法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2017-06-06
授权
授权
2016-03-02
实质审查的生效 IPC(主分类):C09K11/80 申请日:20151013
实质审查的生效
2016-02-03
公开
公开
技术领域
本发明属于YAG:Ce3+荧光粉改性技术领域，特别涉及一种氧化石墨烯共沉 淀制备高性能YAG黄色荧光粉的方法。
背景技术
白光LED具有高效、节能、环保、性能稳定、寿命长、耐冲击、可平面封 装和易开发等优点，相比于白炽灯泡耗电易碎及日光灯废弃物含汞污染等缺点， 被业界认为能在未来10年成为替代传统照明灯具的一大潜力商品。
自从YAG荧光粉商业应用以来，白光LED的成本大大降低，白光LED灯具 在生产生活中的应用逐渐普遍起来。此后虽然各种各样的荧光粉被先后研制出来， 但是黄光YAG粉体材料仍然是工业化生产白光LED最为常用的荧光材料，也是 目前商业上最为成功的荧光粉。
目前YAG荧光粉的应用仍然存在着诸多问题，大大限制了其在白光LED领域 的应用。目前主要存在以下问题：显色指数低、高温色衰、粉体分散性差等。正 是由于这些问题的存在，我们在制备YAG:Ce3+荧光粉的时候加入了氧化石墨烯。 氧化石墨烯是一种性能优异的薄层结构材料，是目前为止发现的最薄的材料，拥 有很大的比表面和良好的亲水性，这为溶液反应提供了一种良好的晶核生长环境。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种尺寸和分散度可控、发 光强度增强的氧化石墨烯共沉淀制备高性能YAG黄色荧光粉的方法。
本发明的技术方案是通过掺杂氧化石墨烯，来实现YAG:Ce3+荧光粉微粒的 粒径和分散度的控制，从而提高其发光强度；实现简单易行可控的制备方法，适 合工业化大规模生产。GO具有较高的比表面积，通过加入GO溶液作为物理分 散剂能够有效地包裹在荧光粉前躯体表面，在荧光粉前躯体界面形成一层致密的 薄膜，有效地阻隔了颗粒之间的黏连，高温煅烧的同时GO分解成还原性气体， 破坏了荧光粉颗粒之间的氧桥键，从而改善了粉体易团聚的缺点；另一方面高温 下GO分解产生的还原性气体，能够有效地阻碍Ce3+(发光中心)向Ce4+转变， 因此所制备的荧光粉具有发光强度高的特点。
本发明的具体技术方案为：氧化石墨烯共沉淀制备高性能YAG黄色荧光粉 的方法，具体步骤如下：
(1)按照Y3-xAl5O12:Cex，其中x＝0.03～0.07，按化学计量比称取 Y(NO3)3·6H2O、Ce(NO3)3·6H2O和Al(NO3)3·9H2O溶解于去离子水中配制成饱和 母液；
(2)将(NH4)2SO4与NH4HCO3按摩尔比为1:(40～100)溶解于去离子水中， 配成饱和溶液；
(3)向步骤(2)配制的饱和溶液中加入氧化石墨烯(GrapheneOxide,GO) 溶液，混合均匀；
(4)向步骤(3)配制的混合溶液中，加入氨水调节溶液的pH值；
(5)将步骤(1)配制的饱和母液滴加至步骤(4)配制的溶液中，得到固相沉 淀，静置陈化后，过滤、洗涤、干燥，研磨得到荧光粉的前驱体粉末；
(6)将前驱体粉末放入通有混合气体的管式炉中煅烧，冷却(一般至室温) 后，研磨得到高性能YAG黄色荧光粉。
优选步骤(3)中所加入的氧化石墨烯溶液的浓度为0.005～0.03g/L。优选 加入的氧化石墨烯溶液的体积为步骤(2)配成饱和溶液体积的20～40％。
优选步骤(4)中所述的pH值为8.5～11。
