不同形貌BAM蓝色荧光粉制备研究进展

董晶晶等

摘 要：在紫外和真空紫外光激发下，BAM蓝色荧光粉因其高量子效率和色纯度好等优点，目前已在无汞荧光灯、三基色荧光灯、等离子平板显示（PDP）等照明和显示设备中得到广泛应用。工业合成的BAM荧光粉存在合成温度高，颗粒尺寸大且粒度分布不均，难以获得组成均匀的产物，易形成杂相等缺点。另外荧光粉的形貌对其发光性能有着重要的影响。该文总结了近年来国内外不同形貌BAM荧光粉制备技术的研究进展，包括六角片状、棒状、类球形、圆饼状等不同形貌的BAM荧光粉的制备和形成机理。

关键词：BAM 蓝色荧光粉 形貌 制备技术 研究进展

中图分类号：O482.31 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）06（a）-0102-02

BAM（BaMgAll0O17：Eu2+）蓝色荧光粉具有β-Al2O3结构，由密堆积的尖晶石基块（MgAl10O16）和镜面层（BaO）组成，Eu2+主要取代镜面层BaO中的Ba2+位置，呈现特征的蓝色发射。目前工业荧光粉存在合成温度高，颗粒尺寸大且粒度分布不均，难以获得组成均匀的产物， 易形成杂相等缺点。制备工艺和产品质量已难以适应技术发展的要求。根据Bondioli[1-2]等人的研究，均匀的、表面光滑的形貌可以在制屏工艺形成一个致密的图层，从而有效提高显示器件的老化寿命，而且，尺寸均匀的发光材料也显示了更好的发光性能。目前BAM荧光粉的制备方法很多，其中主要包括高温固相法、溶胶一凝胶法、水热法、燃烧法、微波法、喷雾热解法等利用这些方法陆续合成了多种形貌的BAM，其中包括六角形、棒状、球形、圆饼状等。大量的研究结果表明：BAM荧光粉的尺寸及形貌对其性能的影响至关重要。

1 六角形

刘碧桃[3]使用高温固相法，以3wt%Li2CO3和3wt%BaF2作为助熔剂，将起始原料均匀混合后在还原气氛下，1450℃保温4 h获得所需样品。通过掺杂Si3N4使BAM样品的形貌变得均匀和规则，呈六角片状形貌，颗粒尺寸为35 μm。

董岩、吴直森[4]等人使用共沉淀法，采用反滴法以混合金属盐溶液滴入2～3 mol/L碳酸氢铵中，为促进荧光粉晶体生长，在碳酸氢铵溶液中加入氟化铵（每100 g硝酸铝加入氟化铵0.2～0.4 g）。用水浴加热至20～40℃，保持温度恒定，用氨水调节pH值为8～10。将该前驱体1200 ℃煅烧后，颗粒的外形呈现较规则的六角片状（见图1所示），片状颗粒的粒径约1～2 μm厚度约为100～200 nm。此方法制备的粉体颗粒细小，无明显的硬团聚现象。

2 棒状

王赵峰[5]采用sol-gel法，将金属醇盐或无机盐经水解得到溶胶，然后使溶质聚合凝胶化，再将凝胶干燥、锻烧，最后得到发光材料，以柠檬酸为鳌合剂，得到的BAM样品呈现出棒状的形貌（见图2），其直径在80～100 nm左右，长度约为1 μm左右。并且当BAM的合成温度从1250℃升至1300℃时，其样品的形貌和尺寸基本没有发生变化。

3 类球型

一般而言，与不规则颗粒相比，球形颗粒的荧光粉对于高亮度和高清晰度显示是十分必要的，因为球形晶粒比任何其它形状的晶粒的总表面积都大，最容易吸收外来的激发光，对自身发出的发射光在各个方向的反射作用也最强，从而减少荧光粉的散射，因此球形颗粒最有利于发光强度的增强，同时也有利于形成紧密堆积的荧光粉层，进而延长屏幕的使用寿命[6]。除此之外，球形晶粒还具有改善分辨率及涂层密实等一系列优点。

马明星等[7]以正滴沉淀法，将2倍用量的碳酸氢铵分多次加入到添加了适当表面活性剂的硝酸盐溶液中，反应在80℃的水浴锅中进行，并调节pH值，使其大于7，得到的前驱体加入适量的活性碳粉在1200℃下还原，得到BAM蓝色荧光粉。合成的颗粒呈类球形，分布均匀，粒度主要集中在190～295 nm。

曹仕秀等[8]以分子量为4000的聚乙二醇采用室温固相化学法制备出粒径细小、分布均匀的呈规则类似球形状颗粒的粉体。实验方法是：按化学计量比将硝酸盐和碳酸氢铵混合加入表面活性剂聚乙二醇，得到前驱物粉末。经1200 ℃煅烧2 h，得到BAM基质粉末。再将用硝酸溶解的Eu2O3与基质粉末一起置于90 ℃水浴锅内，反应1 h后过滤干燥，然后在1200 ℃使用活性碳粉还原2 h制得粉末产物，粒度约200 nm（见图3）。

刘海林[9]研究了助熔剂对固相合成BAM荧光粉形貌的影响，发现：添加质量分数为3%AlF3时其颗粒间团聚和粘连现象不显著，颗粒呈规则的球形，见图4。

4 圆饼状

董岩等[10]用反滴沉淀法，并在碳酸氢铵溶液中添加少量的晶体生长促进剂。在 20～50℃，用氨水调节pH值至 8～10，将沉淀产物干燥后于1200 ℃煅烧分解后得到分散的圆饼状α-Al2O3粉末。再BAM化学计量比在不同温度进行固相合成并还原后得到BAM蓝色荧光粉。上述过程中未添加任何助熔剂。大部分颗粒仍基本维持原来颗粒的圆饼状形貌且分散性良好（见图5）。

5 结语

BAM蓝色荧光粉在使用中存在颗粒尺寸大且粒度分布不均，难以获得组成均匀的产物的问题，这些问题对于其性能具有显著影响，虽然通过实验进一步控制其反应条件可以制备出不同尺寸和形貌但是仍只限于实验室的条件下，最终把它应用于工业化是今后一个需要努力的方向。

参考文献

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[4] 董岩，吴直森，陈蓉，等.共沉淀法制备细粒径BaMgAl10O17：Eu2+荧光粉及合成机理[J].硅酸盐学报，2011，39（8）： 1229-1234.

[5] 王赵锋.真空紫外用纳米蓝色发光材料的制备及发光性能研究[D].兰州：兰州大学，2011.

[6] 杨定明.纳米级稀土发光材料的制备及发光性能研究[D].成都：四川大学，2005.

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[8] 曹仕秀，朱达川.表面活性剂对室温固相化学法制备BaMgAl10O17：Eu2+ 蓝色荧光粉的影响[J].稀有金属材料与工程，2009，38（1）：144-146.

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[10] 董岩，蒋建清，顾维杰，等.小粒径BaMgAl10O17：Eu2+ 荧光粉的合成机理[J].硅酸盐学报，2010，38（12）：2225-2229.