一種具有高效白光發射的透明玻璃陶瓷及製備方法
2023-09-13 09:50:15 2
一種具有高效白光發射的透明玻璃陶瓷及製備方法
【專利摘要】一種具有高效白光發射的透明玻璃陶瓷及製備方法，各組分及其摩爾百分比為：SiO2：88-93%，MgO：2.5-5%，Ga2O3：2.5-5%，Dy3+：2%。其製備方法：按照配比稱取原料，將含有正矽酸乙酯、乙醇、每升含0.15molHCl的去離子水的溶液混勻，再將溶解有MgCl2?6H2O、GaCl3、DyCl3?6H2O的乙醇溶液加入上述溶液中，混勻；最後將H2O和乙醇按摩爾比4:1的比例加入混合液中，混勻，靜置脫水，形成厚度1-3mm的凝膠後，置於密封容器中120℃烘30小時；置於700℃-900℃的溫度中燒結2小時，升溫速率為60℃/h；之後，60℃/h，冷卻至室溫。本發明工藝簡單、成本低廉，無毒無汙染，物化性能穩定，低溫退火；無需封裝；具有高效穩定的發光，在紫外具有良好的吸收。
【專利說明】一種具有高效白光發射的透明玻璃陶瓷及製備方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明屬於固體發光材料【技術領域】。
【背景技術】
[0002]LED是一種高效率、性能穩定、低成本的固態光源，可廣泛用於各種照明設備上，市長前景廣闊。白光LED有望成為第四代新照明光源，實現節能環保的綠色照明。白光LED實現有很多種方式，目前商業化的大部分白光LED照明器件採用的是藍光InGaN LED晶片聯合能發射黃光、綠光、橙光的螢光粉。這類螢光粉發光效率較高，但是因紅光發射強度不足，因此顯色指數偏低，且色溫較高，白光易漂移，無法滿足高性能器件的需求。
【發明內容】
[0003]本發明目的是提出一種具有高效白光發射稀土摻雜透明玻璃陶瓷及其製備方法，製備一種透明玻璃陶瓷，通過操控基質中納米晶實現白光發射，以此作為除了螢光粉以外的白光LED的材料。
[0004]本發明是通過以下技術方案實現的。
[0005]本發明所述的一種具有高效白光發射稀土摻雜透明玻璃陶瓷，各組分及其摩爾百分比(mol%)為=S12:88-93%, MgO:2.5-5%, Ga2O3:2.5-5%, Dy3+:2%。
[0006]本發明MgO和Ga2O3的引入，使得玻璃體系中生長出MgGa2O4的微晶。
[0007]本發明所述的製備方法，採用溶膠凝膠法+後續熱處理工藝製備玻璃陶瓷，控制晶化條件，使作為發光中心的稀土離子大部分固溶於析出的晶相中。包括如下步驟。
[0008]( I)玻璃陶瓷配料的混合。
[0009]精確地按照配比稱取原料，將含有正矽酸乙酯、乙醇、去離子水(含0.15mol/L的HCl)的溶液在室溫下持續攪拌使其混合均勻，其中正矽酸乙酯:乙醇:去離子水=1:1:1(摩爾比)，其次將溶解有MgCl2*6H20、GaCl3、DyCl3*6H20的乙醇溶液加入上述溶液中，所得混合液持續攪拌。最後將H2O和乙醇按摩爾比4:1的比例加入混合液中攪拌直到得到均一的混合溶液，靜置脫水形成固態凝膠。
[0010](2)玻璃陶瓷的燒結。
[0011]將混合溶液靜置，形成厚度1-3 mm的凝膠後，置於密封容器中120°C烘30小時，促使醇鹽進一步水解；在得到硬度更高的凝膠後置於700°C -900°C的溫度中燒結2小時，升溫速率為60°C /h ;之後，控制降溫速率60°C /h，冷卻至室溫。
[0012]本發明所述的氯化物GaCl3、MgCl2.6H20為分析純，稀土離子Dy3+選擇純度為99.99% 的氯化物 DyCl3*6H20。
[0013]本發明的有益效果是:(I)本發明的玻璃陶瓷製備工藝簡單、成本低廉，無毒無汙染，物化性能穩定，低溫退火；(2)這種透明玻璃陶瓷可無需封裝，避免了有機封裝材料光照容易老化這一缺點；(3)本發明製備了單摻Dy3+的透明玻璃陶瓷。此玻璃陶瓷具有高效穩定的發光，在紫外具有良好的吸收。這類玻璃陶瓷可望開發應用於構建紫外激發的新型白光LED器件。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為實施例1-3中玻璃陶瓷樣品的X射線衍射圖；