优选步骤(5)中饱和母液的加入量为控制饱和母液中的金属阳离子与 NH4HCO3的摩尔比为1:(8～12)。
优选步骤(5)中将步骤(1)配制的饱和母液滴加至步骤(4)配制的溶液中 的滴加时间控制在1～2小时。优选步骤(5)中陈化时间为2～5小时；干燥温度 为50～80℃，干燥时间为6～12小时。
优选步骤(6)中所述的混合气体为Ar、N2或He中的一种与H2的混合气， 其中的Ar、N2或He占混合气的体积百分比为90～95％。
优选步骤(6)中所述的煅烧温度为800～1200℃，煅烧时间为3～5小时。
有益效果：
本发明中氧化石墨烯的加入，使得沉淀颗粒通过化学物理吸附作用吸附在氧 化石墨烯的表面，减弱了颗粒之间的静电吸引作用，使得样品的结晶性以及晶种 的发育比较完整，煅烧之后所形成的荧光粉粉体颗粒形貌均匀，分散性好，荧光 强度显著增强。本发明所提供的制备方法简单易行可控，适合工业化大规模生产。
附图说明
图1为不同浓度的氧化石墨烯作为初始沉淀剂制备YAG:Ce3+的XRD图；其 中A为未加入氧化石墨烯，B为实施例1，C为实施例2，D为实施例3，E为 实施例4；
图2为实施例2制备的YAG:Ce3+荧光粉SEM图；其中(a)为不加GO制 备的YAG:Ce3+荧光粉的SEM图片；(b)加入GO溶液制备的YAG:Ce3+荧光粉 电镜图片；(c)GO溶液电镜图片；
图3为实施例2制备的YAG:Ce3+荧光粉荧光发射光谱图；其中A是加入 GO制备的YAG:Ce3+荧光粉；B是未加GO制备的YAG:Ce3+荧光粉。
具体实施方式
以下结合实例对本发明作进一步的说明，但发明不仅限于这些实例，在未脱离 本发明宗旨的前提下，所作的任何改进均在本发明的保护范围之内。
实施例1：
一种氧化石墨烯共沉淀法制备高性能YAG:Ce3+黄色荧光粉，包括以下合成步骤：
(1)按照Y3-xAl5O12:Cex，其中x＝0.03，按化学计量比称取1.137gY(NO3)3·6H2O、 0.013gCe(NO3)3·6H2O和1.876gAl(NO3)3·9H2O溶解于50ml去离子水中配制 成母液。
(2)称取5.056gNH4HCO3溶解于50ml去离子水溶液中，再称取0.0126g (NH4)2SO4溶解于上述溶液中作为静电稳定剂，然后加入20ml浓度为0.005g/L 的氧化石墨烯溶液；向混合溶液中加入氨水调节溶液的pH值为8.5，将其作为 沉淀剂。
(3)用2小时将母液缓慢滴加到沉淀剂中，得到固相沉淀，静置陈化2小时， 过滤，洗涤，50℃下干燥12小时，研磨得到荧光粉的前驱体。
(4)将前驱体放入通有氩氢混合气(Ar:H2＝95％:5％)的管式炉中800℃ 下煅烧5小时，冷却至室温后，研磨得到黄色荧光粉。
实施例2
一种氧化石墨烯共沉淀法制备高性能YAG:Ce3+黄色荧光粉，包括以下合成 步骤：
(1)按照Y3-xAl5O12:Cex，其中x＝0.04，按化学计量比称取1.133gY(NO3)3·6H2O、 0.017gCe(NO3)3·6H2O和1.876gAl(NO3)3·9H2O溶解于50ml去离子水中配制 成母液。
(2)称取6.3275gNH4HCO3溶解于50ml去离子水溶液中，称取0.2g(NH4)2SO4溶解于上述溶液中作为静电稳定剂；再加入20ml浓度为0.01g/L的氧化石墨烯 溶液；向混合溶液中加入氨水调节溶液的pH值为11，将其作为沉淀剂。
(3)用2小时将母液缓慢滴加到沉淀剂中，得到固相沉淀，静置陈化5小时， 过滤，洗涤，80℃下干燥6小时，研磨得到荧光粉的前驱体。
