[发明专利]宽带紫外激发的白色发光材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及发光材料领域，具体涉及宽带紫外激发的发光材料。

背景技术

近年来随着各种功能材料的广泛应用，对材料发光性质的研究不断深入，同时也由于白光发光器件(LED)、激光二极管(LD)、真空荧光显示器(VFDs)以及最近新发展最有潜力的场发射平板显示器(FEDs)等巨大市场需求，促进了人们对III-V和II-VI族半导体材料的研究。

ZnO是重要的半导体材料，在大气中不容易被氧化，具有很高的化学和热稳定性，激子束缚能大(激子束缚能为60meV，是ZnSe和GaN基材料的3倍)，禁带宽度约为3.36eV，室温下不易被热激发，容易实现受激发射，允许激子高温下复合，是制作与激子相关的光学器件中最有希望的材料。ZnO也是少数几种易于实现量子尺寸效应的氧化物半导体之一，可用作光电池、陶瓷、压敏、传感器、催化剂、发光材料等。

同时，ZnO是一种具有纤锌矿结构的六方晶体。根据能带结构，ZnO晶体内部的晶格缺陷或者是掺杂的杂质对它的电学和光学性质产生巨大的影响。ZnO晶体内的晶格缺陷例如氧缺陷、锌缺陷、锌间隙、氧反替位等等可以导致400-730nm的可见发射。近年来，在ZnO中掺杂非金属元素制备发光材料的研究引起了科学界的高度重视。由于氯、氧元素的电负性、原子半径等有较大差异，磷的掺杂可能引起ZnO体系的光电性质发生明显的改变。但是，磷的稳定性与生长温度之间存在明显的差异，在ZnO的制备过程中，P的掺杂是很困难的。本发明研究了一种新的简单的方法，利用该方法，P能顺利掺杂进入ZnO的晶格，并导致ZnO体系的光学性质发生明显的变化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种宽带紫外激发的白色发光材料。

本发明的另一个目的在于提供上述宽带紫外激发的白色发光材料制备方法。

一种宽带紫外激发的白色发光材料，其组成可用ZnO:xP:yMCl表示，其中，0.001≤x≤0.01，0≤y≤0.01；M为碱金属元素，选自锂、钠、钾，优选钠。

制备方法如下：

将含锌基质原料、碱金属氯化物和五氧化二磷充分研磨混合均匀，于700-800℃烧结1-2小时后研磨。其中含锌基质原料中的锌元素与五氧化二磷、碱金属氯化物的摩尔比为1∶(0.025-0.05)∶(0-0.1)。碱金属的氯化物选自LiCl、NaCl或KCl，优选NaCl。

所述含锌基质原料为硫化锌或者氧化锌和硫的混合物；氧化锌和硫的混合物中，氧化锌与硫的摩尔比为1∶1-1∶3。

本发明的宽带紫外激发的白色发光材料，以ZnO作为基质，磷的掺入可使激发光谱发生明显延伸到长波紫外光区。在300～380nm的宽紫外区有很强的吸收，在450～600nm有很强的发射。可选用MCI(M为碱金属)作为敏化剂，以起到较好的能量传递作用；而少量氯离子的存在可以提高载流子浓度，从而提高发光强度。特别是其LED长波紫外激发的性能使得该材料具有广泛的应用前景，可用于白色发光器件(LED)、激光二极管(LD)等。

本发明中采用研磨法结合空气氧化法，烧结温度低、稍加研磨即可得到超细高效的宽带紫外激发白色发光粉末材料，是简捷有效的方法。生产工艺简单、易操作，原料廉价易得，适合工业化生产。反应过程基本没有工业三废，属于绿色环保、低能耗高效益产业。所得产品具有很高的发光效率、粒径均匀微细，具有很高的化学、光学与热性能稳定性。

附图说明

图1为掺杂不同碱金属氯化物的宽带紫外激发白色发光材料XRD图

图2为掺杂不同碱金属氯化物的宽带紫外激发白色发光材料荧光光谱图

具体实施方式

以下通过实施实例进一步说明本发明。但应理解，这些实例只是示例性的，本发明不局限于此。

实施例1

称取0.025mol ZnS、0.0025mol NaCl和0.001mol P₂O₅，在通风橱中研磨混匀得前驱物，将以上前驱物置马弗炉700℃烧结1h后稍加研磨即得目标产物。能量分散X射线谱测定其组成为：ZnO:xP:yNaCl，x＝0.007，y＝0.006。平均粒径1-5um。

XRD图如图1所示，结果表明，样品主相为ZnO，即该发光材料以ZnO为基质。XRD测试条件：电压40kV，电流40mA，扫描速度8°/min。