圖2為實施例1-3中玻璃陶瓷樣品在266納米紫外激發下的發射光譜；
圖3為實施例1-3中玻璃陶瓷樣品在351納米紫外激發下的發射光譜。
【具體實施方式】
[0015]本發明將通過以下實施例作進一步說明。
[0016]實施例1-3按如下步驟製備白光LED用稀土摻雜透明玻璃陶瓷。
[0017](a)原料的選取。
[0018]玻璃陶瓷原料主要為分析純的氯化物MgCl2*6H20、GaCl3、和有機試劑正矽酸乙酯、乙醇，稀土離子選擇純度為99.99%的DyCl3*6H20。
[0019](b)玻璃陶瓷配合料的混合。
[0020]按照配比精確稱取原料，加入燒杯中混合、攪拌。首先將含有正矽酸乙酯、乙醇、去離子水(含0.15mol/L的HCl)的溶液在室溫下持續攪拌使其混合均勻，其中正矽酸乙酯:乙醇:去離子水=1:1:1 (摩爾比)，其次將溶解有MgCl2*6H20、GaCl3、DyCl3*6H20的乙醇溶液加入上述溶液中，所得混合液持續攪拌。然後將H2O和乙醇按摩爾比4:1的比例加入混合液中攪拌直到得到均一的混合溶液。將溶液加入塑料培養皿中室溫下靜置一定時間得到厚度1-3 mm的固體凝膠，為使所得醇鹽充分水解，將凝膠置於盛水密封容器中120°C烘30小時得到硬度更高的凝膠。
[0021](c)玻璃陶瓷的燒結。
[0022]將所得凝膠進行熱處理，玻璃陶瓷燒結採用的是陶瓷坩堝，分為700°C、80(TC、900°C三種不同熱處理溫度，保溫時間均為2小時，其中升溫和降溫速率均控制為60°C /h。
[0023]實施例1。
[0024]按照摩爾百分比(mol%)為:S1:88%，MgO:5%，Ga2O3:5%，Dy3+:2%的比例稱取原料共12.28 g。各原料質量如表1所示。該實施例熱處理溫度為700°C。X射線衍射結果(如圖1所示)表明樣品為典型的玻璃態結構。經過研磨成粉末，用F-4600螢光分光光度計測量其室溫發射譜(如圖2、3所示)。在266納米紫外光激發下，探測到從Ga3+到O2+的電荷遷移和Dy3+的4F9/2 — 6H1572電荷躍遷發射。在351納米近紫外光激發下，探測到Dy3+: 4F972 - 6H1372,4F972 - 6H1572的發射，由於黃光和藍光的組合，肉眼觀察到玻璃陶瓷樣品發出明亮的白光。
[0025]表1實施例1的玻璃組成
【權利要求】
1.一種具有高效白光發射的透明玻璃陶瓷，其特徵是各組分及其摩爾百分比(mol%)為=S12:88-93%, MgO:2.5-5%, Ga2O3:2.5-5%, Dy3+:2%。
2.權利要求1所述的透明玻璃陶瓷的製備方法，其特徵是包括下述步驟: (1)玻璃陶瓷配料的混合: 按照配比稱取原料，將含有正矽酸乙酯、乙醇、每升含0.15mol HCl的去離子水的溶液在室溫下持續攪拌使其混合均勻，其中正矽酸乙酯:乙醇:去離子水=1:1:1 (摩爾比)，其次將溶解有MgCl2*6H20、GaCl3、DyCl3*6H20的乙醇溶液加入到上述溶液中，所得混合液持續攪拌；最後將H2O和乙醇按摩爾比4:1的比例加入混合液中攪拌直到得到均一的混合溶液，靜置脫水形成固態凝膠； (2)玻璃陶瓷的燒結: 將混合溶液靜置，形成厚度1-3 mm的凝膠後，置於密封容器中120°C烘30小時，然後置於700°C -900°C的溫度中燒結2小時，升溫速率為60°C /h ;之後，控制降溫速率60°C /h,冷卻至室溫。
【文檔編號】C03C10/02GK104163572SQ201410333752
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年7月15日 優先權日:2014年7月15日
【發明者】於立新, 孫家駒, 李富海, 魏水林, 李宋楚 申請人:南昌大學