[发明专利]一种蓝光和近紫外激发型一维全色纳米荧光粉的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种蓝光和近紫外激发型一维全色纳米荧光粉的制备方法，属于发光材料制备技术领域。

背景技术

固态照明是通过半导体发光二极管（LED）制造照明光源的技术，具有绿色环保、耐候性好、理论光效率高、节能、寿命长、色彩丰富、响应速度快、易于微型化和免维护等显著优点，因而被誉为继白炽灯、荧光灯和节能灯之后的新一代光源，有望取代传统照明光源，具有十分广阔的应用前景。基于目前LED技术发展和生产成本，白光LED获得的途径主要采用近紫外或蓝光LED单芯片配合三基色荧光粉进行光转换的方法来实现，是目前半导体固态照明工程的发展主体。荧光粉材料是影响白光LED发光效率、发光强度、使用寿命、显色指数、灯光色温等光源主要指标的关键材料之一。

针对已商业化的三基色荧光粉存在的普遍问题，人们开发出了单基质全色荧光粉，但随着研究的深入和广泛的应用，人们发现单基质全色荧光粉存在以下问题：(1).全色荧光粉主要集中在紫外或近紫外LED激发型，而蓝光LED激发型相对比较匮乏，与当前蓝光LED芯片为主流的趋势不符；(2).荧光粉激发光谱与LED发射光谱不能很好的匹配，从而导致光转化效率低、光损耗大、直接影响白光LED的光强;(3).三基色的峰强度比不合适，存在红色成分缺乏或不足等现象，影响白光LED的显色指数，达不到照明的要求；(4).量子效率和发光强度提升空间偏低，为了弥补这些不足之处，国内外采用的方法是下述三种：

(1).提高活性中心离子浓度；

(2).共掺杂在近紫外区或蓝光区具有比较强的吸收的敏化剂离子，比如Tb³⁺、Sm³⁺、Dy³⁺、Ce³⁺、Bi³⁺等；

(3).根据晶体场理论，通过阳离子或者阴离子多元掺杂形成固溶体改变活性中心离子周围的晶场环境来达到宽化其吸收带、加强荧光粉在近紫外或蓝光区吸收。

这些方法可以提高荧光粉量子效率和发光强度，但其提升空间仍然有限，究其根本原因是因为目前全色荧光粉的基质多为微米级颗粒，本身不发光，对改善发光性能的作用小，同时受猝灭浓度低的影响，导致荧光粉的量子效率和发光强度可改善的空间较小。于是人们开始大力研究纳米尺寸的全色荧光粉及其制备方法，大量研究表明，相对于体相材料，纳米尺寸的材料具有优异的光学性能，其发光性能可以通过控制纳米材料的尺度和缺陷浓度来调节。作为发光材料基质，发现其发光效率、荧光强度、猝灭浓度、荧光寿命和辐射跃迁速率等都有显著的提高。纳米材料大量缺陷的形成能与活性中心离子之间能够形成能量传递，从而使纳米基质与活性中心离子之间形成能量传递，使其为荧光粉的发光做出贡献，但同时也发现这些缺陷在成为辐射中心的同时，也充当了无辐射跃迁的通道，提高了纳米颗粒的无辐射跃迁速率，降低了零维纳米颗粒中稀土离子的电子跃迁速率和量子效率。目前，纳米基质荧光粉的研究主要集中在纳米颗粒方面，研究观察到了发光效率提高、荧光增强，以及在纳米晶中稀土离子的猝灭浓度比体相材料提高等现象，但同时也发现无辐射跃迁提高得比较显著，导致量子效率降低。其主要原因是纳米颗粒是三个维度上的受限体系，对其表面存在大量的表面缺陷难以有效控制。适当的制备方法为控制纳米材料表面缺陷提供了可能。

传统全色荧光粉普遍采用高温固相法，此方法存在掺杂浓度低、掺杂均匀性和颗粒尺寸均匀性差、烧结温度高、能耗大、成本较高、难以形成纳米级基质等缺陷。微/纳米颗粒三基色荧光粉的制备一般采用溶胶-凝胶法，虽然溶胶-凝胶法具有：(a)操作温度低；(b)易于准确控制掺杂量；(c)能避免实验中杂质的引入，保持样品的纯度；(d)前驱液在低温下混合，能在分子水平上达到高度的均匀性等优点，但是也存在下述不足：(a)整个溶胶－凝胶过程所需时间较长，常需要几天或几周；(b)最终产品的获得还需要煅烧过程才能获得，增加了生产周期和成本；(c)凝胶中存在大量微孔，在煅烧过程中又将会逸出许多气体及有机物等有害气体，并产生收缩和团聚，煅烧后颗粒长大，烧结性能差。（d）所制得的荧光粉为颗粒状，表面缺陷难以控制。而水热法是近年来发展起来的用于制备一维纳米材料的新方法，具有：(a)操作简便；(b)原料转化充分；(c)能够形成特殊的高温高压环境，使通常难溶或不溶的物质溶解并进行重结晶等特点，通过控制原材料摩尔比，反应温度，反应时间和填充度等条件能够很方便的大规模合成直径分布均匀的一维纳米材料，但目前采用水热法制备荧光粉的研究比较少，主要是因为水热法一般是在高温高压下进行的，对设备要求也就相对较高，技术难度大，安全性能差。