指数。其详细情况在本申请前的已经在学术文献中详细报道过（参照非专利文献1）。

此后，Tomoyuki Nakano等人提出了，Eu²⁺掺杂Ba₉Sc₂Si₆O₂₄具有发射绿光的特性，在此基础上，Sr，Ca，Mg部分代替Ba,形成的固溶体(Ba_1-xR_x)₉Sc₂Si₆O₂₄的不同稀土掺杂的发光性能并未报道。我们研发了不同掺杂,不同配比的多色荧光材料。

非专利文献1 L.-H. Wang等4人《Journal of Solid State Chemistry》，1994年、113卷，211-214页。

非专利文献2 Tomoyuki Nakano等6人《Journal of Luminescence》，2008年、129卷，1654-1657页。