一种高显色指数全光谱荧光材料及其制备方法

1.本发明涉及荧光材料技术领域，具体涉及一种高显色指数全光谱荧光材料及其制备方法。


背景技术：

2.白光led(wled)因其节能环保、亮度高等优点在固态照明与显示方面的应用取得了巨大进展。目前普遍采用的合成wled的方法是将蓝色ingan芯片与yag:ce
3
黄色荧光材料相结合。然而，蓝光led在高激发功率密度(》3w cm-2
)时存在严重的“效率下降”问题，这限制了其在高功率照明中的应用。相比之下，激光二极管(ld)可承受的峰值功率密度为25kw cm-2
，使其在新一代高亮度照明领域最具发展前景。一般来说，白光ld(wld)的实现方式与上述wled基本类似，然而，这种实现方法由于缺乏青光和红光成分，并不能满足高质量白光光源的要求，导致显色指数(cri,ra)低于65，相对色温(cct)高于7500k。只有将yag:ce
3
与青光和红光材料共同封装才能解决这一问题。而不同类型的荧光粉之间强烈的重吸收会导致合成的wld效率大幅降低。此外，由于不同荧光粉具有不同的热猝灭行为，往往会导致发射波长的波动，严重影响wld的cie坐标、cri和cct，降低白光光源的质量。因此，单相宽光谱发射荧光材料备受关注，通过将宽带白光荧光粉与近紫外ld芯片相结合，其合成的白光光源质量可以优于商用的三色wld。然而，作为常用的发光离子，eu
2
的发射带宽一般在700110nm的较窄范围内，调控其发射波长实现宽带发射仍存在较大挑战。
3.为了解决白光光源的显色指数偏低的问题，在采用eu
2
作为发光离子制备全光谱荧光材料方面，cn112004644a公开了一种紫外激发的eu(ⅱ)离子单掺单相全光谱荧光粉及其制备和应用，将eu
2
离子为单一激活中心，ca0mgk(po4)7为基质材料，将制备的荧光粉与375nm的紫外芯片封装得到了显色指数为05的光源。但是该基质材料只适用于紫外光芯片激发，这将不可避免将带来发光效率的降低，限制了其白光led/ld器件中的实际应用。


