技术领域
本发明涉及一种发光材料及其制备方法，具体涉及一种发光材料Mg3SiO4F2及其制备 方法。
背景技术
在照明市场中，白光LED是近些年发展最迅猛的技术之一。与传统照明方式(白炽钨 丝灯泡及荧光灯)相比，LED具有体积小(多颗、多种组合)、发热量低(没有热幅射)、耗电量 小(低电压、低电流起动)、寿命长(1万小时以上)、环保(耐震、耐冲击不易破、废弃物可回 收，没有污染)、可平面封装易开发成轻薄短小产品等优点。
目前技术水平主要通过两种方式实现白光LED(见图1)：第一种为多芯片型白光 LED，经由组合两种或以上不同色光的LED组合以形成白光；第二类为利用荧光粉将蓝光 LED或紫外UV-LED所产生的蓝光或紫外光分别转换为双波长或三波长白光，此项技术称 之为荧光粉转换白光LED(Phosphor Converted-LED)。目前市场上白光LED商品以蓝光 LED芯片搭配黄光荧光粉最为普遍，但近年来，红光及绿光荧光粉的应用日渐盛行。如果 是用于背光源，蓝色、绿色及红色各色的光谱相互分离，色彩表现性提高；而在照明用途， 则需要形成波长为500nm左右至650nm以内，与太阳光接近的连续光谱。在白光LED的 产生中，红光荧光粉除了用于与蓝光LED及绿光荧光粉配合产生白光外，也可与绿、蓝光 荧光粉及紫光或紫外LED配合产生白光，亦可用于补偿“YAG:Ce+蓝光LED”中缺乏的红 光，以提高显色指数或降低色温。
现有制备荧光材料的方法多为掺杂昂贵的稀土发光离子或过渡金属离子等作为发光 中心，增加了荧光材料的制造成本，不利于LED的推广应用。因而，研发新型高性能、低 成本红、绿荧光粉符合LED技术发展需求和趋势，并有利于提升我国在LED荧光粉和照明 器件的整体竞争力，其中红光荧光粉与绿光荧光粉成为继黄光荧光粉后新的研发热点。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的缺点，本发明提供了一种新型发光材料Mg3SiO4F2及其制 备方法。
本发明提供了一种发光材料Mg3SiO4F2，所述发光材料Mg3SiO4F2通过高温固相焙烧 的方式获得；在250－275nm波长的紫外光激发下发射可见光，所述发光材料Mg3SiO4F2的 发射峰包括350-415nm、500-520nm和712-740nm中的至少一个。
所述发光材料可应用于LED照明领域，与其它荧光粉混合获得白光。当发射峰在 350-415nm范围时所述发光材料可作为蓝紫光荧光粉；当发射峰在500-520nm范围时所述 发光材料可作为绿光荧光粉；当发射峰在712-740nm范围时所述发光材料可作为红光荧光 粉。本发明的材料发光中心可能来自于内部色心或化学缺陷，也称为本征发光材料。
本发明还提供一种制备所述发光材料Mg3SiO4F2的方法，所述方法包括将原料 MgF2，SiO2，MgO按摩尔比1:1:2干法混合均匀，在1000-1500℃下进行高温固相焙烧， 焙烧时间为2-6小时，最后随炉冷却至室温，研磨后可得所述发光材料。
较佳地，所述焙烧可在氩气气氛或氩气/氢气混合气气氛下进行。
较佳地，所述在氩气气氛下焙烧，焙烧可在电炉中进行，焙烧时可先将电炉内抽真 空，然后充入高纯氩气，可维持气体压力为0.2-0.4MPa。
较佳地，所述在氩气/氢气混合气气氛下焙烧，所述混合气体中氩气的体积百分比可 为5％，焙烧在电炉中进行，焙烧时先将电炉内抽真空，然后充入高纯氩气/氢气混合气，可 维持气体压力为0.2-0.4MPa。
所述方法的一个优选实施例为，所述电炉内抽真空至10Pa。
不同的焙烧气氛下，可实现对发光材料发光峰位或颜色的调控。
本发明的有益效果：
与现有技术相比，本发明制备的荧光材料，无需掺杂昂贵的稀土发光离子或过渡金属离子等 作为发光中心，通过改变焙烧制度，可实现蓝紫光(380-410nm)，绿光(520nm)，红光 (720/740nm)发射，可作为LED照明领域中的单色荧光粉(如绿粉520nm)与其它荧光粉混合 获得白光。由于本发明的Mg3SiO4F2荧光材料无需掺杂昂贵的稀土发光离子或过渡金属离子 作为发光中心，有利于简化工艺、节约成本，符合新型发光材料的发展要求，适合工业化生 产，可用于白光LED照明领域。
附图说明
图1为目前技术水平两种主要实现白光LED的方式；
图2为空气气氛1150℃下焙烧所得发光材料Mg3SiO4F2的发光图谱；
图3为空气气氛1150℃下焙烧所得发光材料Mg3SiO4F2的XRD图谱；
图4为Ar气氛下1300℃焙烧所得发光材料Mg3SiO4F2的发光图谱；
