荧光粉的粒径控制及发光性能

刘娇娜， 肖林久， 王 刚， 张凤军， 王亦庆

(1.沈阳化工大学 辽宁省稀土化学及应用重点实验室， 辽宁 沈阳 110142;2.鞍山腾鳌污水处理有限公司， 辽宁 沈阳 114225; 3.辽宁电力通讯工程公司， 辽宁 沈阳 110010)

1 实验部分

按化学计量比称取一定质量的Ca(NO3)2·4H2O和碱式碳酸镁，加入蒸馏水使其溶解，并配置成水溶液；称取一定量的Eu2O3并将其与硝酸反应，生成Eu(NO3)3并配置成溶液；将上述溶液混合均匀后，加入柠檬酸溶液使之充分溶解，其中柠檬酸用量为金属阳离子的2倍.上述溶液溶解后加入一定量的正硅酸乙酯和乙醇，混合均匀.将盛有混合均匀溶液的烧杯置于80 ℃恒温水浴中，随着水分的蒸发溶液逐渐形成凝胶，将凝胶置于180 ℃鼓风干燥箱中进行干燥处理，形成蓬松的干凝胶；将干凝胶研磨后放入马弗炉中进行预烧，得到前躯体粉末；将前驱体粉末再置于管式炉中，在1 100 ℃下晶化1.5 h，同时通入还原气体(H2/N2)，得到样品[9].

1.2 样品表征

使用德国产Bruker-D-8 型X射线衍射仪(XRD)进行结构表征，仪器条件：Cukαλ=1.54 056 nm；电压40 kV;电流40 mA，步长设置为0.02°.采用Malvern Zetasizer Nano ZS型激光粒度分析仪以H2O为分散介质对预烧之后得到的粉体以及最后晶化后所得的样品粒径进行分析.使用日本Hitachi公司的F-4600荧光光谱仪对其发光性能进行表征，电压700 V，狭缝宽度2.5 nm，扫描速度1 200 nm/min.

2 结果与讨论

2.1 表面活性剂对荧光粉的影响

2.1.1 表面活性剂对样品晶型的影响

前躯体制备过程中，样品在600 ℃预烧1.5 h，1 100 ℃晶化1.5 h.未添加表面活性剂及分别添加质量分数4 %的CTAB和三乙醇胺对样品晶型的影响如图1所示.

图1 添加不同表面活性剂 荧光粉XRD图谱

2.1.2 表面活性剂对样品粒径的影响

图2 表面活性剂对粒径分布范围的影响

由图2可以看出：添加表面活性剂的样品比未添加表面活性剂样品的粒径分布范围窄、粒径更小.而添加CTAB和三乙醇胺对荧光粉粒径大小及粒径分布范围近似，其中三乙醇胺的粒径分布范围更窄，说明表面活性剂的添加可有效改善荧光粉的粒径，不同表面活性剂的作用稍有差别.由于表面活性剂分子存在非极性的亲油基团和极性的亲水基团，在成胶过程中，非离子表面活性剂的一端吸附于粒子表面，另一端伸向溶液中，从而形成空间位阻，阻止粒子的靠近；而离子型表面活性剂除了可以形成空间位阻外，还会在溶液中发生电离，其一端与溶液中带异种电荷的粒子相吸引，另一端伸向溶液中，在溶液中会形成双电层，粒子相互之间产生静电斥力作用，使粒子稳定[10].同时在预烧过程中表面活性剂会分解成气体放出，也有利于形成松散的、无硬团聚的粉体.

2.1.3 表面活性剂对样品发光性能的影响

图3 表面活性剂对粉体发光强度的影响

2.2 预烧温度对荧光粉的影响

2.2.1 不同预烧温度对样品晶型的影响

图4 不同预烧温度 荧光粉XRD图谱

2.2.2 预烧温度对样品粒径的影响

图5 预烧温度制备 荧光粉的粒径分布图

图6 预烧温度对 荧光粉的粒径的影响

由图5可以看出:预烧温度在400 ℃和500 ℃时，粒径分布范围较宽，且分布在两个区域，说明粒径大小不均匀.预烧温度为600 ℃时，粒径分布较为集中，主要分布在一个区域.当预烧温度为700 ℃时，粒径分布范围最窄、最集中.预烧温度达到800 ℃，粒径分布范围变宽.由图5可知:预烧温度为700 ℃时晶形发育已较完整，此时，粉体粒径大小受晶粒尺度影响较小[15].当预烧温度为800 ℃时，粉体粒径反而增大，说明此时粉体已发生团聚.在荧光粉制备过程中加入表面活性剂，柠檬酸等物质，需在预烧阶段将其除去，预烧温度过低不能使柠檬酸、表面活性剂去除.而预烧温度过高，在除掉柠檬酸、表面活性剂等的同时，使粉体团聚，从而影响粉体的粒径.

2.2.3 预烧温度对样品发光性能的影响

图7 不同预烧温度 荧光粉激发光谱

图8 不同预烧温度 荧光粉发射光谱

3 结 论

参考文献：

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