一種用于led的納米熒光粉及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種可被紫外光有效激發(fā)而發(fā)光的LED用納米熒光粉的制備方法，該方法采用水熱法，用Mg(NO3)3·6H2O、Zn(NO3)2·6H2O、Eu2O3、硝酸和碳酸氫銨為原料，其中各種物質(zhì)的物質(zhì)的量比值為碳酸氫銨∶金屬陽離子(Eu3+、Mg2+、Zn2+)的總和＝1∶1；通過添加劑的使用和退火溫度的改變得到顏色可調(diào)的納米熒光粉，為使LED更廣泛地用于照明、顯示和背光源等領(lǐng)域奠定了基礎(chǔ)。
【專利說明】—種用于LED的納米熒光粉及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可被紫外光有效激發(fā)而發(fā)光的LED用納米熒光粉的制備方法，具體的說是一種通過添加劑的使用和退火溫度的改變得到顏色可調(diào)的納米熒光粉的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(Light-Emitting D1de,簡稱LED)是一種能發(fā)光的半導(dǎo)體電子元件。這種電子元件早在1962年出現(xiàn)，早期只能發(fā)出低光度的紅光，之后發(fā)展出其他單色光的版本，時至今日能發(fā)出的光已遍及可見、紅外及紫外，光度也提高到相當(dāng)?shù)乃?。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，發(fā)光二極管以其節(jié)能、耐用、無污染等優(yōu)點(diǎn)已被廣泛的應(yīng)用于顯示器、電視機(jī)采光裝飾和照明。目前，商業(yè)上用于LED制作的芯片材料主要有GaAlAs，AlInGaP，InGaN和AlInGaN等II1-V族混晶半導(dǎo)體材料。然而，GaAlAs和InGaN這兩類材料耐溫性能差，制成的LED發(fā)光效率低，電流承受能力弱；由AlInGaP制成的LED性能不穩(wěn)定，光強(qiáng)度會隨著時間的推移而下降，容易造成器件故障；AlInGaN材料對生長溫度要求很高，生產(chǎn)技術(shù)還不是很成熟。同時，這類三元或四元化合物中各元素的組分含量對由其制成的LED芯片的發(fā)光強(qiáng)度都有影響，不易控制在最佳狀態(tài)。此外，制備這些芯片所用到的高純、氣態(tài)、金屬有機(jī)化合物原料價格偏高，造成了制備出的LED芯片價格昂貴；而且這些材料中有的元素在地球上含量少甚至對環(huán)境有污染，導(dǎo)致目前已經(jīng)商用的LED不能大面積普及。因此，尋求既廉價又易得的發(fā)光材料成為被關(guān)注的焦點(diǎn)問題。
[0003]針對以上問題，我們做了大量文獻(xiàn)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)寬帶隙材料ZnO具有優(yōu)異的物理和化學(xué)性能，可廣泛應(yīng)用在太陽能電池，透明導(dǎo)電薄膜電極等領(lǐng)域。但是，對于純ZnO，其本身的光學(xué)性能還不足以滿足目前的商業(yè)應(yīng)用。通過摻雜，可在一個單晶納米結(jié)構(gòu)中摻入雜質(zhì)使其具有一些新的物理特性，如鐵磁性，帶隙重整，高導(dǎo)電性，電子-聲子耦合效應(yīng)和催化活性等，更重要的是如果摻雜三價稀土離子還能夠增強(qiáng)ZnO材料的熒光發(fā)射，就可以較大幅度地提高其發(fā)光效率，發(fā)射出不同顏色的光或者發(fā)出覆蓋整個可見光區(qū)域的光，具備發(fā)射白光的條件。若將這種方法應(yīng)用于LED中產(chǎn)生白光，不僅能降低已有的LED的成本，也可減少對環(huán)境的污染。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種LED熒光粉的制備方法，該方法采用水熱法，利用摻雜離子和溫度的共同作用有效改變納米熒光粉的顏色，實(shí)現(xiàn)了白光、黃光和綠光的三色可調(diào)。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，制備該納米熒光粉所采用的原料及其重量配比是:
[0006]Eu203(0.176g)
[0007]HN03(15ml)
[0008]Mg (N03) 2(0.1154g)
[0009]Zn (N03) 2.6H20(1.339g)
[0010]NH4HC03(1.5812g)
[0011]本發(fā)明制備方法的具體步驟是:
