几种紫外激发荧光粉的形貌调控研究

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荧光粉,作为照明与显示设备主体材料之一,在发光和照明领域中已得到广泛应用,例如白光LED (wLED),阴极射线管(CRTs),等离子显示屏(PDPs),真空荧光显示器和场发射显示器(FEDs)等,而高发光效率和稳定性好的荧光粉是提高照明和显示设备的性能的关键。众所周知,荧光粉颗粒形貌和大小与其性质息息相关,球形颗粒的荧光粉对PDP实现高效率发光和高清晰度显示起着十分重要的作用,不同发光器件对荧光粉的粒度要求不同。因此对荧光粉颗粒的形貌进行调控,对进一步提高照明器件的发光效率和显示设备的清晰显示度具有十分主要的意义。而目前工业上生产荧光粉主要仍是高温固相法,高温固相反应法不仅耗时、高耗能并且容易产生杂相,另外固相反应不利于颗粒形貌的控制,所得荧光粉团聚严重,在涂屏(管)前的球磨粉碎工艺导致晶型严重损坏,进而影响了其二次性能。近年来,软化学法以及熔盐法具有合成温度低、粉体大小和形貌易于控制等优点,在荧光粉的制备上已受到广泛关注。本论文采用溶胶凝胶法合成了Ce0.62Tb0.33MgAl11O19、熔盐法合成了Ba2Y(BO4)2Cl:Eu3+以及共沉淀法合成了BiPO4:Eu3+三种荧光粉,并通过控制合成方法的工艺参数,实现了对其形貌的调控。具体研究结论如下:1.采用溶胶凝胶法合成了三基色灯用Ce0.62Tb0.33MgAl11O19绿色荧光粉。该荧光粉的最佳合成条件为:溶液pH=2.0,聚乙二醇20000为表面活性剂(CPEG= 0.01 mol/L),柠檬酸作为络合剂(与金属离子摩尔比为2:1),将溶胶置于干燥箱中80℃干燥24 h得到干凝胶,所得干凝胶在空气中800℃预烧2 h,然后在H2/N2=5%/95%还原气氛下1 300℃煅烧3 h。结果表明:所合成的C e0.62Tb0.33MgAl11O19荧光粉为单斜晶系,结晶性良好;当改变溶液的pH值从0.5到8.0时,所制备的荧光粉形貌可实现由不规则形貌到实心球最后为片状的调控;另外,使用不同分子量的聚乙二醇作为表面活性剂,可调控实心球颗粒直径大小范围为600 nm~2.0μm。其激发光谱是Ce3+离子特征激发,峰值位于283 nm;发射光谱由Tb3+离子位于486、541、583和625nm特征发射峰组成,其中541m为最强激发峰,样品呈绿光发射。2.采用熔盐法合成了Ba2Y(BO4)2Cl:Eu3+红色荧光粉。通过改变熔盐的种类,合成出了球形、棒状、六角片状的荧光粉颗粒,透射电镜结果显示,棒状荧光粉颗粒的生长取向为[-465]方向。所制备的荧光粉在395 nm的紫外光激发下,均呈Eu3+的5D0→FJ(J=0,1,2,3,4)特征发射,发射峰分别位于580、593、611、622、652和707nm。其中,当用KC1为熔盐时,最强发射峰为593nm(5D0→7F1);而当熔盐为NaCl或者Na2S04时,611 m(5D0→F2)处发射峰在发射光谱占主要地位。用KCl,NaCl和Na2SO4作为熔盐制备得到的样品的寿命分别为1.99、1.93以及2.33 ms。3.在室温下用共沉淀法合成了BiP04:Eu3+红色荧光粉。改变Bi3+离子的浓度,样品的形貌可以实现纳米颗粒、空心球到六方棒状的调控。XRD结果显示,实验所获得的样品颗粒属于三方晶系,结晶性良好,不同的形貌的样品的晶面生长取向不同。另外,通过改变柠檬酸的用量、溶液的酸碱度以及掺杂Eu3+离子的浓度均能调控所得的六棱柱的长径比例。荧光光谱结果显示,当溶液中加入1.0 mL硝酸,柠檬酸与金属离子的摩尔比为10,Bi0.95Eu0.05PO4的结晶性良好,形貌为长度约3.0μm、直径为1.0μm的六棱柱,其发光强度最大。
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