一種三摻雜硫氧化物上轉換白光材料及其製備方法
2023-08-06 11:38:36 2
專利名稱：一種三摻雜硫氧化物上轉換白光材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及上轉換白光材料及其製備方法，尤其涉及一種三摻雜硫氧化物上轉換白光材料及其製備方法。
背景技術：
上轉換發光可以將近紅外光通過非線性多光子過程轉變成各種顏色的可見光，是目前產生白光的有效方法之一。基於上轉換發光的白光源是一種非常有潛力的液晶顯示背光源，因為它無需藉助濾光技術，並且可以設計色溫。另外，與基於下轉換的白光源相比，上轉換白光源可以輸出高達幾萬cd/m2的亮度而發光粉的性能沒有任何衰減。同時，由於下轉換白光LED存在著以下三個缺點不同的LED器件隨著溫度升高，發光亮度下降程度差別很大，其結果是造成混合白光的色坐標的漂移；用藍色LED晶片激發黃色螢光粉，藍光和黃光組合得到的白光中缺少紅色光譜成分，所以光源的顯色指數較低；近紫外LED晶片可能產生紫外汙染。因此，探索高品質的上轉換白光材料成為當前研究的熱點。
發明內容
本發明的目的是為了改進現有技術的不足而提供一種三摻雜硫氧化物上轉換白光材料及其製備方法。該種上轉換白光材料發光效率較高，通過三摻雜的不同離子濃度設計，使材料發出高效近白光，從而可以用於固態彩色三維顯示、背景光和液晶顯示等領域。 該材料的合成採用固相法製備，且製備方法簡單，易操作。本發明的技術方案為一種三摻雜硫氧化物上轉換白光材料，其特徵在於材料的結構式為(LnhTzYbxTmyREz)2ASd = 0. 04 0. Uy = 0. 005 0. OUz = 0. 005 0. 01 ； 其原料為Ln2O3、敏化齊IJ、激活劑和助熔齊IJ，其中Ln2O3至少為Lii2O3 J2O3或Gd2O3中的一種；敏化劑為Yb2O3 ；激活劑為Tm2O3和RE2O3，其中RE2O3為Er203、Ho2O3或Eu2O3中的一種；助熔劑為AL2CO3和升華硫，其中AL2CO3至少為Li2C03、Na2C03或K2CO3中的一種；其中升華硫的摩爾數與Ln2O3、敏化劑和激活劑的總摩爾數之比為3. 5 4. 5 1，AL2C03的摩爾數與與Ln203、 敏化劑和激活劑的總摩爾數之比為1.5 2 1。本發明還提供了上述材料的製備方法，採用硫熔法製備；其步驟如下①按上述摩爾百分比稱取所需原料，將稱好的原料混合均勻；②將混合均勻的原料裝入帶蓋的套坩堝中，在兩坩堝的間隙填充耐高溫粉末並壓實；③將裝有混合料的坩堝梯度升溫至1050 1250°C，保溫池 5h，然後隨爐降溫
至室溫；④燒結後的產物用熱水洗滌並攪拌，抽濾；⑤將洗滌後的產物放入恆溫鼓風乾燥箱中烘乾，得到上轉換白光材料。優選步驟③中所述的梯度升溫為以升溫速率2 3°C /min升溫到300 350°C， 並保溫Ih 2h，然後以升溫速率3 3. 50C /min升溫到1050 1250°C，並保溫3h 5h。
其中步驟③的具體實施方法是將混合均勻的原料裝入帶蓋的小坩堝中並壓實，然後將小坩堝放入大坩堝中，在兩坩堝的間隙填充滿耐高溫粉末並壓實，最後將大坩堝加蓋， 其中耐高溫粉末選擇常用的氧化鋁粉、氧化鎂粉、氧化鋯粉或活性碳粉。在小坩堝中通過過量的S反應小坩堝內殘餘空氣，形成還原氣氛，防止合成產物在高溫空氣中被氧化。步驟⑤是為了充分洗去過量的Li2CO3 (或Na2CO3或K2CO3)及反應中間產物 Li2Sx (或 Na2Sx 或 K2Sx)。有益效果1.本發明合成的三摻雜硫氧化物上轉換白光材料在980nm波長的雷射激發下，發光強度可達到IO6數量級，上轉換紅綠藍光的強度比接近1 1 1。該材料作為上轉換白光材料可以產生高效白光。2.本發明合成方法簡單，避免了用氣氛爐等昂貴設備來創造製備該材料的還原氣氛，節省了生產成本；後處理過程簡單方便，省時省力。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作進一步的說明，但不應以此限制本發明的保護範圍。本發明用硫熔法合成(Lni_x_y_zYbxTmyREz)202S(其中χ = 0. 04 0. Uy = 0. 005 0. 01、Z = 0. 005 0. 01)的5個具體實施例如表1所示表 1