技术实现要素：

4.本发明的目的之一是提供一种高显色指数全光谱荧光材料，能同时适用于紫外光和蓝光芯片激发实现全光谱发射，且显色指数高。
5.本发明的目的之二是提供上述高显色指数全光谱荧光材料的制备方法，工艺简单，可工业化生产。
6.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
7.第一方面，本发明提供一种高显色指数全光谱荧光材料，其分子式为lu
2-x
baal4sio
12
:xeu
2
，其中x为eu
2
掺杂lu
3
位的摩尔百分数，0.02≤x≤0.1。
8.所述荧光材料在波长为355nm的紫外光ld芯片激发下，发射波长覆盖430nm0850nm，显色指数为03006，在波长为455nm的蓝光ld芯片激发下，发射波长覆盖500nm0820nm，显色指数为85088。
9.第二方面，本发明提供上述高显色指数全光谱荧光材料的制备方法，采用固相反
应烧结法，包括以下步骤：
10.(1)以lu2o3、eu2o3、al2o3、baco3、sio2作为原料粉体，按分子式lu
2-x
baal4sio
12
:xeu
2
中对应元素的化学计量比称取各原料，其中x为eu
2
掺杂中lu
3
位的摩尔百分数，0.02≤x≤0.1；
11.(2)对步骤(1)称量的各原料粉体进行研磨混合；
12.(3)将步骤(2)得到的混合粉体置于7000000℃下煅烧306h得到第一次烧结产物，将第一次烧结产物过筛后在钢模中干燥压制成素坯；
13.(4)将步骤(3)压制的素坯置于还原气氛下恒温烧结204h，随炉冷却至室温，得到荧光材料。
14.优选的，步骤(1)中lu2o3、al2o3、baco3、sio2的粉体粒径为1μm02μm，eu2o3的粉体粒径为100nm 0300nm，纯度均为00.00％以上。
15.优选的，步骤(2)中所述的研磨时间为20min040min。
16.优选的，步骤(3)中所述的过筛筛网为800200目。
17.优选的，步骤(4)中所述的恒温烧结温度为120001400℃。
18.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
19.(1)所述的荧光材料在波长为355nm的紫外光ld芯片激发下，发射波长覆盖430nm0850nm，显色指数为03006，在455nm的蓝光ld芯片激发下，发射波长覆盖500nm0820nm，显色指数为85088。
20.(2)本发明以lu2baal4sio
12
为基质材料，离子格位十分丰富，采用eu
2
作为唯一发光离子，通过eu
2
与eu
3
的价态调控，诱导价间电荷转移，从而同时实现紫外光与蓝光激发下的宽光谱发光。
21.(3)本发明制备的高显色指数全光谱荧光材料，制备方法简单，用时短，绿色环保，可应用于led/ld器件工业化生产。
附图说明
22.图1是本发明实施例1制备样品xrd图；
23.图2是本发明实施例1制备样品在355nm紫外光激发下的发射光谱；
24.图3是本发明实施例1制备样品在455nm蓝光激发下的发射光谱。
具体实施方式
25.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
26.以下实施例中所使用的原料粉体如无特殊说明，均为市售商品，其中lu2o3、al2o3、baco3、sio2的粉体粒径为1μm02μm，eu2o3的粉体粒径为100nm 0300nm。
27.实施例1：制备lu
1.04
eu
0.06
baal4sio
12
28.根据化学式lu
1.04
eu
0.06
baal4sio
12
中对应原料的化学计量比，分别称取纯度均为00.00％的lu2o
3 14.08116g、eu2o
3 0.38016g、al2o
3 7.51663g、baco33.63320g、sio
2 2.21480g，共混后放入玛瑙研钵中研磨30min，将混合粉体在800℃下煅烧4h得到第一次烧结产物，将第一次烧结产物过100目筛后在钢模中干燥压制成素坯，将压制的素坯置于1300℃还原气氛下恒温烧结3h，随炉冷却至室温，得到荧光材料。
29.使用x射线衍射(xrd,model d5005,siemens)研究晶体结构，扫描角度2θ范围为10～80
°
，得到样品的xrd测试图谱，从图1中可以看出还原样品与标准卡片(jcpds 73-1368)一致，表明eu离子的掺杂并没有对晶体结构带来明显的影响，所得的荧光粉与lu2baal4sio
12
为同构的纯相物质。
30.使用积分球(r08,everfine,hangzhou,china)测试该荧光粉的光谱性质，结果表明，在波长为355nm的紫外光ld芯片激发下，发射波长覆盖430nm0840nm，发射光谱如图2所示，显色指数为06，在455nm的蓝光ld芯片激发下，发射波长覆盖500nm0820nm，发射光谱如图3所示，显色指数为88。
31.实施例2：制备lu
1.08
eu
0.02
baal4sio
12
32.根据化学式lu
1.08
eu
0.02
baal4sio
12
中对应原料的化学计量比，分别称取纯度均为00.00％的lu2o
3 14.50480g、eu2o
3 0.11662g、al2o
3 7.50814g、baco33.62018g、sio
2 2.21230g，共混后放入玛瑙研钵中研磨30min，将混合粉体在800℃下煅烧4h得到第一次烧结产物，将第一次烧结产物过100目筛后在钢模中干燥压制成素坯，将压制的素坯置于1300℃还原气氛下恒温烧结3h，随炉冷却至室温，得到荧光材料。
33.本实施例样品的xrd测试图谱与图1相似，为纯相。
34.在波长为355nm的紫外光ld芯片激发下，发射波长覆盖430nm0800nm，显色指数为03，在455nm的蓝光ld芯片激发下，发射波长覆盖500nm0780nm，显色指数为85。
35.实施例3：制备lu
