一种Bi3+、Eu3+共掺LGS基荧光粉及其制备方法和应用

本发明属于发光材料，具体涉及一种bi3+、eu3+共掺的lgs基荧光粉及其制备方法和应用。

背景技术：

1、led作为一种新型固态照明光源，相比于传统的卤钨灯、激光器等红外照明光源具有寿命更长、热耗散更低、集成度高等优点，被广泛应用于照明、显示、医疗及光电子等多个领域。荧光粉基质是影响全固态光源的重要影响因素，不同基质提供不同的配位环境，会产生不同的吸收与发射光谱。鉴于硅酸盐氧化物基质在空气环境下即可实现制备，无需气氛保护，成本优势明显。早期，人们在研究硅酸镓镧(la3ga5sio14，lgs)激光晶体时，发现其基体结构更稳定，光谱稳定性好，还可以用于激光与太阳能电池领域(a.a.kaminskii，等，镧-镓锗结构的无定形晶格中cr3+离子的可调谐激发发光和频率自增效应的产生,无机材料学报,1988)，是高稳定固态发光材料优质基体之一。同时，lgs熔融温度在1470℃左右，热膨胀系数小，具有良好的耐高温性能，可适应高温工作环境；且lgs晶体具有较低的晶格振动和较小的非辐射衰减通道，有助于减少非辐射衰减损失，从而提高荧光粉荧光寿命及荧光效率，因此稀土发光离子掺杂lgs基荧光粉可用于制备高性能led材料。

2、近年来，由于生活水平的提高与节能环保的需求，人们对于led材料的发光强度、发光效率及发光颜色选择等提出了更高的要求，其中紫外光芯片因相比于传统的蓝光芯片具有更高的光效与能效，所激发的荧光粉具有更为丰富的光谱类型，已逐渐被越来越多的led材料所采用。然而，现有技术所报道的稀土掺杂lgs荧光粉，例如georgescu s等用直拉法制备了掺杂eu3+的lgs荧光材料，测定了lgs:eu3+荧光粉的发光光谱特征(georgescu s,et al,optical materials,2008)；2021年左香港以高温固相法所合成的la3(0.94-z)ga5sio14:0.18tb3+,zeu3+(z＝0、0.02、0.04、0.06、0.08)荧光粉(左香港，等，晶体工程通讯，2021)，对于紫外光吸收能力较弱、量子产率低、发光效率不足，限制了其在紫外光芯片led材料当中的应用。

3、针对上述问题，一种有效的解决方案是将其它离子作为敏化剂与稀土离子共掺进入荧光粉基质，在各种镧系离子中，铕离子是将紫外光转化为可见光的最有效的材料，因此出现了如eu3+离子与tb3+/dy3+、bi3+与eu3+离子共掺等工艺。因bi3+离子的1s0→3p1跃迁可在紫外光区域产生宽吸收效应，3p1→1s0跃迁会产生较宽的发射峰，且与eu3+离子激发波长存在重合区域，bi3+离子就可作为敏化剂向eu3+离子传递能量，实现eu3+离子发光强度的提升，可有效提高紫外光利用率，且较稀土离子具有明显成本优势，因此bi3+、eu3+共掺杂红光荧光粉成为一种更具发展潜力的高效白光led用红色荧光材料。现有技术中报道了一些bi3+、eu3+共掺杂增强荧光粉材料紫外吸收的实例，例如中国专利文献(cn112940723a)报道的ba3lu4(0.98-y)o9:0.08bi3+,4yeu3+(0≤y≤0.08)荧光粉、中国专利文献(cn104004518b)报道的ca1-x-ywo4:xeu3+,ybi3+(x＝0.05,0≤y≤0.1)荧光粉、中国专利文献(cn106497564a)报道的sr3ga2ge4o14:xeu3+,ybi3+(0.01≤x≤0.15,0.01≤y≤0.07)荧光粉，均可有效吸收紫外光。基于bi、eu离子能量转移机制与现有研究进展(宦鹤波，等，材料科学，2021)，采用bi3+、eu3+共掺体系制备lgs荧光粉将有望解决lgs基荧光粉对紫外光吸收弱的问题，提高稀土离子的量子产率，实现发光颜色的调谐，制备性能优异的红色荧光粉。

技术实现思路

1、本发明旨在克服现有的稀土离子掺杂lgs基荧光粉对于紫外光吸收弱的问题，提供一种可被紫外led芯片激发的bi3+、eu3+共掺lgs基新型荧光粉。所述新型荧光粉以eu3+离子为激活剂，bi3+离子为敏化剂掺入基质中，采用高温固相法合成，可有效吸收紫外/近紫外光，具有良好的发光强度与量子产率。通过控制发光中心的掺杂浓度，以及调节激发光的波长和强度，可以实现对荧光粉发射光的颜色和亮度的调控，从而适应不同环境的需求。

2、为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

3、一种bi3+、eu3+共掺lgs基荧光粉，化学式为la3-x-ybixeuyga5sio14，0＜x＜0.10，0＜y＜0.45。

4、优选的，所述荧光粉粒径小于22μm，荧光寿命为0.5ms～3.0ms，通过eu3+离子掺杂含量可以实现发射光从蓝色光到红色光的调制。

5、所述bi3+、eu3+共掺lgs基荧光粉的制备方法，包括以下步骤：

6、(1)按照以下摩尔配比精确称取相应原料：la2o3:ga2o3:sio2:bi3+:eu3+＝(1.225～1.5):2.5:1:(0-0.1):(0～0.45)；向所述原料中加入无水乙醇，研磨混匀得到混合料；

7、(2)将步骤(1)中所述混合料烘干，压制成厚度为3-6mm的圆片，母粉包埋后，于1300-1465℃烧结，将烧结得到的块状产物研磨得到所述bi3+、eu3+共掺lgs基荧光粉。

8、优选的，步骤(1)中研磨25-80min。

9、优选的，步骤(2)中所述烘干为：在100℃下烘干60-200min。

10、优选的，步骤(1)所述原料与无水乙醇的质量体积比为1g/(1.5-3.5)ml。

11、步骤(2)中将其中一部分混合料压制好的压片样品装入作为容器的刚玉坩埚中，另一部分混合料覆盖在压片表面进行包埋处理，以减少bi3+离子的挥发。

12、优选的，步骤(2)中所述烧结：在空气气氛中进行烧成，升温速率4-7℃/min，保温150-200min，再以4-7℃/min的速率降至980-1100℃，然后随炉冷却至200℃以下，取出坩埚。

13、步骤(2)中待样品冷却至室温后将已烧结成块体的样品取出，研磨成粉体，过300目筛，获得荧光粉成品。

14、所述bi3+、eu3+共掺lgs基红色荧光粉的应用，用于紫外光芯片。

15、本发明提供的bi3+、eu3+共掺lgs基荧光粉具有以下优点：

16、(1)本发明的bi3+、eu3+共掺的lgs基红色荧光粉可用于配合紫外光芯片封装以制备高效、高亮度、高使用寿命的led产品，可以用作近紫外激发三基色白光led的红色荧光粉，提供优质的照明效果。

17、(2)本发明的荧光粉发光效率高，有助于减少能源的消耗，顺应可持续发展的要求。

18、(3)该荧光粉具有优良的荧光性能，可通过调节eu3+离子掺杂比例实现发光颜色的调谐。

19、(4)荧光粉发光寿命长，可延长led材料的使用寿命，减少维护和更换的频率，降低使用成本，适用于照明、显示等需要长时间稳定发光的应用领域。

20、(5)制备工艺流程清晰、可控性强、效率高、污染小，适于大规模生产及工业化应用。