[发明专利]一种二价铋离子掺杂红色荧光材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及红色荧光材料领域，特别涉及一种二价铋离子掺杂磷酸碱土金属（锶和钡）盐红色荧光材料及其制备方法。

背景技术

随着人类社会的发展，能源短缺和生态环境污染等成为威胁人类生存而必须面对和解决的问题。目前，大力推广与应用低能耗（目前照明光源的10-15%左右）、发光效率高（目前照明光源的8-10倍左右）、使用寿命长（目前照明光源的10倍左右）、不含有毒性的汞等性能的固态LED照明技术就是其中方案之一。近年来，固态LED照明已经广泛地应用在汽车、交通、军事及人们日常生活等领域。

目前商用的二基色白光LED主要是采用蓝光InGaN芯片激发Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺（YAG：Ce³⁺）黄色荧光粉。由于缺少红色荧光粉，使其在红色光谱区发光较弱，从而导致其色温偏高，显色指数偏低。为了解决这个局限，可以考虑在二基色白光LED中增加一种可被蓝色LED芯片激发的红色荧光粉，从而形成一种三基色（蓝、黄、红）的白光LED；商用的三基色白光LED主要是采用（近）紫外芯片激发红、蓝和绿荧光粉组成。所以说，白光LED必须具有：能被蓝光或者紫外光有效激发、耐紫外辐射、高的热淬灭温度、高的热稳定性等性能优良、发光效率高、无放射性、无毒、无害和对人体安全的红色荧光粉。

近十年来，可用于白光LED中的红色荧光粉被相继报道，如：铕、钐、镨等稀土离子掺杂的氮化物、氮氧化物、硅酸盐、铝酸盐等、四价锰离子掺杂铝酸盐等和二价铋离子掺杂的硫酸碱土金属盐和磷硼酸碱土金属盐等。其中，稀土掺杂的氮化物、氮氧化物发光性能优越，量子效率超过70%，已经得到了应用。但是氮化物、氮氧化物的制备条件通常比较苛刻，需要高温（＞1700℃）、高压（＞5个大气压）及特殊条件，这些条件对设备的要求很高，从而影响荧光粉的价格不能够降低，所以对制备方法简单易行的红色荧光粉的研究具有重要意义。

在1886年，Lecoq de Boisbaudran. C. R.报道Bi掺杂的硫酸碱土金属盐发红光现象，F. A. Kr?ger在1949年证实了这种现象，在1994年，Mariska. A分析这种红色光是由于二价铋离子引起的。随后人们先后研究了二价铋离子发红光现象，Srivastava. A在1998年报道了二价铋离子掺杂磷硼酸碱土金属盐；Peng. M. Y.在2009至2010年报道了二价铋掺杂磷酸碱土金属盐和磷硼酸碱土金属盐，发现二价铋离子具有紫外和蓝光区域吸收，红光发射。通常，二价铋离子主要是代替基质（如：磷酸盐、硫酸盐及磷硼酸盐）中的钡或锶离子。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种二价铋离子掺杂磷酸碱土金属（锶和钡）盐红色荧光材料，具有在紫外光和蓝光谱区吸收，在紫外和蓝光激发下，具有覆盖550 ～ 750 nm 区间和发光中心分别在约654和680 nm红色荧光，其荧光寿命为约10微秒，其荧光具有良好的抗热淬灭特性。

本发明的另一目的在于提供上述二价铋离子掺杂磷酸碱土金属（锶和钡）盐红色荧光材料的制备方法。本发明是利用价格低廉的铋离子作为激活离子，在空气气氛下，采用高温固相法制备具有良好的抗热淬灭特性的二价铋离子掺杂二价铋离子掺杂磷酸碱土金属（锶和钡）盐红色荧光材料。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

二价铋离子掺杂磷酸碱土金属（锶和钡）盐红色荧光材料，该红色荧光材料属三斜晶系，按元素摩尔比R：P：Bi = (3-x)：4：x，其中0.001 ≤ x ≤ 0.1，R表示为：锶(Sr)和或钡(Ba)。

二价铋离子掺杂磷酸碱土金属（锶和钡）盐红色荧光材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）称取原料：按元素摩尔比R：P：Bi = (3-x)：4：x，其中0.001 ≤ x ≤ 0.1，R表示为：锶(Sr)和或钡(Ba)，分别准确称取含有碱土金属（锶和钡）的化合物原料、含铋化合物原料及含磷化合物原料；

（2）预烧：步骤（1）称取的原料经过研磨混匀后，在温度为 300～500℃下预烧3 ～ 5小时；

（3）烧制：将预烧后的样品取出，再次研磨混匀后，在温度为800 ～ 1000℃下烧制3 ～ 6小时，随炉冷却至室温，即可制得化学组成为R_(3-x)P₄O₁₃:xBi²⁺的二价铋离子掺杂磷酸碱土金属（锶和钡）盐红色荧光粉。