[发明专利]一种含稀土的功能材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，特别是涉及一种含稀土掺杂功能材料的化学组成及其制备方法。

背景技术

白光发光二极管被称为是继白炽灯、荧光灯、高强度放电灯后的第四代照明光源，与传统照明光源相比具有节能、寿命长、无污染、效率高、体积小、响应速度快、驱动电压低等各种优点，被广泛应用到手机、显示器的背光源、指示灯、各种照明、广告牌、交通信号灯等方面，越来越受到人们的重视。

通常使LED发白光的方法是用发光半导体芯片与某些荧光物质组合，该方法目前主要使用的技术是用460nm的蓝光激发YAG黄色荧光材料，但是因发射光中缺乏红光成分，进而限制了该荧光材料在高性能照明领域的应用。因此，亟需一种可以被蓝光激发，能够发射橙光或红光，且较目前YAG黄色荧光材料有更为优异性能的功能材料。以硅酸盐为基质的功能材料可以有效地被460nm蓝光激发，发射橙黄光到橙红光，提高了显色指数；而且硅酸盐类荧光物质有较宽的激发波段和发射波段，但是该类材料存在发光强度不高和稳定性相对较差的问题。本专利提供一种可被460nm蓝光有效激发的含稀土的功能材料，该材料通过调节化学组成可以发射的光谱范围从橙黄光到橙红光，而且该功能材料有较高的发光强度和稳定性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可被蓝光激发的、可以发出肉眼可见的570nm~610nm光的含稀土的新型功能材料以及该功能材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种稀土掺杂功能材料，具体组成为M_3-a-xN_aSi_1+bO_5+2b-0.5cX_c﹕xEu，其中M为选自Mg、Ca、Sr或Ba中的一种或一种以上元素的组合，N为Ti或Zr中的一种或两种元素的组合，X为F、Cl、Br或I中的一种或一种以上元素的组合；其中a、b、c、x为摩尔分数，且0<a≤0.25，0≤b≤0.2，0≤c≤1.0，0<x≤0.3。

上述的功能材料的化学组成中，优选地，M为Sr或Ba或它们的组合，N为Ti或Zr或它们的组合，X为F或Cl或它们的组合；或者M至少含有Sr，N至少含有Zr，X至少含有Cl；或者M至少含有Ba，N至少含有Zr，X至少含有Cl；或者M至少含有Sr，N至少含有Ti，X至少含有Cl；或者M至少含有Ba，N至少含有Ti，X至少含有Cl；a、b、c、x为摩尔分数，其中0<a≤0.25，0≤b≤0.2，0≤c≤1.0，0<x≤0.3。

制备上述功能材料的方法主要包括如下步骤：

（1）按化学式计量比称取相应的原料用量，再称取原料总质量的0.5~8%的助熔剂，混匀并充分研磨；

（2）将上述原料置于高温炉中，在还原气氛下预烧，预烧温度为800~1200℃，预烧时间为1~5小时；然后温度升至1300~1500℃进行高温焙烧，高温焙烧时间3~10小时，控制升温速率5~10℃/min；

（3）待上述烧结物在还原气氛中温度降至室温，将该烧结物破碎，用去离子水洗涤，然后在110~150℃温度下烘干，即得所需功能材料。

在所述步骤（1）中所用的原料为相应元素的碳酸盐、硝酸盐、醋酸盐、氧化物或卤化物。

在所述步骤（1）中所用的助熔剂为H₃BO₃、碱金属卤化物、碱金属碳酸盐和卤化铵中的一种或几种的组合，用量为原料总质量的1~5%。

在所述步骤（2）中还原气氛为碳粉、CO气氛或含H₂体积分数为60%~100%的氢氮混合气。

在所述步骤（2）中预烧温度优选为1000~1200℃，预烧时间优选为2~4小时，高温焙烧温度优选为1300~1400℃，高温焙烧时间优选为4~8小时。

本专利提出的组成中，用一种碱土金属（如Ba）少量取代另一种碱土金属（如Sr）可以在晶格中形成不同于主体晶格格位的其它晶体格位。少量的异种晶体格位产生的发光会调节主晶格位发光，使其发生轻微的红移或蓝移，红移或蓝移的程度与共掺杂元素的比例有关。卤素化合物的加入一方面可以作为助熔剂降低焙烧温度，优化晶粒生长过程，细化晶粒，使晶粒球化；另一方明可以影响晶格参数，使晶格产生畸变，从而调节发光波长。Ti、Zr等高化合价金属进入晶格中，为了满足其周围的电荷平衡而会出现一定的氧空位，适量浓度的氧空位可作为敏化剂促进能量转移，从而提高发光强度。