[0012]①、取(X 176g Eu203溶于15mL ΗΝ03、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65.0%?68.0%的硝酸溶液中，加熱攪拌大約10分鐘后溶解，形成粘稠液體，加入20mL去離子水后繼續(xù)加熱，蒸發(fā)過量的ΗΝ03溶液，至pH值呈中性，冷卻至室溫后，倒入稱量瓶中再加入90mL去離子水，配置成濃度為0.001mol/L的Eu (N03) 3溶液，搖勻待用。
[0013]②、將0.1154g Mg(Ν03)2.6Η20 和 1.339g Zn (N03)2.6Η20 用 60ml 去離子水充分溶解后與步驟①中獲得的10mL Eu (N03) 3混合在一起放在攪拌器上室溫?cái)嚢枰恍r，形成均勻的混合溶液，然后將1.5812g NH4HC03加入上述混合溶液中，并不停攪拌一小時得到乳白色溶液，將此乳白色溶液裝入100ml的反應(yīng)釜中，放入140°C烘箱中，反應(yīng)16小時之后用去離子水和酒精清洗得到白色沉淀物，之后將白色沉淀物放入80°C烘箱中干燥10小時，得到白色粉末狀固體。
[0014]③、將上述步驟②中得到的白色粉末狀固體，等量放在五個白玉坩堝中蓋好蓋子，把這五個白玉坩堝分別放在五個不同溫度的馬弗爐中，爐子的溫度分別為300°C、40(TC、500 V、600 V、700 °C，燒結(jié)一小時之后取出本發(fā)明五個目標(biāo)產(chǎn)品。
[0015]將目標(biāo)產(chǎn)品進(jìn)行XRD物相測試，測試結(jié)果顯示本發(fā)明的所有目標(biāo)產(chǎn)品都是ZnO(呈六角纖鋅礦結(jié)構(gòu))，并且沒有任何雜相。
[0016]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果:
[0017]1、本發(fā)明選擇了鎂元素和銪元素作為共摻雜質(zhì)，采用水熱法與熱處理相結(jié)合的方法，通過簡單的實(shí)驗(yàn)制備出顏色可調(diào)的LED熒光粉。此發(fā)明無論在實(shí)驗(yàn)范圍或是實(shí)際應(yīng)用方面都具有很高的科學(xué)價值及深遠(yuǎn)的意義。
[0018]2、本發(fā)明采用工藝簡單的水熱法制備了顏色可調(diào)的ZnO:Mg、Eu熒光粉，為使LED更廣泛地用于照明、顯示和背光源等領(lǐng)域奠定了基礎(chǔ)。
[0019]3、本發(fā)明原料便宜易得，生產(chǎn)成本低廉，產(chǎn)品化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不會對環(huán)境造成危害。因此，所提供的納米熒光粉具有重要的應(yīng)用價值。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明目標(biāo)產(chǎn)品納米熒光粉的XRD譜、SEM圖和PL圖。
[0021]圖2是本發(fā)明目標(biāo)產(chǎn)品納米熒光粉的CIE色度圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明所需的原料如下:
[0023]硝酸鋅(Ζη(Ν03)2.6H20，沈陽國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)為分析純；
[0024]氧化銪(Eu203，沈陽國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)為分析純；
[0025]硝酸(ΗΝ03，沈陽第一試劑廠化學(xué)試劑)為分析純；
[0026]碳酸氫銨(NH4HC03，沈陽國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)為分析純；
[0027]硝酸鎂(Mg(N03)2.6H20，沈陽國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)為分析純。
[0028]本發(fā)明納米熒光粉的制備方法如下:
[0029]①、按比例稱量0.176g Eu203和15mL ΗΝ03,其中ΗΝ03的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65.0%?68.0%,將Eu203和ΗΝ03混合、加熱攪拌大約10分鐘后溶解，形成粘稠液體，向粘稠液體內(nèi)加入20mL去離子水后繼續(xù)加熱，蒸發(fā)過量的ΗΝ03，至pH值呈中性，然后冷卻至室溫后，倒入稱量瓶中加入90mL去離子水后配置成濃度為0.001mol/L的Eu (N03) 3溶液，搖勻待用。
