自蔓延燃烧法制备Ba3MgSi2O8:Eu2+，Mn2+荧光粉 ＊

徐基磊,郭晓锋,林广龙,王 宝,李东平

（哈尔滨理工大学 化学与环境工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040）

白光LED以其节能、使用寿命长、全固态、体积小、平面化、重量轻、方向性好、响应快、无辐射以及抗震等优点，将成为二十一世纪替代传统照明光源的新型光源。使用白光LED照明可以节约大量能源，而且不含汞等有害的重金属，所以对白光LED的理论研究及产业化应用研究具有十分重大的意义。Ba3MgSi2O8:Eu2+，Mn2+作为新一代白光LED用荧光材料，兼有单一基质和硅酸盐基质两种优点，颜色稳定、色彩还原性好，是新一代白光LED照明的研究热点。

目前，在制备此类荧光粉一般采用高温固相法和溶胶喷雾法[1]。本实验采用燃烧法制备了Ba3MgSi2O8:Eu2+，Mn2+荧光粉，并对制得的荧光粉进行了测试分析及结果讨论。燃烧合成（Combustion Synthesis），也称自蔓延高温合成，是高放热化学体系经外部能量诱发局部化学反应（点燃），形成其前沿（燃烧波），使化学反应持续蔓延，直至整个反应体系最后达到合成所需材料目的的技术[2]。此法实验操作简单易行、实验周期短、节省时间和能源。

1 实验部分

1.1 原料及仪器设备

正硅酸乙酯（天津市科密欧化学试剂开发中心）；无水乙醇（天津市富宇精细化工有限公司）；BaCl2·2H2O（天津市双船化学试剂厂）；Mg（NO3）2·6H2O（天津市博迪化工有限公司）；Mn（CH3COO）2·4H2O（天津市双船化学试剂厂），以上试剂均为分析纯；Eu2O3（含量≥99.99天津市光复精细化工研究所）。

Hitachi F4500型荧光分光光度计；Bruker D8 Discover X射线衍射仪；Rise2008型激光粒度仪；ZF-6型紫外灯（三用紫外线分析仪）。

1.2 测试

荧光粉样品的发射光谱用Hitachi F4500型荧光分光光度计测定；其XRD用Bruker D8 Discover X射线衍射仪测试；荧光粉的粒径用Rise-2008型激光粒度仪测定。

1.3 实验方法

首先，按TEOS（5mL）∶无水乙醇∶蒸馏水=1∶1∶0.5比例混合三者后，加入适量HCl，搅拌一段时间至澄清；然后将7.8432g BaCl2·2H2O、2.8592g Mg（NO3）2·6H2O、0.2726gMn（CH3COO）2·4H2O 等分别溶于乙二醇中待用；再将0.0392gEu2O3溶于适量盐酸中；最后将上述配好的各个溶液混合在一起，用HCl控制pH值在3左右，并搅拌一段时间，使其充分混合。之后，取出一定量的溶液置于坩埚中，加入乙醇，将乙二醇溶液体系引燃，将燃烧所得粉体在1100℃，H2气氛下焙烧3h得到样品。

2 结果与讨论

2.1 荧光光谱分析

自蔓延法在1100℃所制备样品的荧光发射光谱见图1（不同的高度代表相应的发光强度，高度越高发光强度越大）。

图1 Ba3MgSi2O8:Eu2+，Mn2+荧光粉的发射光谱Fig.1 Emission spectra of Ba3MgSi2O8:Eu2+，Mn2+phosphor

由图1可以看出，在375nm紫外光的激发下，Ba3MgSi2O8:Eu2+，Mn2+荧光粉表现出了437nm的蓝光发射和505nm的绿光发射。437nm处的蓝光发射带源于Eu2+在配位数为10的Ba格位的5d→4f跃迁发射，505nm处的绿光发射带源于Eu2+在伴生的Ba2SiO4相对Ba格位的5d→4f替代跃迁发射[3]。505nm处的绿光发射峰相对较强，而437nm的蓝光发射峰较弱，致使由其传递能量的红光发射也受到削弱甚至消失。

在365nm紫外灯的照射下，燃烧法所制Ba3MgSi2O8:Eu2+，Mn2+荧光粉能产生非常明亮的绿光，是一种潜在的绿光LED用荧光粉。

2.2 XRD分析

自蔓延法所制备样品的XRD衍射图谱见图2。经过检索表明，该粉体为Ba2SiO4、Ba3MgSi2O8的混合相，两相对于粉体荧光的产生均有贡献。

图2 Ba3MgSi2O8:Eu2+，Mn2+的 XRD 图谱Fig.2 XRD patterns of Ba3MgSi2O8:Eu2+，Mn2+phosphor

图3 Ba3MgSi2O8的ICCD标准XRD谱图Fig.3 The ICCD XRD patterns of Ba3MgSi2O8

图3为检索到的Ba3MgSi2O8的ICCD标准XRD谱图，XRD软件分析结果表明，Ba3MgSi2O8相占36%，Ba2SiO4相占63%。Ba2SiO4相较多，而Ba3MgSi2O8相对较少，亦能说明绿光强，红蓝光较弱的现象。

2.3 粒径测试

本文采用Rise-2008型激光粒度仪来测试荧光粉体的粒度。样品的粒度分布见图4。

图4 荧光粉体的粒度分布曲线Fig.4 The size distribution curve of phosphor particles

见图4可知，荧光粉体的D50（50%粒子的平均粒径，对应曲线2中与纵坐标50%横虚线相交处）为0.710nm,从曲线1可以看出，0.1μm范围内有少量粒子分布，说明此方法可以将制备的粉体部分控制在纳米范围内。

3 结论

以乙二醇为溶剂，无水乙醇为助燃剂，采用自蔓延燃烧，将产物在1100℃，H2气氛下焙烧，制备出了掺锰、铕的硅酸镁钡荧光粉，方法简单可行。对所制得的荧光粉进行荧光光谱和X射线衍射分析，分析结果表明，燃烧法所得粉体中Ba2SiO4相占主体，505nm处的绿光发射峰相对较强，而红蓝光较弱，燃烧法所制Ba3MgSi2O8:Eu2+，Mn2+荧光粉是一种潜在的绿光LED用荧光粉。

［1］李雪征,王达健,顾铁成，等.白光二极管用Ba3MgSi2O8基质发光材料的溶胶雾化-微波烧成与光谱性质［J］.发光学报,2008,29（6）:989-995.

［2］李峻峰,邱克辉,赖雪飞，等.稀土发光材料燃烧合成的研究进展［J］.材料导报,2005,19（4）:28-30.

［3］毛智勇,王达健,马亮，等.近紫外光激发的Ba3MgSi2O8:Eu2+，Mn2+全色荧光材料的发光性质研究.天津理工大学学报，2008,24（6）:9-12.