图5为Ar/H2气氛下1300℃焙烧所得发光材料Mg3SiO4F2的发光图谱。
具体实施方式
通过以下具体实施方式并参照附图对本发明作进一步详细说明，应理解为，以下实 施方式仅为对本发明的说明，不是对本发明内容的限制，任何对本发明内容未作实质性变更 的技术方案仍落入本发明的保护范围。
本发明公开了一种新型的发光材料Mg3SiO4F2及其制备方法，所述发光材料是一种无 需掺杂稀土离子，过渡金属离子等作为发光离子的荧光材料，其发光中心可能来自于内部色 心或化学缺陷，也称为本征发光材料。该发光材料的制备过程为:将构成Mg3SiO4F2的原料 MgF2，SiO2，MgO按化学计量比，即摩尔比1:1:2干法混合均匀，在空气气氛或氩气气氛 或氩气/氢气混合气氛下进行烧结，焙烧温度范围为1000-1500℃，焙烧时间2-6h，最后随 炉冷却至室温。根据焙烧气氛的不同，本发明所制得的发光材料在250－275nm波长的紫外 光激发下，发射可见光，发光峰位包括386nm(蓝紫色)，500-520nm(绿色)，和710-760nm (红色)三个主发射峰。该材料的发光无需掺杂价格昂贵的稀土离子，也不需要掺杂过渡金属 等其它发光离子，有利于简化制备工艺及节约成本，符合新型发光材料的发展要求，所制备 的Mg3SiO4F2荧光粉可应用于照明材料或其它光电子材料领域。
该材料是一种紫外激发的LED用荧光材料，可应用于白光LED照明领域等，可作为 LED照明领域中的单色荧光粉(如绿粉520nm)与其它荧光粉混合获得白光。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种新型的发光材料Mg3SiO4F2及其制备方法，是一种无需掺杂稀土离子或过渡金属等发光 中心的紫外激发荧光材料；
作为一种优选方案，所述的荧光材料Mg3SiO4F2的制备原料为MgF2，SiO2，MgO。且各组 成的摩尔比为标准化学计量比1:1:2；
一种新型的发光材料Mg3SiO4F2及其制备方法，将原料MgF2，SiO2，MgO按摩尔比1:1:2 干法混合均匀，在空气气氛或氩气气氛或氩气/氢气混合气氛下进行烧结，焙烧温度为1000- 1500℃，焙烧时间2-6h，最后随炉冷却至室温，研磨后可得最终样品。
作为一种优选方案，采用高温固相焙烧方法，在1000-1500℃温度下，保温2-6h，最 后随炉冷却至室温，研磨。
作为一种优选方案，所述的高温固相焙烧过程中，可以不通入任何气氛，即在空气 气氛下烧结，焙烧温度为1000-1500℃，焙烧时间2-6h，最后随炉冷却至室温，研磨后可得 最终样品。
作为一种优选方案，构所述的高温固相烧结过程中，可以通入高纯氩气作为烧结气 氛。此时，先将电炉内抽真空至10Pa左右，然后充入高纯氩气，压力为0.2-0.4MPa，焙烧 温度为1000-1500℃，焙烧时间2-6h，最后随炉冷却至室温，研磨后可得最终样品。
作为一种优选方案，在所述的高温固相焙烧过程中，可以通入高纯氩气/氢气混合气 (氢气5％体积比)作为焙烧气氛。此时，先将电炉内抽真空至10Pa左右，然后充入高纯混合 气，压力为0.2-0.4MPa，焙烧温度为1000-1500℃，焙烧时间2-6h，最后随炉冷却至室温， 研磨后可得最终样品。
本发明通过高温固相焙烧的方法，获得了一种新型荧光材料Mg3SiO4F2，且通过改变 焙烧制度，可以获得可发射蓝紫光(380-410nm)，绿光(520nm)，红光(720/740nm)的新型荧 光粉。不同的焙烧气氛下，可实现对发光材料发光峰位(或颜色)的调控。
图2为空气气氛1150℃下焙烧所得发光材料Mg3SiO4F2的发光图谱(实施例1)；可 见，本实施例所制得的荧光粉材料的发射峰位在500nm(绿光)和712nm(红光)。
图3为空气气氛1150℃下焙烧所得发光材料Mg3SiO4F2的XRD图谱(实施例1)；与 标准物相的PDF卡片71-2401吻合较好，说明合成的荧光粉具有Mg3SiO4F2晶体结构，即硅 镁石结构。
图4Ar气氛下1300℃焙烧所得发光材料Mg3SiO4F2的发光图谱(实施例2)；可见，本 实施例所制得的荧光粉材料的发射峰位在500nm(绿光)和714nm(红光)，其中以714 nm发射峰为主。
图5Ar/H2气氛下1300℃焙烧所得发光材料Mg3SiO4F2的发光图谱(实施例3)；可见， 本实施例所制得的荧光粉材料的发射峰为位于350-415nm(蓝光)的宽谱发射，同时在520 nm和720nm左右也出现了发射峰。