[0030]②、按比例稱量0.1154g Mg (N03) 2.6Η20、1.339gZn (N03) 2.6H20 和 1.5812gNH4HC03原料，各種物質(zhì)的摩爾比為NH4HC03:金屬陽離子(Eu3+、Mg2+、Zn2+)的總和=1:1。將Mg(N03)2.6H20和Zn (N03)2.6H20用60ml去離子水充分溶解后與10mL配置好的Eu(N03)3溶液混合在一起放在攪拌器上室溫?cái)嚢枰恍r，形成混合溶液，然后將NH4HC03加入混合溶液中，并不停攪拌一小時，得到乳白色溶液，將此乳白色溶液裝入100ml的反應(yīng)釜中，放入140°C烘箱中，16小時之后用去離子水和酒精清洗得到的白色沉淀物，之后將白色沉淀物放入80°C烘箱中干燥10小時，得到白色粉末狀固體。
[0031]③、將步驟②中得到的白色粉末狀固體，等量放在五個白玉坩堝中蓋好蓋子，分別放在五個不同溫度的馬弗爐中，爐子的溫度分別為300 V、400 V、500 V、600 V、700 °C燒結(jié)一小時之后取出納米熒光粉目標(biāo)產(chǎn)品。
[0032]④、將步驟③得到的五個納米熒光粉進(jìn)行XRD物相測試，測試結(jié)果顯示該納米熒光粉是呈六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)的ZnO，并且沒有任何雜相(見圖1)。
[0033]本發(fā)明制備的納米熒光粉掃描電鏡圖(見圖1右側(cè))，從圖1可以看到溫度對熒光粉的形貌有很大的影響，隨著溫度的升高ZnO:Mg、Eu納米片團(tuán)聚后演變成納米鏈，當(dāng)溫度再度升高時變成納米短棒，當(dāng)燒結(jié)溫度為700°C時得到的是長且光滑的納米棒。
[0034]圖2是本發(fā)明制備的納米熒光粉的CIE色度圖。從圖中我們可以清楚地看到300°C和500°C退火后到的納米熒光粉CIE色度坐標(biāo)位置在(x=0.44,y=0.48)和(x=0.43,y=0.45)處發(fā)射黃光(圖2星a和星c)，400°C和600°C處理后的納米熒光粉發(fā)射白光，而700°C退火后的納米熒光粉CIE色度坐標(biāo)位置在(x=0.37，y=0.46)發(fā)射綠光，這意味著，通過改變溫度可以調(diào)節(jié)熒光粉的顏色。本發(fā)明的目標(biāo)產(chǎn)品為使LED更廣泛地用于照明、顯示和背光源等領(lǐng)域奠定了基礎(chǔ)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于LED的納米熒光粉，其特征在于:該納米熒光粉由以下重量配比的原料制成: Eu2O30.176g HNO315ml Mg (NO3) 20.1154g
Zn (NO3) 2.6H20 1.339g
NH4HCO31.5812g 制備方法包括以下步驟: ①、取0.176g Eu2O3溶于15mL HNO3,其中HNO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65.0%?68.0%,將Eu2O3和HNO3混合、加熱攪拌大約10分鐘后溶解，形成粘稠液體，向粘稠液體內(nèi)加入20mL去離子水后繼續(xù)加熱，蒸發(fā)過量的HNO3,至pH值呈中性，然后冷卻至室溫后，倒入稱量瓶中加入去離子水后配置成濃度為0.001mol/L的Eu(NO3)3溶液，搖勻待用；
②、將0.1154g Mg(NO3)2.6H20 和 1.339g Zn (NO3)2.6H20 用 60ml 去離子水充分溶解后與步驟①中獲得的1mL Eu (NO3) 3混合在一起放在攪拌器上室溫?cái)嚢枰恍r，形成均勻的混合溶液，然后將1.5812g NH4HCO3加入上述混合溶液中，并不停攪拌一小時得到乳白色溶液，將此乳白色溶液裝入10ml的反應(yīng)釜中，放入140°C烘箱中，反應(yīng)16小時之后用去離子水和酒精清洗得到白色沉淀物，之后將白色沉淀物放入80°C烘箱中干燥10小時，得到白色粉末狀固體； ③、將上述步驟②中得到的白色粉末狀固體，等量放在五個白玉坩堝中蓋好蓋子，把這五個白玉坩堝分別放在五個不同溫度的馬弗爐中，爐子的溫度分別為300°C、40(TC、50(rC、600°C、70(TC，燒結(jié)一小時之后取出得到五個本發(fā)明目標(biāo)產(chǎn)品一種可被紫外光有效激發(fā)而發(fā)光的LED用納米熒光粉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于LED的納米熒光粉，其特征在于:所述Mg(NO3)2.6H20、Zn(NO3)2.6H20、Eu (NO3) 3和碳酸氫銨四種物質(zhì)的摩爾比為碳酸氫銨:金屬陽離子(Eu3+、Mg2+、Zn2+)的總和=1:1。
【文檔編號】C09K11/54GK104419417SQ201310369386
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月22日
【發(fā)明者】楊碩, 韓東來, 楊景海, 高銘, 巴音賀希格 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所