[发明专利]一种白光LED用含氮硅酸盐黄绿色发光材料及其制备

说明书

技术领域

本发明属于稀土发光材料领域。特别涉及一种用于白光LED的新型二价铕掺杂的含氮硅酸盐固溶体基黄绿色发光材料及其自还原制备法。

背景技术

LED被认为是21世纪的高效新型光源，具有寿命长、发光效率高、环保及节能等特点。已广泛应用于城市照明，电子通讯设备、汽车等照明领域。其中白光LED照明占整个LED的约50%。LED光源的发展对节能环保的绿色能源具有重要意义。

目前实现白光的LED的途径主要是通过荧光粉转换方式获得，常见的有蓝光LED芯片与黄色荧光粉的组合获得白光，另一种是采用紫外或近紫外LED芯片与红绿蓝混合粉或单一基质的荧光粉获得。目前用于LED荧光粉的类型众多，主要集中在Eu²⁺和Ce³⁺离子掺杂的铝酸盐系、硫化物系、钼酸盐系、钨酸盐，硅酸盐系，氮化物以及氧氮化物等。氮化物系和硅酸盐系发光材料具有物理化学性质稳定、耐紫外光轰击、无污染、光转化效率高和宽谱激发等优点。由于氮化物基质的发光材料制备条件非常苛刻，合成温度很高，一般在约在1600℃左右，这限制了它的应用。其中硅酸盐系发光材料由于原料来源容易、成本低、制备条件合适而受到重视。

硅酸盐系发光材料的制备方法主要采用固相法和溶胶凝胶法等，而且掺杂Eu²⁺的荧光粉在制备过程中必须通过一定的还原方式将Eu³⁺还原成Eu²⁺，如氢气还原、氨气还原或者碳粉还原等。这些方法既不方便，也不安全。

发明内容

本发明的目的是提供一种与近紫外光LED芯片组合的新型稀土Eu²⁺掺杂的用于白光LED的含氮硅酸盐固溶体基黄绿色发光材料，通过硅酸盐基质中固溶的氮原子显著提高了所得发光材料的发光强度。

本发明还提供了一种采用氮化硅的自还原作用，在无氢气还原作用的条件下获得Eu²⁺掺杂的含氮硅酸盐固溶体基发光材料的制备方法。该方法简单，安全，发光强度高。

本发明的含氮硅酸盐固溶体基发光材料的化学组成可表达为：

Ca₃Si₃(O_9-xN_x):Eu²⁺

式中，3≤x≤5

本发明提出的白光LED用黄色发光材料Ca₃Si₃(O_9-xN_x):Eu²⁺的制备方法包括以下特征和步骤：

（1）溶解凝胶法制备硅酸盐前躯体

①     以硝酸钙（CaN₂O₆·4H₂O）、硝酸铕（EuN₃O₉·6H₂O）正硅酸乙酯（C₈H₂₀O₄Si）、氮化硅为原料，其中氮化硅包括不同粒度级别的粉体（微米级、亚微米级和纳米级）。先按照Ca₂SiO₄:Eu³⁺的化学计量比称取相应原料，将CaN₂O₆·4H₂O和EuN₃O₉·6H₂O溶于一定比例的酒精与水的混合液中（酒精与水的体积比为1~3:1），搅拌均匀形成硝酸钙和硝酸铕的混合液，再调节溶液的pH值到2~4, 加入C₈H₂₀O₄Si，搅拌2小时，形成澄清的溶胶。将溶胶放入50~80℃的水浴中加热3~6小时，形成透明的干凝胶。将干凝胶在100~120℃下干燥至少12小时后，即得到所需的前驱体。

②      将烘干的前驱体研磨后放入坩埚内，在电阻炉中，空气环境下于1100℃焙烧，保温2小时后随炉子冷却，得到Ca₂SiO₄:Eu³⁺硅酸盐产物。

（2）Ca₃Si₃(N_xO_9-x):Eu²⁺的制备