一種稀土激活的白光熒光玻璃材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種稀土激活的白光熒光玻璃材料及其制備方法，它是先稱取以摩爾百分比計(jì)的：ZnO=40-42，SrO=20-22，P2O5=36-40。稀土外加，放入瑪瑙研缽中，加入適量無水乙醇后充分研磨均勻制成配合料；待配合料干燥后倒入坩堝中，先在500℃保溫0.5h，然后快速升溫至1200-1250℃保溫2h；隨后將熔化好的玻璃液倒入模具中成型，然后將成型好的玻璃迅速放進(jìn)馬弗爐中退火后，隨爐冷卻到室溫；將塊狀玻璃經(jīng)切割、研磨、拋光成為透明狀玻璃片。該稀土共摻的玻璃發(fā)光性能優(yōu)異，可以有效地被358nm或377nm紫外光激發(fā)。通過調(diào)控玻璃組成和稀土離子濃度可方便地調(diào)節(jié)熒光玻璃的光色品質(zhì)。制備工藝簡單，不需要還原氣氛，熔化溫度低，降低了制備成本。有望與半導(dǎo)體芯片直接組裝成白光器件，簡化封裝工藝。
【專利說明】一種稀土激活的白光熒光玻璃材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光電子材料與照明工程科技領(lǐng)域，尤其是一種稀土激活的白光熒光玻璃材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]固態(tài)照明技術(shù)的白光二極管采用熒光粉轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)白光點(diǎn)光源，主要有紅藍(lán)綠三芯片、藍(lán)光或近紫外光單芯片激發(fā)熒光粉的方式。其中，藍(lán)光氮化鎵基芯片與三價(jià)鈰離子摻雜的釔鋁石榴石熒光粉/環(huán)氧樹脂轉(zhuǎn)換合成白光的模式，結(jié)構(gòu)簡單，是目前商用的主流白光模式，在全球已形成了巨大的產(chǎn)業(yè)鏈。近年來，隨著300-400nm紫外LED (UV-LED)的開發(fā)成功和成本降低，用UV-LED激發(fā)的三基色熒光粉/環(huán)氧樹脂復(fù)合轉(zhuǎn)換合成白光的模式成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。然而，從發(fā)展用于普通照明的大功率、高亮度和高顯色性光源角度考慮，現(xiàn)有的熒光粉/環(huán)氧樹脂白光模式存在效率、熱穩(wěn)定性、色度、封裝等方面的嚴(yán)重不足，相應(yīng)的學(xué)術(shù)、技術(shù)以及商業(yè)競爭日益加劇。采用容易加工成型，具有優(yōu)良的物理化學(xué)和熱穩(wěn)定性的透明熒光玻璃，與LED芯片直接蝕刻“扣裝”成白光器件，無疑是一個(gè)頗具吸引力的新思路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是要提供一種稀土激活的白光熒光玻璃材料及其制備方法，該熒光玻璃材料在紫外光(300-400nm)激發(fā)下得到白光，并且白光的光色品質(zhì)調(diào)控可通過調(diào)節(jié)玻璃組成、稀土摻雜濃度和激發(fā)波 長方便實(shí)現(xiàn)，從而有望實(shí)現(xiàn)節(jié)能，簡化封裝工藝的目的。
[0004]一種稀土激活的白光熒光玻璃材料，其用料配方及用料摩爾百分比為:
氧化鋅40-42
氧化銀20-22 五氧化二磷30-40
稀土 Ce(NO3)3.6Η20=0.1-0.3，Tb4O7=0.125-1，Sm203=2_3。
[0005]一種稀土激活的白光熒光玻璃材料的制備方法，包括如下步驟:
(O按照玻璃配方用精密分析天平準(zhǔn)確稱量各種原料；磷酸二氫銨、氧化鋅、碳酸鍶為分析純的原料，稀土原料選用純度99.99%的六水硝酸鈰Ce (NO3) 3.6H20、氧化鋱(Tb4O7)和氧化釤(Sm2O3)；
(2)把稱好的原料放入瑪瑙研缽中，加入適量無水乙醇后充分研磨均勻制成配合料；
(3)待配合料干燥后倒入事先準(zhǔn)備好的干凈剛玉坩堝中備用；