以下进一步列举出一些示例性的实施例以更好地说明本发明。应理解，本发明详述 的上述实施方式，及以下实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，本领域的技 术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。另 外，下述工艺参数中的具体配比、时间、温度等也仅是示例性，本领域技术人员可以在上述 限定的范围内选择合适的值。
实施例1
将MgF2,SiO2,MgO按摩尔比1:1:2，折合成质量比为MgF2:SiO2:MgO＝3.1:3:4称取并干 法混合均匀。将上述混合原料放入电炉中，在空气气氛1150℃下焙烧4h，随炉冷却到室 温，取出研磨。
图2为实施例1所制得荧光材料Mg3SiO4F2的发光图谱，可见，本实施例所制得的荧 光粉材料的发射峰位在500nm(绿光)和712nm(红光)。图3为荧光材料Mg3SiO4F2的 XRD图谱，与标准物相的PDF卡片71-2401吻合较好，说明合成的荧光粉具有Mg3SiO4F2晶体结构，即硅镁石结构。
实施例2
将MgF2,SiO2,MgO按摩尔比1:1:2，折合成质量比为MgF2:SiO2:MgO＝3.1:3:4称取并干 法混合均匀。将上述原料放入电炉中，通入高纯氩气作为焙烧气氛。此时，先将电炉内抽真 空至10Pa左右，然后充入高纯氩气，压力为0.2-0.4MPa，焙烧温度为1300℃，焙烧时间2 h，最后随炉冷却至室温，研磨后可得最终样品。
图4为实施例2所制得荧光材料Mg3SiO4F2的发光图谱，可见，本实施例所制得的荧 光粉材料的发射峰位在500nm(绿光)和714nm(红光)，其中以714nm发射峰为主。该 荧光材料Mg3SiO4F2的XRD图谱与标准物相的PDF卡片71-2401吻合较好，即硅镁石结 构。
实施例3
将MgF2,SiO2,MgO按摩尔比1:1:2，折合成质量比为MgF2:SiO2:MgO＝3.1:3:4称取并干 法混合均匀。将上述原料放入电炉中，通入高纯氩气/氢气(5％体积比)混合气作为焙烧气 氛。此时，先将电炉内抽真空至10Pa左右，然后充入高纯氩气/氢气混合气，压力为0.2-0.4 MPa，焙烧温度为1300℃，焙烧时间2h，最后随炉冷却至室温，研磨后可得最终样品。
图5为实施例3所制得荧光材料Mg3SiO4F2的发光图谱，可见，本实施例所制得的荧 光粉材料的发射峰为位于350-415nm(蓝光)的宽谱发射，同时在520nm和720nm左右 也出现了发射峰。该荧光材料Mg3SiO4F2的XRD图谱与标准物相的PDF卡片71-2401吻合 较好，即硅镁石结构。
实施例4
将MgF2,SiO2,MgO按摩尔比1:1:2，折合成质量比为MgF2:SiO2:MgO＝3.1:3:4称取并干 法混合均匀。将上述原料放入电炉中，在空气气氛下，1500℃下焙烧2h，随炉冷却到室 温；取出研磨。
所制得的荧光粉材料的发射峰位于500nm和712nm左右，且荧光材料Mg3SiO4F2的 XRD图谱与标准物相的PDF卡片71-2401吻合较好，即硅镁石结构。
实施例5
将MgF2,SiO2,MgO按摩尔比1:1:2，折合成质量比为MgF2:SiO2:MgO＝3.1:3:4称取并干 法混合均匀。将上述原料放入电炉中，通入高纯氩气作为烧结气氛。此时，先将电炉内抽粗 真空至10Pa左右，然后充入高纯氩气，压力为0.2-0.4MPa，烧结温度为1200℃，烧结时 间3h，最后随炉冷却至室温，研磨后可得最终样品。
所制得的荧光粉材料的发射峰位于500nm(绿光)和714nm(红光)左右，其中以 714nm发射峰为主。该荧光材料Mg3SiO4F2的XRD图谱与标准物相的PDF卡片71-2401吻 合较好，即硅镁石结构。
实施例6
将MgF2,SiO2,MgO按摩尔比1:1:2，折合成质量比为MgF2:SiO2:MgO＝3.1:3:4称取并干 法混合均匀。将上述原料放入电炉中，通入高纯氩气/氢气(5％体积比)混合气作为焙烧气 氛。此时，先将电炉内抽真空至10Pa左右，然后充入高纯氩气/氢气混合气，压力为0.2-0.4 MPa，焙烧温度为1000℃，焙烧时间6h，最后随炉冷却至室温，研磨后可得最终样品。
所制得的荧光粉材料的发射峰为位于350-415nm(蓝紫光)的宽谱发射，同时在520 nm和720nm左右也出现了发射峰。该荧光材料Mg3SiO4F2的XRD图谱与标准物相的PDF 卡片71-2401吻合较好，即硅镁石结构。
本发明的Mg3SiO4F2荧光材料无需掺杂昂贵的稀土发光离子或过渡金属离子作为发光 中心，有利于简化工艺、节约成本，符合新型发光材料的发展要求，适合工业化生产，可用 于白光LED照明领域。