[发明专利]一种光色可调的掺杂稀土离子的天然硅灰石发光材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种光色可调的掺杂稀土离子的天然硅灰石发光材料及其制备方法和应用，所述发光材料是采用未经任何改性处理的天然硅灰石矿物为基质，再通过固相热扩渗工艺将稀土离子渗透到天然硅灰石矿物的晶格中制备而成，所述稀土离子与天然硅灰石矿物的物质的量比为0.005‑0.20：1；本发明使用天然硅灰石作为基质，降低了成本，同时提高了天然矿物的附加值；本发明的制备方法工艺简单、能耗低，适于工业化生产及应用，本发明通过引入不具发光性能的La³⁺离子对基质晶格环境进行改变，实现Eu离子发光中心的重排，改变发光颜色，通过本发明制备的发光材料具备良好发光特性和稳定性的光转换材料，可广泛地应用于光学领域。

技术领域

本发明涉及矿物功能材料和稀土发光材料技术领域，具体是一种光色可调的掺杂稀土离子的天然硅灰石发光材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，固态照明光源发光二极管（LED）由于其使用寿命长、高效、节能、绿色环保无污染等优点，受到世界各国的广泛关注。目前，白光获得的主要途径是将LED芯片与荧光粉组合，利用LED芯片激发荧光粉混合形成白光。具体方式为：（1）蓝光LED芯片激发发射黄光的荧光粉；（2）用近紫外LED芯片激发红、绿、蓝三种荧光粉。由于蓝光芯片激发的荧光粉需要吸收的波长为420~470nm的可见光，符合该条件的荧光粉较少。而紫外光波长小、能量高，受激发产生可见光的荧光粉种类较多，且发光性质稳定，故紫外LED芯片+三基色荧光粉的方式实现白光具有优秀的发展前景。

但是，红、绿、蓝三种荧光粉的混合，存在相互间颜色再吸收和配比调控问题，引起光色不纯。近年来，单一基质多发光中心的荧光粉受到广泛关注。该类型荧光粉在同一基质中存在多个发光中心，受到激发后可以实现多种颜色的发光，通过对发光中心的合理调控，可以在单一基质中产生白光，不仅光谱可调，而且发光效率高，材料利用率高。据文献报道可知，在α-CaSiO₃ 晶格中，Ca离子具有7种不同的格位，可以为稀土离子提供不同的局域占位环境，是制备单一基质多发光中心荧光粉的良好基质。但文献报道的α-CaSiO₃基质荧光材料，α-CaSiO₃通过高纯化学试剂人工合成，不仅成本高，而且需要精确控制合成工艺参数，目标产物量少，不适合工业化生产。自然界普遍存在天然硅灰石矿物，主相为三斜晶系的α-CaSiO₃，同时含有少量的方解石和石英，以及微量杂质矿物。其具有良好的化学稳定性，在25℃的中性水中溶解度为0.095mg/L。一般情况下耐酸、耐碱、耐化学腐蚀。在地壳中储量大，分布广，主要用作造纸、陶瓷、水泥、橡胶、塑料等的原料或填料，气体过滤材料和隔热材料，冶金的助熔剂等。因此，以天然硅灰石作为发光材料基质，对其进行功能化研究，对于提高天然硅灰石矿物资源的高附加值化利用具有十分重要的意义。

天然硅灰石作为发光材料基质的结构优势：（1）属于三斜晶系，结构由2层[ SiO₄]四面体链夹一层[ CaO₆]八面体链构成三链型结构单元，沿b轴无限延伸，沿a轴堆垛而成。硅为四面体配位，形成较大的空位（即点阵位置），这一结构特点为稀土离子的进入提供了条件。（2）由于天然硅灰石矿物存在同质多晶体，Ca离子格位复杂，所占位置晶格环境各不相同，当掺入的稀土离子占据不同的Ca格位时，由于发光中心基质晶格环境的差异会带来发光颜色的变化，可实现光谱调控。（3）天然硅灰石中含有少量碱金属钾钠等离子，可作为烧结助剂促进高温时稀土离子扩散。目前，尚未发现有以天然硅灰石为基质，共掺杂Eu和La稀土离子制备光色可调的发光材料的专利申请。因此，本发明提出一种光色可调的掺杂稀土离子的天然硅灰石发光材料及其制备方法与应用。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述问题，提供一种光色可调的掺杂稀土离子的天然硅灰石发光材料的制备方法和应用。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：