(4)將放置玻璃配合料的坩堝置于電爐中。先在500°C保溫0.5h，然后快速升溫至1200-1250°C保溫 2h ；
(5)隨后將熔化好的玻璃液倒入預(yù)熱好的銅板模具中成型；
(6)然后將成型好的玻璃迅速放進(jìn)已預(yù)先加熱到480°C的馬弗爐中退火2小時(shí)后，隨爐冷卻到室溫；(7)將塊狀玻璃經(jīng)切割成為Imm左右厚的玻璃片，經(jīng)研磨、拋光成為透明狀玻璃片。
[0006]本發(fā)明Ce(NO3)3.6H20、Tb407 和 Sm2O3 引入的稀土離子為 Ce3+、Tb3+和 Sm3'其中 Ce3+在玻璃中表現(xiàn)為位于410nm處寬的藍(lán)光發(fā)射帶，Tb3+在玻璃中的主發(fā)射峰位于綠光區(qū)域的544nm,同時(shí)在415nm和435nm還有Tb3+的發(fā)射峰。Sm3+在紅光區(qū)域呈現(xiàn)三個(gè)發(fā)射峰，分別為605nm、648nm和565nm,其中605nm處強(qiáng)度最高。三種稀土離子共摻于磷酸鋅銀玻璃中，在紫外光激發(fā)下，產(chǎn)生藍(lán)綠紅三色發(fā)射從而復(fù)合產(chǎn)生白光。
[0007]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
這種稀土激活的白光熒光玻璃材料 的制備工藝簡單，熔化溫度低，不需要還原氣氛就可以得到，因此降低了制備成本；而且磷酸鹽玻璃摻雜稀土離子濃度較高，使得玻璃材料的發(fā)光強(qiáng)度和發(fā)光效率提高。通過調(diào)節(jié)玻璃組成和稀土離子濃度以及激發(fā)波長可方便地調(diào)控白光色純度。該熒光玻璃材料可望與發(fā)射紫外光的半導(dǎo)體芯片直接組裝成白光器件，能簡化封裝工藝。
【具體實(shí)施方式】
[0008]實(shí)施例1:
1)玻璃的配方(摩爾百分比)為:42Zn0-21Sr0-37P205-0.1Ce(NO3)3.6Η20-χ Tb407_2Sm203，x=0.125, 0.25，0.5，0.75。稀土為外加。其中原料磷酸二氫銨(NH4H2PO4)、氧化鋅(ZnO)和碳酸鍶(SrCO3)為分析純，稀土原料六水硝酸鈰(Ce (NO3)3.6H20)、氧化鋱(Tb4O7)和氧化釤(Sm2O3)的純度為 99.99% ；
2)按照玻璃配方用精密分析天平準(zhǔn)確稱量各種原料，把稱好的原料放入瑪瑙研缽中，加入適量無水乙醇后充分研磨均勻制成配合料，待配合料干燥后倒入事先準(zhǔn)備好的干凈剛玉坩堝中備用；
3)將放置玻璃配合料的坩堝置于電爐中進(jìn)行熔制。先在500°C保溫0.5h，然后快速升溫至1200-1250°C保溫2h。隨后將熔化好的玻璃液倒入預(yù)熱好的銅板模具中成型，然后將成型好的玻璃迅速放進(jìn)已預(yù)先加熱到480°C的馬弗爐中退火2小時(shí)后，隨爐冷卻到室溫；
4)樣品的加工
塊狀玻璃經(jīng)切割成為Imm左右厚的玻璃片，經(jīng)研磨、拋光成為透明狀玻璃片。
[0009]產(chǎn)品經(jīng)測試:在377nm激發(fā)光的激發(fā)下，玻璃樣品的發(fā)射光譜由藍(lán)紅綠組成，藍(lán)光發(fā)射中心為420nm，綠峰中心為544nm，紅峰中心為605nm。其中藍(lán)色光譜為帶狀發(fā)射，綠紅譜均為線狀發(fā)射。
[0010]按摩爾百分比計(jì)，成分為42Zn0-21Sr0-37P205-0.1Ce(NO3)3- 6H20-xTb407-2 Sm2O3,x=0.125，0.25，0.5，0.75的玻璃在波長為377nm紫外光激發(fā)下玻璃樣品的色坐標(biāo)(x，y)分別為(0.314，0.285)、(0.316，0.292)、(0.339，0.331)和(0.346，0.353)，可以從白光調(diào)節(jié)到暖白光。當(dāng)x=0.5時(shí)玻璃的色坐標(biāo)(0.339, 0.331爿-常接近于標(biāo)準(zhǔn)照明白光(x=0.333，j=0.333 )。
