專利名稱：一種三摻雜硫氧化物上轉(zhuǎn)換白光材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及上轉(zhuǎn)換白光材料及其制備方法，尤其涉及一種三摻雜硫氧化物上轉(zhuǎn)換白光材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
上轉(zhuǎn)換發(fā)光可以將近紅外光通過非線性多光子過程轉(zhuǎn)變成各種顏色的可見光，是目前產(chǎn)生白光的有效方法之一?；谏限D(zhuǎn)換發(fā)光的白光源是一種非常有潛力的液晶顯示背光源，因為它無需借助濾光技術(shù)，并且可以設(shè)計色溫。另外，與基于下轉(zhuǎn)換的白光源相比，上轉(zhuǎn)換白光源可以輸出高達幾萬cd/m2的亮度而發(fā)光粉的性能沒有任何衰減。同時，由于下轉(zhuǎn)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(fā)光亮度下降程度差別很大，其結(jié)果是造成混合白光的色坐標的漂移；用藍色LED芯片激發(fā)黃色熒光粉，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(shù)較低；近紫外LED芯片可能產(chǎn)生紫外污染。因此，探索高品質(zhì)的上轉(zhuǎn)換白光材料成為當前研究的熱點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了改進現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種三摻雜硫氧化物上轉(zhuǎn)換白光材料及其制備方法。該種上轉(zhuǎn)換白光材料發(fā)光效率較高，通過三摻雜的不同離子濃度設(shè)計，使材料發(fā)出高效近白光，從而可以用于固態(tài)彩色三維顯示、背景光和液晶顯示等領(lǐng)域。 該材料的合成采用固相法制備，且制備方法簡單，易操作。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種三摻雜硫氧化物上轉(zhuǎn)換白光材料，其特征在于材料的結(jié)構(gòu)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(shù)與Ln2O3、敏化劑和激活劑的總摩爾數(shù)之比為3. 5 4. 5 1，AL2C03的摩爾數(shù)與與Ln203、 敏化劑和激活劑的總摩爾數(shù)之比為1.5 2 1。本發(fā)明還提供了上述材料的制備方法，采用硫熔法制備；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并壓實；③將裝有混合料的坩堝梯度升溫至1050 1250°C，保溫池 5h，然后隨爐降溫
至室溫；④燒結(jié)后的產(chǎn)物用熱水洗滌并攪拌，抽濾；⑤將洗滌后的產(chǎn)物放入恒溫鼓風干燥箱中烘干，得到上轉(zhuǎn)換白光材料。優(yōu)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， 并保溫Ih 2h，然后以升溫速率3 3. 50C /min升溫到1050 1250°C，并保溫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并壓實，然后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并壓實，最后將大坩堝加蓋， 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(nèi)殘余空氣，形成還原氣氛，防止合成產(chǎn)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(chǎn)物 Li2Sx (或 Na2Sx 或 K2Sx)。有益效果1.本發(fā)明合成的三摻雜硫氧化物上轉(zhuǎn)換白光材料在980nm波長的激光激發(fā)下，發(fā)光強度可達到IO6數(shù)量級，上轉(zhuǎn)換紅綠藍光的強度比接近1 1 1。該材料作為上轉(zhuǎn)換白光材料可以產(chǎn)生高效白光。2.本發(fā)明合成方法簡單，避免了用氣氛爐等昂貴設(shè)備來創(chuàng)造制備該材料的還原氣氛，節(jié)省了生產(chǎn)成本；后處理過程簡單方便，省時省力。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但不應以此限制本發(fā)明的保護范圍。本發(fā)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，具體制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并壓實；
