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【摘要】 采用甘氨酸为助燃剂用溶胶－凝胶－燃烧法合成超细Y2O3∶Eu3+红色荧光粉。
【关键词】 Y2O3∶Eu3+;溶胶－凝胶－燃烧法;荧光粉
【中图号】 O614.3;TQ133.2 【文献标示码】 A 【文章编号】 1005-1074(2008)12-0100-01
Y2O3∶Eu3+是阴极射线和紫外辐射激发的高效红色发光材料,自1974年应用于三基色荧光灯以来,至今仍是灯用三基色荧光粉首选的红色组分.现商用的Y2O3∶Eu3+多采用高温固相反应合成,粒径一般为3～13μm。随着科学技术的发展,一些新型光源对发光材料的性能指标提出了更高的要求.冷阴极荧光灯具有小型、高亮度、长寿命、耗电少等优点,作为液晶显示的背景光源已广泛应用。冷阴极灯的管径仅1～4mm,并有更细化的趋势.它要求荧光粉的粒径比现商用的荧光粉更细,并具有高发光效率和高稳定性.实验表明,对商用Y2O3∶Eu3+红粉用球磨破碎或气流破碎的方法至粒径1μm左右时,由于晶体表面造成严重的破损使发光效率大幅度降低,光衰显著增大,难以符合要求，超细荧光粉的研制已经成为一个十分迫切的课题。
合成超细Y2O3∶Eu3+红色荧光粉已有许多报道,主要有燃烧合成法、溶胶凝胶法、稀土羧酸配合物快速热分解法、喷雾热分解法等.这些方法获得了纳米级或亚微米级的Y2O3∶Eu3+,但所得Y2O3∶Eu3+发光亮度或比目前的商用品低许多,或未有关于发光亮度的报道.本文采用甘氨酸为助燃剂用溶胶－凝胶－燃烧法合成Y2O3∶Eu3+红色荧光粉,讨论了合成条件与Y2O3∶Eu3+粒度和发光亮度的关系,观察到合成的Y2O3∶Eu3+比常规固相反应法合成的Y2O3∶Eu3+激活剂Eu3+的临界浓度高得多，获得了平均粒径小于1μm,发光亮度与现商用品相当的亚微米级Y2O3∶Eu3+红色荧光粉。
1 实验部分
1.1试剂 实验所用Y2O3、Eu2O3为99.99%,甘氨酸、硝酸、氨水等为分析纯。
1.2 样品制备 在通风厨中按一定比例将Y2O3,Eu2O3溶于硝酸中,将甘氨酸溶于蒸馏水,两者充分混合后用电炉加热蒸发水分,可观察到水溶液沸腾,水分逐渐蒸发,体系逐渐呈粘稠状,实际呈一种溶胶状态,并开始发泡.继续加热,水分基本蒸干时,十几分钟后溶液变成了胶状,将它放在马沸炉中继续加热,在500度左右，硝酸盐和尿素同时分解,放出棕色烟雾,气体把氧化物鼓成泡沫状白色物质。棕色烟消失后,停止加热,自然冷却到室温。用紫外灯照射产品,观察到有粉红色荧光。其中甘氨酸作为还原剂和助燃剂,NO3+作为氧化剂,进行放热氧化-还原反应.由甘氨酸和硝酸盐的比值,可得到一系列不同温度逐渐改变的火焰,改变火焰的温度,可制备出不同粒径的Y2O3∶Eu3+纳米材料,最小达5nm。通过控制初始反应物的比例,可得到不同掺杂浓度的Y2O3∶Eu3+纳米样品，反应产生高温,并放出大量气体,生成疏松的洁白泡沫状产物,整个燃烧过程在数十秒内完成。
1.3 实验原理 甘氨酸燃烧法制备纳米Y2O3∶Eu3+的化学反应方程式:Y2O3+ 6HNO3→2Y(NO3)3+3H2OEu2O3+6HNO3→2Eu(NO3)3+3H2O6Y(NO3)3+10H2NCH2COOH+18O2→2Y2O3+20CO2+5N2+25H2O+18NO26Eu(NO3)3+10H2NCH2COOH+18O2→2Eu2O3+20CO2+5N2+25H2O+18NO2
利用甘氨酸为助燃剂,让金属硝酸盐溶液在加热的条件下,让大量水分蒸发后继续加热使其发生燃烧,燃烧时产生的气流猛烈冲击使反应液分散成小液滴,在高温下蒸发去剩余水分的同时,液滴中的非挥发成分团聚生长成晶粒,燃烧温度越高,气流越猛烈,液滴分散得越小,液滴干燥后剩下的非挥发成分越少,产物的颗粒越小,但温度高,晶粒的团聚生长速度也加快,因此最终产物粒子的大小,是上述两种相反因素的共同作用结果。对不同物种,两种因素所起作用大小是不同的,纳米Y2O3晶粒尺寸随火焰温度升高而增大,是后一种因素起主导作用。因此可以通过调节甘氨酸与硝酸盐比值控制燃烧火焰的温度来控制晶粒尺寸。本实验的特点:内容新,方法简单,操作方便现象明显,可直接观察到;时间短,一般的合成实验都需要较长时间,但此实验只用30～90分钟即可得到产品;综合性强,涉及实验操作和原理较多，例如：准确称量,溶液配制,硝酸盐分解,凝胶自燃,有机助燃剂甘氨酸助燃原理,纳米微粒形成原理,及物质的荧光发光原理,硝酸根分析检测方法及原理等知识与技能，综合性强，成功率高,而且在一般大学化学实验室都能够完成。