[0011]實(shí)施例2:1)玻璃的配方(摩爾百分比)為:40Zn0-20Sr0-40P205-0.1Ce(NO3)3.6Η20-χ Tb407_2Sm203，x=0.125, 0.25, 0.5, 0.75, I。稀土為外加。其中原料磷酸二氫銨(ΝΗ4Η2Ρ04)、氧化鋅(ZnO)和碳酸鍶(SrCO3)為分析純，稀土原料六水硝酸鈰(Ce (NO3) 3.6H20)、氧化鋱(Tb4O7)和氧化釤(Sm2O3)的純度為 99.99% ；2)按照玻璃配方用精密分析天平準(zhǔn)確稱量各種原料，把稱好的原料放入瑪瑙研缽中，加入適量無水乙醇后充分研磨均勻制成配合料，待配合料干燥后倒入事先準(zhǔn)備好的干凈剛玉坩堝中備用；
3)將放置玻璃配合料的坩堝置于電爐中進(jìn)行熔制。先在5001:保溫0.5h，然后快速升溫至1200-1250°C保溫2h。隨后將熔化好的玻璃液倒入預(yù)熱好的銅板模具中成型，然后將成型好的玻璃迅速放進(jìn)已預(yù)先加熱到480°C的馬弗爐中退火2小時(shí)后，隨爐冷卻到室溫；
4)樣品的加工
塊狀玻璃經(jīng)切割成為1_左右厚的玻璃片，經(jīng)研磨、拋光成為透明狀玻璃片。
[0012]產(chǎn)品經(jīng)測試:在波長358nm激發(fā)源的激發(fā)下，玻璃樣品的發(fā)射譜由藍(lán)紅綠組成，藍(lán)光發(fā)射中心為410nm，綠峰中心為545nm，紅峰中心為610nm。其中藍(lán)色光譜為帶狀發(fā)射，綠紅譜均為線狀發(fā)射。
[0013]按摩爾百分比計(jì)，成分為40Zn(K20Sr040P205-0.ICe (NO3) 3.6H2(KxTb407-2 Sm,03, x=0.125，0.25，0.5，0.75，I的玻璃在波長為358nm紫外光激發(fā)下玻璃樣品的色坐標(biāo)(x，y)分別為(0.315，
0.280)、(0.317，0.281)、(0.340，0.317)、(0.349，0.331)和(0.263，0.309)，可以從冷白光調(diào)節(jié)到
暖白光。
[0014]實(shí)施例3:
1)玻璃的配方(摩爾百分比)為:41Zn0-20Sr0-39P205-0.2Ce (NO3) 3.6Η20_0.5 Tb4OrySm2O3,I二2, 3。稀土為外加。其中原料磷酸二氫銨(ΝΗ4Η2Ρ04)、氧化鋅(ZnO)和碳酸鍶(SrCO3)為分析純，稀土原料六水硝酸鈰(Ce (NO3)3.6Η20)、氧化鋱(Tb4O7)和氧化釤(Sm2O3)的純度為99.99% ；
2)按照玻璃配方用精密分析天平準(zhǔn)確稱量各種原料，把稱好的原料放入瑪瑙研缽中，加入適量無水乙醇后充分研磨均勻制成配合料，待配合料干燥后倒入事先準(zhǔn)備好的干凈剛玉坩堝中備用；
3)將放置玻璃配合料的坩堝置于電爐中進(jìn)行熔制。先在5001:保溫0.5h，然后快速升溫至1250°C保溫2h。隨后將熔化好的玻璃液倒入預(yù)熱好的銅板模具中成型，然后將成型好的玻璃迅速放進(jìn)已預(yù)先加熱到480°C的馬弗爐中退火2小時(shí)后，隨爐冷卻到室溫；
4)樣品的加工
塊狀玻璃經(jīng)切割成為Imm左右厚的玻璃片，經(jīng)研磨、拋光成為透明狀玻璃片。
[0015]產(chǎn)品經(jīng)測試:在377nm激發(fā)下，玻璃樣品的發(fā)射譜由藍(lán)紅綠組成，藍(lán)光發(fā)射中心為415nm,綠峰中心為544nm，紅峰中心 為610nm。其中藍(lán)色光譜為帶狀發(fā)射，綠紅譜均為線狀發(fā)射。
[0016]按摩爾百分比計(jì)，成分為41Zn0-20Sr0-39P205-0.2Ce (NO3)3.6Η20_0.5 Tb407-ySm2O3,1=2, 3的玻璃在波長為358nm紫外光激發(fā)下玻璃樣品的色坐標(biāo)(x，y)分別為(0.340，0.317)和(0.383，0.319)，當(dāng)Sm2O3增加時(shí)，色坐標(biāo)向暖白光移動(dòng)。
[0017]實(shí)施例4:
1)玻璃的配方(摩爾百分比)為:42Zn0-22Sr0-36P205-xCe(NO3)3.6Η20_0.5 Tb407_2Sm203，x=0.1, 0.2，0.3。稀土為外加。其中原料磷酸二氫銨(ΝΗ4Η2Ρ04)、氧化鋅(ZnO)和碳酸鍶(SrCO3)為分析純，六水硝酸鈰(Ce(NO3)3.6H20)、氧化鋱(Tb4O7)和氧化釤(Sm2O3)的純度為99.99% ；
2)按照玻璃配方用精密分析天平準(zhǔn)確稱量各種原料，把稱好的原料放入瑪瑙研缽中，加入適量無水乙醇后充分研磨均勻制成配合料，待配合料干燥后倒入事先準(zhǔn)備好的干凈剛玉坩堝中備用；
3)將放置玻璃配合料的坩堝置于電爐中進(jìn)行熔制。先在500°C保溫0.5h，然后快速升溫至1230°C保溫2h。隨后將熔化好的玻璃液倒入預(yù)熱好的銅板模具中成型，然后將成型好的玻璃迅速放進(jìn)已預(yù)先加熱到480°C的馬弗爐中退火2小時(shí)后，隨爐冷卻到室溫；
4)樣品的加工
塊狀玻璃經(jīng)切割成為1_左右厚的玻璃片，經(jīng)研磨、拋光成為透明狀玻璃片。
[0018]產(chǎn)品經(jīng)測試:在358nm激發(fā)下，玻璃樣品的發(fā)射譜由藍(lán)紅綠組成，藍(lán)光發(fā)射中心為415nm,綠峰中心為544nm，紅峰中心為610nm。其中藍(lán)色光譜為帶狀發(fā)射，綠紅譜均為線狀發(fā)射。
[0019]按摩爾百分比計(jì)，成分為42Zn0-22Sr0-36P205-xCe (NO3) 3.6Η20_0.5 Tb407_2Sm203，x=0.1, 0.2，0.3的玻璃在波長為358 nm紫外光激發(fā)下玻璃樣品的色坐標(biāo)(X，y)分別為(0.340, 0.317)、(0.285，0.301)和(0.265，0.233)。當(dāng) Ce (NO3) 3.6H20 增加時(shí)，色坐標(biāo)向冷白光移動(dòng)。
【權(quán)利要求】
1.一種稀土激活的白光熒光玻璃材料，其特征在于:磷酸鋅鍶玻璃的成分由氧化鋅(ZnO)、氧化鍶(SrO)、五氧化二磷(P2O5)和稀土激活物構(gòu)成，玻璃組成以摩爾百分比計(jì)(mol%)為:Zn0=40-42, Sr0=20-22, P205=36_40，稀土為外加，以摩爾百分比計(jì)為:Ce (NO3) 3- 6H20=0.1-0.3，Tb4O7=0.125-1，Sm203=2_3。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土激活白光熒光玻璃材料，其特征在于:所述的Ce (NO3) 3- 6H20、Tb4O7和Sm2O3引入的稀土離子為Ce3+、Tb3+和Sm3+，三種稀土離子共摻于磷酸鋅鍶玻璃中，在358nm或377 nm的紫外光激發(fā)下，產(chǎn)生藍(lán)綠紅三色發(fā)射從而復(fù)合產(chǎn)生白光。
3.權(quán)利要求1所述稀土激活的白光熒光玻璃材料，其特征在于，制備方法包括如下步驟: (O按照玻璃配方用精密分析天平準(zhǔn)確稱量各種原料；磷酸二氫銨、氧化鋅、碳酸鍶為分析純的原料，稀土原料選用純度99.99%的六水硝酸鈰Ce (NO3) 3.6H20、氧化鋱(Tb4O7)和氧化釤(Sm2O3)； (2)把稱好的原料放入瑪瑙研缽中，加入適量無水乙醇后充分研磨均勻制成配合料； (3)待配合料干燥后倒入事先準(zhǔn)備好的干凈剛玉坩堝中備用； (4)將放置玻璃配合料的坩堝置于電爐中，先在500°C保溫0.5h，然后快速升溫至1200-1250°C保溫 2h ；· (5)隨后將熔化好的玻璃液倒入預(yù)熱好的銅板模具中成型； (6)然后將成型好的玻璃迅速放進(jìn)已預(yù)先加熱到480°C的馬弗爐中退火2小時(shí)后，隨爐冷卻到室溫； (7)將塊狀玻璃經(jīng)切割成為Imm左右厚的玻璃片，經(jīng)研磨、拋光成為透明狀玻璃片。
【文檔編號(hào)】C03C3/16GK103435262SQ201310372577
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月23日
【發(fā)明者】陳國華, 王家鑫, 袁昌來, 楊云, 鄒夏俊 申請(qǐng)人:桂林電子科技大學(xué)