(4)将前驱体放入通有氩氢混合气(N2:H2＝95％:5％)的管式炉中1200℃ 下煅烧3小时，冷却至室温后，研磨得到黄色荧光粉。从图1的XRD中可以看 出氧化石墨烯的加入对荧光粉的相纯度无影响，从图2的SEM中可以看出氧化 石墨烯的加入使的荧光粉分散性得到提高，从图3的发射光谱图可以看出加入 GO制备的样品荧光强度有了较大的提高。
实施例3
一种氧化石墨烯共沉淀法制备高性能YAG:Ce3+黄色荧光粉，包括以下合成 步骤：
(1)按照Y3-xAl5O12:Cex，其中x＝0.05，按化学计量比称取1.130gY(NO3)3·6H2O、 0.022gCe(NO3)3·6H2O和1.876gAl(NO3)3·9H2O溶解于50ml去离子水中配制 成母液。
(2)称取6.3275gNH4HCO3溶解于50ml去离子水溶液中，称取0.2g (NH4)2SO4溶解于上述溶液中作为静电稳定剂；再加入20ml浓度为0.02g/L的 氧化石墨烯溶液，向混合溶液中加入氨水调节溶液的pH值为9.0，将其作为沉 淀剂。
(3)用1.5小时将母液缓慢滴加到沉淀剂中，得到固相沉淀，静置陈化3小 时，过滤，洗涤，60℃下干燥10小时，研磨得到荧光粉的前驱体。
(4)将前驱体放入通有氩氢混合气(Ar:H2＝95％:5％)的管式炉中1000℃ 下煅烧3小时，冷却至室温后，研磨得到黄色荧光粉。
实施例4
一种氧化石墨烯共沉淀法制备高性能YAG:Ce3+黄色荧光粉，包括以下合成 步骤：
(1)按照Y3-xAl5O12:Cex，其中x＝0.06，按化学计量比称取1.126gY(NO3)3·6H2O、 0.026gCe(NO3)3·6H2O和1.876gAl(NO3)3·9H2O溶解于50ml去离子水中配制成 母液。
(2)称取6.3275gNH4HCO3溶解于50ml去离子水溶液中，称取0.2g(NH4)2SO4溶解于上述溶液中作为静电稳定剂；再加入20ml浓度0.03g/L的氧化石墨烯溶 液，向混合溶液中加入氨水调节溶液的pH值为10.5，将其作为沉淀剂。
(3)用1小时将母液缓慢滴加到沉淀剂中，得到固相沉淀，静置陈化3小时， 过滤，洗涤，80℃下干燥12小时，研磨得到荧光粉的前驱体。
(4)将前驱体放入通有氩氢混合气(Ar:H2＝95％:5％)的管式炉中1000℃ 下煅烧3小时，冷却至室温后，研磨得到黄色荧光粉。
实施例5
一种氧化石墨烯共沉淀法制备高性能YAG:Ce3+黄色荧光粉，包括以下合成 步骤：
(1)按照Y3-xAl5O12:Cex，其中x＝0.07，按化学计量比称取1.122gY(NO3)3·6H2O、 0.03gCe(NO3)3·6H2O和1.876gAl(NO3)3·9H2O溶解于50ml去离子水中配制成 母液。
(2)称取6.3275gNH4HCO3溶解于50ml去离子水溶液中，称取0.2g (NH4)2SO4溶解于到上述溶液中作为静电稳定剂；再加入16ml浓度为0.01g/L 的氧化石墨烯溶液，向混合溶液中加入氨水调节溶液的pH值为11，将其作为沉 淀剂。
(3)用2小时将母液缓慢滴加到沉淀剂中，得到固相沉淀，静置陈化5小时， 过滤，洗涤，80℃下干燥6小时，研磨得到荧光粉的前驱体。
(4)将前驱体放入通有氩氢混合气(He:H2＝90％:10％)的管式炉中1200℃ 下煅烧3小时，冷却至室温后，研磨得到黄色荧光粉。
机译： YAG荧光粉，其制备方法和YAG荧光陶瓷制备的
机译： YAG：Ce荧光粉的聚合物溶液制备及氧化铝种子的制备方法。
机译： 具有新组成的发黄光的Ce3 +活化的硅酸盐基黄色荧光粉，其制备方法以及包括该荧光粉的白光发光二极管