③將裝有混合料的套坩堝以3°C /min升溫到350°C，并保溫lh，接著以3°C /min 升溫到1050°C，并保溫釙，然后隨爐降溫至室溫；④將合成塊狀產(chǎn)物直接放入燒杯中，用去離子水抽濾洗滌；⑤最后將產(chǎn)物放入恒溫鼓風干燥箱中烘干。對該三摻雜硫氧化物上轉(zhuǎn)換白光材料的測試結(jié)果如下將過程⑤中烘干后的粉料用X射線衍射儀(XRD，D/Max2500)進行相組成分析， 結(jié)果顯示主要衍射峰的位置都與六方La2AS相對應，并且沒有其他物質(zhì)相的峰存在。將粉料進行壓片，采用熒光光譜儀(Horiki Jobin Yvon, FL3-221)，以980nm激光為激發(fā)波長， 在400 SOOnm波長范圍進行發(fā)射光譜測試，測得的光譜的發(fā)光強度可達到IO6數(shù)量級，上轉(zhuǎn)換紅綠藍光的強度比接近1 1 1。對測得的發(fā)射光譜進行色坐標擬合，結(jié)果為χ = 0. 2416，y = 0. 3305，近白光。實施例2# 組成如表1中2#所示，具體制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并壓實；③將裝有混合料的套坩堝以2V /min升溫到300°C，并保溫lh，接著以3. 5°C /min 升溫到1100°C，并保溫汕，然后隨爐降溫至室溫；④將合成塊狀產(chǎn)物直接放入燒杯中，用去離子水抽濾洗滌；⑤最后將產(chǎn)物放入恒溫鼓風干燥箱中烘干。對該三摻雜硫氧化物上轉(zhuǎn)換白光材料的測試結(jié)果如下過程⑤中產(chǎn)物為IAS純相，測得的光譜的發(fā)光強度可達到IO6數(shù)量級，上轉(zhuǎn)換紅綠藍光的強度比接近1 1 1。色坐標擬合結(jié)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，具體制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并壓實；③將裝有混合料的套坩堝以2. 5°C /min升溫到320°C，并保溫1. 5h，接著以3°C / min升溫到1150°C，并保溫釙，然后隨爐降溫至室溫；④將合成塊狀產(chǎn)物直接放入燒杯中，用去離子水抽濾洗滌；⑤最后將產(chǎn)物放入恒溫鼓風干燥箱中烘干。對該三摻雜硫氧化物上轉(zhuǎn)換白光材料的測試結(jié)果如下過程⑤中產(chǎn)物為IAS純相，測得的光譜的發(fā)光強度可達到IO6數(shù)量級，上轉(zhuǎn)換紅綠藍光的強度比接近1 1 1。色坐標擬合結(jié)果為X = 0.3078，y = 0.3225，近白光。。實施例4# 組成如表1中4#所示，具體制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并壓實；③將裝有混合料的套坩堝以3°C /min升溫到330°C，并保溫1. 5h，接著以3. 5°C / min升溫到1200°C，并保溫4h，然后隨爐降溫至室溫；④將合成塊狀產(chǎn)物直接放入燒杯中，用去離子水抽濾洗滌；⑤最后將產(chǎn)物放入恒溫鼓風干燥箱中烘干。對該三摻雜硫氧化物上轉(zhuǎn)換白光材料的測試結(jié)果如下過程⑤中產(chǎn)物為Gd2AS純相，測得的光譜的發(fā)光強度可達到IO6數(shù)量級，上轉(zhuǎn)換紅綠藍光的強度比接近1 1 1。色坐標擬合結(jié)果為X = 0.2957，y = 0.3129，近白光。實施例5# 組成如表1中5#所示，具體制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并壓實；③將裝有混合料的套坩堝以2°C /min升溫到300°C，并保溫2h，接著以3°C /min 升溫到1250°C，并保溫釙，然后隨爐降溫至室溫；④將合成塊狀產(chǎn)物直接放入燒杯中，用去離子水抽濾洗滌；⑤最后將產(chǎn)物放入恒溫鼓風干燥箱中烘干。對該三摻雜硫氧化物上轉(zhuǎn)換白光材料的測試結(jié)果如下過程⑤中產(chǎn)物為IAS純相，測得的光譜的發(fā)光強度可達到IO6數(shù)量級，上轉(zhuǎn)換紅綠藍光的強度比接近1 1 1。色坐標擬合結(jié)果為X = 0.3278，y = 0.3321，近白光。
權(quán)利要求
1.一種三摻雜硫氧化物上轉(zhuǎn)換白光材料，其特征在于材料的結(jié)構(gòu)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(shù)與Ln2O3、敏化劑和激活劑的總摩爾數(shù)之比為3. 5 4. 5 1，AL2C03的摩爾數(shù)與與Ln2O3、敏化劑和激活劑的總摩爾數(shù)之比為1.5 2 1。
2.一種制備如權(quán)利要求1所述的上轉(zhuǎn)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并壓實；③將裝有混合料的坩堝梯度升溫至1050 1250°C，保溫汕 釙，然后隨爐降溫至室④燒結(jié)后的產(chǎn)物用熱水洗滌并攪拌，抽濾；⑤將洗滌后的產(chǎn)物放入恒溫鼓風干燥箱中烘干，得到上轉(zhuǎn)換白光材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于步驟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，并保溫Ih 2h，然后以升溫速率3 3. 5°C /min升溫到1050 1250°C，并保溫3h 5h。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種三摻雜硫氧化物上轉(zhuǎn)換白光材料及其制備方法；其特征在于材料的結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)換白光材料可以產(chǎn)生高效白光，從而可以用于固態(tài)彩色三維顯示、背景光和液晶顯示等領(lǐng)域；該材料的合成采用固相法制備，該制備方法簡單，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(yōu)先權(quán)日2011年7月11日
發(fā)明者張其土, 王麗熙, 韓朋德 申請人:南京工業(yè)大學