組分(mol)1#2#3#4#5#L112O3 (至少為La2O3或IO3或 Gd2O3巾的一種)La2O3 0 950.2molLa203+ 0.7275molY2O3Y2O3 0.9155Gd2O3 0.9010.176molLa203 +0.528molY203 +0.176molGd203Yb2O30 040.060.070 080.1Tm2O30.0050.00750.00750.010.01RE2O3Er2O,Er2O,Ho2O3Eu2O3Ho2O,0.0050.0050.0070.0090.01AL2CO3 (至少為 Li2CO3 或 Na2CO3 或K2CO3中的一種)Li2CO3 1.50.5 IiiolLi2CO3+ ImolNa2CO3ImolNa2CO3 +0.75mol K2CO3K2CO, 1.750.5molLi2C03 +ImolNa2CO3 +0.5molK2C03升華硫3.53.5444.5實施例1#:組成如表1中1#所示，具體製備方法包括下列步驟①按摩爾百分比稱取 0. 95molLa203、0. 04moIYb2O3>0. 005molTm203、0. 005molEr203> 1. 5molLi2C03、3. 5mol 升華硫；②將稱好的原料混合均勻；將混合均勻的原料裝入帶蓋的套坩堝中，在兩坩堝的間隙填充氧化鋁粉末並壓實；
③將裝有混合料的套坩堝以3°C /min升溫到350°C，並保溫lh，接著以3°C /min 升溫到1050°C，並保溫釙，然後隨爐降溫至室溫；④將合成塊狀產物直接放入燒杯中，用去離子水抽濾洗滌；⑤最後將產物放入恆溫鼓風乾燥箱中烘乾。對該三摻雜硫氧化物上轉換白光材料的測試結果如下將過程⑤中烘乾後的粉料用X射線衍射儀(XRD，D/Max2500)進行相組成分析， 結果顯示主要衍射峰的位置都與六方La2AS相對應，並且沒有其他物質相的峰存在。將粉料進行壓片，採用螢光光譜儀(Horiki Jobin Yvon, FL3-221)，以980nm雷射為激發波長， 在400 SOOnm波長範圍進行發射光譜測試，測得的光譜的發光強度可達到IO6數量級，上轉換紅綠藍光的強度比接近1 1 1。對測得的發射光譜進行色坐標擬合，結果為χ = 0. 2416，y = 0. 3305，近白光。實施例2# 組成如表1中2#所示，具體製備方法包括下列步驟①按摩爾百分比稱取0. 2molLa203+0. 7275mol Y2O3>0. 06molYb203、 0. 0075molTm203、0. 005molEr203、0. 5molLi2C03+lmolNa2C03 禾口 3. 5mol 升華硫；②將稱好的原料混合均勻；將混合均勻的原料裝入帶蓋的套坩堝中，在兩坩堝的間隙填充氧化鎂粉末並壓實；③將裝有混合料的套坩堝以2V /min升溫到300°C，並保溫lh，接著以3. 5°C /min 升溫到1100°C，並保溫汕，然後隨爐降溫至室溫；④將合成塊狀產物直接放入燒杯中，用去離子水抽濾洗滌；⑤最後將產物放入恆溫鼓風乾燥箱中烘乾。對該三摻雜硫氧化物上轉換白光材料的測試結果如下過程⑤中產物為IAS純相，測得的光譜的發光強度可達到IO6數量級，上轉換紅綠藍光的強度比接近1 1 1。色坐標擬合結果為x = 0.2556，y = 0.3^8，近白光。。實施例3# 組成如表1中3#所示，具體製備方法包括下列步驟①按摩爾百分比稱取0. 9155molY203、0. 07moIYb2O3>0. 0075molTm203、0. 007mol Ho2O3> ImolNa2C03+0. 75moIK2CO3 和 4mol 升華硫；②將稱好的原料混合均勻；將混合均勻的原料裝入帶蓋的套坩堝中，在兩坩堝的間隙填充氧化鋯粉末並壓實；③將裝有混合料的套坩堝以2. 5°C /min升溫到320°C，並保溫1. 5h，接著以3°C / min升溫到1150°C，並保溫釙，然後隨爐降溫至室溫；④將合成塊狀產物直接放入燒杯中，用去離子水抽濾洗滌；⑤最後將產物放入恆溫鼓風乾燥箱中烘乾。對該三摻雜硫氧化物上轉換白光材料的測試結果如下過程⑤中產物為IAS純相，測得的光譜的發光強度可達到IO6數量級，上轉換紅綠藍光的強度比接近1 1 1。色坐標擬合結果為X = 0.3078，y = 0.3225，近白光。。實施例4# 組成如表1中4#所示，具體製備方法包括下列步驟
