[发明专利]一种纤维规则排布的CaSi2O2N2:Eu2+荧光纤维膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于大功率白光LED用荧光材料领域，特别涉及一种纤维规则排布的CaSi₂O₂N₂：Eu²⁺荧光纤维膜的制备方法。

背景技术

作为新一代照明光源，白光LED正在向高效率和大功率方向发展。由于目前通用的白光实现方式是利用蓝光芯片加黄色荧光体转换的方法，荧光粉发光强度的热衰减成为制约白光LED向大功率发展和规模化推广的瓶颈问题。

传统的封装方式中将荧光粉放置在反射杯中，一部分发光粉的发射光对着芯片并被芯片吸收，无法在LED出光方向射出，导致出光效率不高。特别是在大功率LED领域，由于散热不好更易导致器件温度上升、光衰、色漂移、均一性差等诸多问题。

LED远程荧光粉器件是将荧光粉附着在基板(通常是硅橡胶)上，与蓝光LED光源分开，从而降低芯片产生的热量对荧光粉发光性能的影响。然而，在大功率LED中，硅橡胶同样存在老化变色现象，而高温固相法合成的氮化物(或氧氮化物)由于粒径大，团聚严重，难与硅橡胶混合均匀。

有报道指出采用静电纺丝技术与气相还原氮化法相结合，能够制备由直径几百纳米的CaSi₂O₂N₂：Eu纤维组成的无纺布结构荧光薄膜(G Yun et al.J.Mater.Chem.，2011，21：17790)。该薄膜在具有较高的透光率同时还具备了较好的发光效率，进一步与蓝光芯片封装后得到了色温为4964k，显色指数为83的白光LED器件。该薄膜已经初步具备了远程封装用荧光材料的基本性能，尤为重要的是不需要硅胶或树脂做粘合剂，为制作大功率LED提供了一种新型的荧光转换材料。

在大功率LED照明器件中，荧光材料仅仅均匀分布是不够的。例如，在多芯片集成的大功率LED照明器件，我们需要荧光材料能够可控分布。更加准确的控制荧光材料的发光位置，以及不同区域光透过率的可控调节。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种纤维规则排布的CaSi₂O₂N₂：Eu²⁺荧光纤维膜的制备方法，该方法通过调节静电纺丝参数实现纤维的规则排布，操作简单，提高了荧光纤维膜对于微观结构的控制，能够更加精确的调整纤维直径、纤维间距、孔隙率、透光率等。

本发明的一种纤维规则排布的CaSi₂O₂N₂：Eu²⁺荧光纤维膜的制备方法，包括：

(1)前驱体纺丝液的制备：

以硝酸铕、硝酸钙、正硅酸四乙酯为原料，加入到混合溶剂中；混合均匀的溶液中再加入聚乙烯吡咯烷酮，搅拌得到透明纺丝液；

(2)静电纺丝制备原生纤维膜：

室温下，采用上述纺丝液进行静电纺丝，由高速旋转的滚筒进行接收，高压喷丝端的移动方向与滚筒转动方向垂直；

(3)纤维规则排布的纤维膜的制备：

纤维膜置于在空气气氛下进行煅烧，升温至500～600℃，保温2～4h，得到纤维规则排布的Ca-Si-O-Eu纤维膜；

(4)氨气氮化法制备中空荧光纤维膜：

降至室温后，将经步骤(3)煅烧后得到的纤维规则排布的Ca-Si-O-Eu纤维膜在持续通入氨气气氛中，升温至1200～1300℃，保温1～5h，得到纤维规则排布的CaSi₂O₂N₂：Eu²⁺荧光纤维膜。

所述步骤(1)中硝酸铕、硝酸钙按摩尔比x∶(1-x)混合，x＝0.005～0.08，Ca∶Si＝1～0.9∶2。

所述步骤(1)中混合溶剂为体积比1～2∶18的超纯水和无水乙醇。

所述步骤(1)中原料溶解在混合溶剂中使NO₃^-浓度达到0.15mol/L～0.4mol/L。

所述步骤(1)中加入的PVP分为两种，第一种分子量为1300000，加入溶液总质量的0.4％～0.6％，第二种分子量为50000，加入溶液总质量的0.8％～1.2％。

所述步骤(2)中滚筒直径为5～10cm，转动速度为10～50r/min。

所述步骤(2)中纺丝电压为0.3～5kV，纺丝速率为0.1-2mL/h，湿度控制在20％以下，接收距离为0.5～5cm。