[發明專利]一種紅色熒光粉Zn2SiO4︰Eu3+的制備方法

無效

• 申請號: 200810037949.3
• 申請日: 2008-05-23
• 公開（公告）號: CN101280189A
• 公開（公告）日: 2008-10-08
• 發明（設計）人: 彭子飛;羅彩芹;余軍保
• 申請（專利權）人: 上海師范大學
• 主分類號: C09K11/79
• 分類號: C09K11/79
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司
• 代理人: 吳澤群

技術領域

本發明涉及一種紅色熒光粉Zn₂SiO₄:Eu³⁺的制備方法，具體為用燃燒法制備紅色熒光粉Zn₂SiO₄:Eu³⁺方法。

背景技術

通常Eu³⁺的發射譜線處于紅色光區。這些譜線在發光與顯示(彩色電視)中有許多重要的應用。這些譜線對應于4f⁶電子組態內從激發態⁵D₀能級到⁷F_J(J＝0、1、2、3、4、5和6)能級的躍遷發射。由于⁵D₀能級不被晶體場分裂(J＝0)，發射躍遷的分裂是由⁷F_J能級的晶體分裂引起的。除了這些譜線外，還可以觀察到來自較高的5D能級(即⁵D₁、⁵D₂甚至⁵D₃)的發射。

過去幾十年中，對以Eu³⁺摻雜的各類體系紅色熒光粉的合成方法研究已有相當多的報道，主要集中在高溫固相法，溶膠-凝膠法等方法的研究。溶膠-凝膠法雖然具有退火溫度低的優勢，但同時它也有原料成本高、消耗有機溶劑量多、處理周期長等缺點；高溫固相法雖然具有制備方便，易于工業化等優點，但也有煅燒溫度高，保溫時間長等不利于節約能源的缺點。燃燒法是近年來提出的一種新合成方法，這種方法利用氨基酸、檸檬酸或尿素等燃料的燃燒反應所放出的熱量，從而使產生氧化物粉末的化學反應得以發生。該方法的主要特點是化學反應所需熱量由其反應自身提供，且反應能迅速完成。但是，燃燒法制備Eu³⁺摻雜紅色熒光粉的過程中，會因還原而損耗部分Eu³⁺發光中心，因此采用燃燒法制備Eu³⁺摻雜的紅色熒光粉還有待改進。

目前，硅酸鹽類發光材料的合成研究也主要集中高溫固相法和溶膠-凝膠法上，采用溶膠-凝膠法主要是由于硅酸鹽水解比較容易控制。以燃燒法制備硅酸鹽體系發光材料的研究較少，這主要是由于硅酸鹽體系缺乏不引入雜質的可溶性的硅，制備有一定難度。郝艷等人以尿素為燃燒劑燃燒法合成Zn₂SiO₄:Mn²⁺熒光粉，燃燒后的樣品仍需要進行高溫保溫才能得到單相的硅酸鋅。Eu³⁺摻雜Zn₂SiO4紅色熒光材料已有翁之望，H.X.Zhan等人用溶膠-凝膠法進行過制備研究。該類發光材料的燃燒法合成未有過相關的研究報道。

燃燒法制備硅酸鹽體系熒光粉的過程中，存在著較多的影響因素。燃燒溫度的選擇很大程度上影響著Zn₂SiO₄的形成以及樣品的發光性能，并對能耗有較大的影響。在綜合前人對燃燒法研究，特別是對同為硅酸鹽系列發光材料的燃燒法制備研究的基礎上，本實驗選擇600℃為燃燒溫度。

傳統的燃燒劑有尿素、檸檬酸、甘氨酸等，甘氨酸因一端有羧基另一端有氨基而常用作為金屬離子的絡合劑，這種兩性離子的結構特征可預防選擇性沉積而使各種組分組合均勻，但這種特性無法適用到SiO₂上；檸檬酸也因需與金屬離子形成絡合物，而無法適用到硅酸鹽上；尿素有較低的還原能力并且產生更少的氣體(10.5kJ/g)，甘氨酸有中等的還原能力但能產生更多的氣體(13kJ/g)，當使用尿素為燃燒劑時，由于在非常高的溫度下其較低的還原能力以及產生的氣體量少，使得產物呈現為大顆粒。因此綜合以上所述，本實驗選擇尿素為燃燒劑。

當燃燒反應在尿素過量(富燃料體系)的情形下進行時，多余的尿素會分解產生還原性氣體，導致Eu³⁺變為Eu²⁺，使Eu³⁺部分損失，減少發光中心的數量。因而在實驗中需加入少量的燃燒助劑(燃燒助劑可以作為過量的氧化劑，提高燃燒放熱量，更重要的是能產生過量的燃燒氣體，使燃燒產物更加疏松；另外，燃燒助劑在混合物內部點燃還可催化整個燃燒反應，有助于體系克服高的反應活化能勢壘)。本實驗選擇硝酸銨為燃燒助劑，其量選用燃燒助劑的摩爾數與反應原料中硝酸根的摩爾數之比為R＝3.0。