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①按摩爾百分比稱取0. 901molGd203、0. 08moIYb2O3>0. 01molTm203、0. 009mol Eu2O3U. 75moIK2CO3 和 4mol 升華硫；②將稱好的原料混合均勻；將混合均勻的原料裝入帶蓋的套坩堝中，在兩坩堝的間隙填充活性碳粉末並壓實；③將裝有混合料的套坩堝以3°C /min升溫到330°C，並保溫1. 5h，接著以3. 5°C / min升溫到1200°C，並保溫4h，然後隨爐降溫至室溫；④將合成塊狀產物直接放入燒杯中，用去離子水抽濾洗滌；⑤最後將產物放入恆溫鼓風乾燥箱中烘乾。對該三摻雜硫氧化物上轉換白光材料的測試結果如下過程⑤中產物為Gd2AS純相，測得的光譜的發光強度可達到IO6數量級，上轉換紅綠藍光的強度比接近1 1 1。色坐標擬合結果為X = 0.2957，y = 0.3129，近白光。實施例5# 組成如表1中5#所示，具體製備方法包括下列步驟①按摩爾百分比稱取0. 176molLa203+0. 528molY203+0. 176moIGd2O3、0. lmolYb203、 0. 01molTm203、0. Olmol Ηο203、0· 5mol Li2C03+lmolNa2C03+0. 5moIK2CO3 和 4. 5mol 升華硫；②將稱好的原料混合均勻；將混合均勻的原料裝入帶蓋的套坩堝中，在兩坩堝的間隙填充氧化鋁粉末並壓實；③將裝有混合料的套坩堝以2°C /min升溫到300°C，並保溫2h，接著以3°C /min 升溫到1250°C，並保溫釙，然後隨爐降溫至室溫；④將合成塊狀產物直接放入燒杯中，用去離子水抽濾洗滌；⑤最後將產物放入恆溫鼓風乾燥箱中烘乾。對該三摻雜硫氧化物上轉換白光材料的測試結果如下過程⑤中產物為IAS純相，測得的光譜的發光強度可達到IO6數量級，上轉換紅綠藍光的強度比接近1 1 1。色坐標擬合結果為X = 0.3278，y = 0.3321，近白光。
權利要求
1.一種三摻雜硫氧化物上轉換白光材料，其特徵在於材料的結構式為 (LnmzYbxTmyREz)，其中 χ = 0. 04 0. Uy = 0. 005 0. OUz = 0. 005 0. 01 ；其原料為Ln2O3、敏化劑、激活劑和助熔劑，其中Ln2O3至少為L 03、Y2O3或Gd2O3中的一種；敏化劑為Yb2O3 ；激活劑為Tm2O3和RE2O3，其中RE2O3為Er203、Ho2O3或Eu2O3中的一種；助熔劑為 AL2CO3和升華硫，其中AL2CO3至少為Li2C03、Na2C03或K2CO3中的一種；其中升華硫的摩爾數與Ln2O3、敏化劑和激活劑的總摩爾數之比為3. 5 4. 5 1，AL2C03的摩爾數與與Ln2O3、敏化劑和激活劑的總摩爾數之比為1.5 2 1。
2.一種製備如權利要求1所述的上轉換白光材料的方法，其步驟如下①稱取所需原料，將稱好的原料混合均勻；②將混合均勻的原料裝入帶蓋的套坩堝中，在兩坩堝的間隙填充耐高溫粉末並壓實；③將裝有混合料的坩堝梯度升溫至1050 1250°C，保溫汕 釙，然後隨爐降溫至室④燒結後的產物用熱水洗滌並攪拌，抽濾；⑤將洗滌後的產物放入恆溫鼓風乾燥箱中烘乾，得到上轉換白光材料。
3.根據權利要求2所述的製備方法，其特徵在於步驟③中所述的梯度升溫為以升溫速率2 3°C /min升溫到300 350°C，並保溫Ih 2h，然後以升溫速率3 3. 5°C /min升溫到1050 1250°C，並保溫3h 5h。
全文摘要
本發明涉及一種三摻雜硫氧化物上轉換白光材料及其製備方法；其特徵在於材料的結構式為(Ln1-x-y-zYbxTmyREz)2O2S，x＝0.04～0.1、y＝0.005～0.01、z＝0.005～0.01，該材料作為上轉換白光材料可以產生高效白光，從而可以用於固態彩色三維顯示、背景光和液晶顯示等領域；該材料的合成採用固相法製備，該製備方法簡單，易操作。
文檔編號C09K11/84GK102321481SQ20111019225
公開日2012年1月18日 申請日期2011年7月11日 優先權日2011年7月11日
發明者張其土, 王麗熙, 韓朋德 申請人:南京工業大學