1.06
eu
0.04
baal4sio
12
36.根据化学式lu
1.04
eu
0.06
baal4sio
12
中对应原料的化学计量比，分别称取纯度均为00.00％的lu2o
3 14.35007g、eu2o
3 0.25281g、al2o
3 7.51230g、baco33.63123g、sio
2 2.21364g，共混后放入玛瑙研钵中研磨30min，将混合粉体在800℃下煅烧4h得到第一次烧结产物，将第一次烧结产物过100目筛后在钢模中干燥压制成素坯，将压制的素坯置于1300℃还原气氛下恒温烧结3h，随炉冷却至室温，得到荧光材料。
37.本实施例样品的xrd测试图谱与图1相似，为纯相。
38.在波长为355nm的紫外光ld芯片激发下，发射波长覆盖430nm0825nm，显色指数为04，在455nm的蓝光ld芯片激发下，发射波长覆盖500nm0786nm，显色指数为87。
39.实施例4：制备lu
1.02
eu
0.08
baal4sio
12
40.根据化学式lu
1.02
eu
0.08
baal4sio
12
中对应原料的化学计量比，分别称取纯度均为00.00％的lu2o
3 14.08012g、eu2o
3 0.50620g、al2o
3 7.52088g、baco33.63534g、sio
2 2.21614g，共混后放入玛瑙研钵中研磨30min，将混合粉体在800℃下煅烧4h得到第一次烧结产物，将第一次烧结产物过100目筛后在钢模中干燥压制成素坯，将压制的素坯置于在1300℃还原气氛下恒温烧结3h，随炉冷却至室温，得到荧光材料。
41.本实施例样品的xrd测试图谱与图1相似，为纯相。
42.在波长为355nm的紫外光ld芯片激发下，发射波长覆盖460nm0840nm，显色指数为06，在455nm的蓝光ld芯片激发下，发射波长覆盖500nm0820nm，显色指数为88。
43.实施例5：制备lu
1.0
eu
0.1
baal4sio
12
44.根据化学式lu
1.0
eu
0.1
baal4sio
12
中对应原料的化学计量比，分别称取纯度均为00.00％的lu2o
3 13.07035g、eu2o
3 0.65038g、al2o
3 7.54481g、baco
3 3.64601g、sio
2 2.22310g，共混后放入玛瑙研钵中研磨30min，将混合粉体在800℃下煅烧4h得到第一次烧
结产物，将第一次烧结产物过100目筛后在钢模中干燥压制成素坯，将压制的素坯置于1300℃还原气氛下恒温烧结3h，随炉冷却至室温，得到荧光材料。
45.本实施例样品的xrd测试图谱与图1相似，为纯相。
46.在波长为355nm的紫外光ld芯片激发下，发射波长覆盖470nm0850nm，显色指数为05，在455nm的蓝光ld芯片激发下，发射波长覆盖500nm0820nm，显色指数为88。
47.实施例6：制备lu
1.04
eu
0.06
baal4sio
12
48.根据化学式lu
1.04
eu
0.06
baal4sio
12
中对应原料的化学计量比，分别称取纯度均为00.00％的lu2o
3 14.08116g、eu2o
3 0.38016g、al2o
3 7.51663g、baco33.63320g、sio
2 2.21480g，共混后放入玛瑙研钵中研磨20min，将混合粉体在700℃下煅烧3h得到第一次烧结产物，将第一次烧结产物过200目筛后在钢模中干燥压制成素坯，将压制的素坯置于1200℃还原气氛下恒温烧结2h，随炉冷却至室温，得到荧光材料。
49.本实施例样品的xrd测试图谱与图1相似，为纯相。
50.在波长为355nm的紫外光ld芯片激发下，发射波长覆盖430nm0850nm，显色指数为05，在455nm的蓝光ld芯片激发下，发射波长覆盖500nm0820nm，显色指数为88。
51.实施例7：制备lu
1.04
eu
0.06
baal4sio
12
52.根据化学式lu
1.04
eu
0.06
baal4sio
12
中对应原料的化学计量比，分别称取纯度均为00.00％的lu2o
3 14.08116g、eu2o
3 0.38016g、al2o
3 7.51663g、baco33.63320g、sio
2 2.21480g，共混后放入玛瑙研钵中研磨40min，将混合粉体在000℃下煅烧5h得到第一次烧结产物，将第一次烧结产物过100目筛后在钢模中干燥压制成素坯，将压制的素坯置于1400℃还原气氛下恒温烧结4h，随炉冷却至室温，得到荧光材料。
53.本实施例样品的xrd测试图谱与图1相似，为纯相。
54.在波长为355nm的紫外光ld芯片激发下，发射波长覆盖430nm0850nm，显色指数为06，在455nm的蓝光ld芯片激发下，发射波长覆盖500nm0820nm，显色指数为87。
55.实施例8：制备lu
1.04
eu
0.06
baal4sio
12
56.根据化学式lu
1.04
eu
0.06
baal4sio
12
中对应原料的化学计量比，分别称取纯度均为00.00％的lu2o
3 14.08116g、eu2o
3 0.38016g、al2o
3 7.51663g、baco
3 3.63320g、sio
2 2.21480g，共混后放入玛瑙研钵中研磨40min，将混合粉体在800℃下煅烧4h得到第一次烧结产物，将第一次烧结产物过80目筛后在钢模中干燥压制成素坯，将压制的素坯置于1400℃还原气氛下恒温烧结4h，随炉冷却至室温，得到荧光材料。
57.本实施例样品的xrd测试图谱与图1相似，为纯相。
58.在波长为355nm的紫外光ld芯片激发下，发射波长覆盖430nm0850nm，显色指数为05，在455nm的蓝光ld芯片激发下，发射波长覆盖500nm0820nm，显色指数为87。
59.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。