2 结果与讨论
①实验室根据甘氨酸和硝酸盐的比值不同可以生成不同粒径的Y2O3∶Eu3+最小的粒径可达5nm，经测试不同粒径的Eu3+中发光的主要激发带是250nm左右的Eu3+电荷迁移态(CTS)吸收.②通过控制初始反应物的比例,可得到不同掺杂浓度的Y2O3∶Eu3+纳米样品，经测试不同掺杂浓度的Y2O3∶Eu3+纳米样品其发射峰都在611nm左右。③该合成方法简单方便，成本低，合成的产品发光效果好，合适商品化。
3 参考文献
[1] 徐 燕,黄锦斐,王惠琴,等.稀土三基色荧光粉的合成、性质及应用[J].发光与显示,1981,1:52-62
[2] 王惠琴,胡建国,徐 燕,等.Y2O3∶Eu发光材料的快速合成及表征[J].复旦学报(自然科学版),1995,34(5):521-525
[3] 裴轶慧,刘行仁,申五福,等.溶胶法合成Y2O3∶Eu荧光粉及其性能研究[J].发光学报,1996,17(3):52-55
[4] 严纯华,姚 疆,孙聆东,等.稀土配合物作为前驱体合成Y2O3∶Eu纳米材料[J].发光学报,1999,20(3):254-257
[5]MyungHan Lee,Seong Geun Oh,Sung Chul Yi, et al .Characterization of Eu 2 DopedY2O3 nanoparticles pre-paredinnonionicreversemicroemulsionsinrelationtotheira pplicationforfieldemissiondis play[J]. J Elec2 trochem Soc ,2000,147(8):3139-3142
【关键词】 Y2O3∶Eu3+;溶胶－凝胶－燃烧法;荧光粉
【中图号】 O614.3;TQ133.2 【文献标示码】 A 【文章编号】 1005-1074(2008)12-0100-01
Y2O3∶Eu3+是阴极射线和紫外辐射激发的高效红色发光材料,自1974年应用于三基色荧光灯以来,至今仍是灯用三基色荧光粉首选的红色组分.现商用的Y2O3∶Eu3+多采用高温固相反应合成,粒径一般为3～13μm。随着科学技术的发展,一些新型光源对发光材料的性能指标提出了更高的要求.冷阴极荧光灯具有小型、高亮度、长寿命、耗电少等优点,作为液晶显示的背景光源已广泛应用。冷阴极灯的管径仅1～4mm,并有更细化的趋势.它要求荧光粉的粒径比现商用的荧光粉更细,并具有高发光效率和高稳定性.实验表明,对商用Y2O3∶Eu3+红粉用球磨破碎或气流破碎的方法至粒径1μm左右时,由于晶体表面造成严重的破损使发光效率大幅度降低,光衰显著增大,难以符合要求，超细荧光粉的研制已经成为一个十分迫切的课题。
合成超细Y2O3∶Eu3+红色荧光粉已有许多报道,主要有燃烧合成法、溶胶凝胶法、稀土羧酸配合物快速热分解法、喷雾热分解法等.这些方法获得了纳米级或亚微米级的Y2O3∶Eu3+,但所得Y2O3∶Eu3+发光亮度或比目前的商用品低许多,或未有关于发光亮度的报道.本文采用甘氨酸为助燃剂用溶胶－凝胶－燃烧法合成Y2O3∶Eu3+红色荧光粉,讨论了合成条件与Y2O3∶Eu3+粒度和发光亮度的关系,观察到合成的Y2O3∶Eu3+比常规固相反应法合成的Y2O3∶Eu3+激活剂Eu3+的临界浓度高得多，获得了平均粒径小于1μm,发光亮度与现商用品相当的亚微米级Y2O3∶Eu3+红色荧光粉。
1 实验部分
1.1试剂 实验所用Y2O3、Eu2O3为99.99%,甘氨酸、硝酸、氨水等为分析纯。
1.2 样品制备 在通风厨中按一定比例将Y2O3,Eu2O3溶于硝酸中,将甘氨酸溶于蒸馏水,两者充分混合后用电炉加热蒸发水分,可观察到水溶液沸腾,水分逐渐蒸发,体系逐渐呈粘稠状,实际呈一种溶胶状态,并开始发泡.继续加热,水分基本蒸干时,十几分钟后溶液变成了胶状,将它放在马沸炉中继续加热,在500度左右，硝酸盐和尿素同时分解,放出棕色烟雾,气体把氧化物鼓成泡沫状白色物质。棕色烟消失后,停止加热,自然冷却到室温。用紫外灯照射产品,观察到有粉红色荧光。其中甘氨酸作为还原剂和助燃剂,NO3+作为氧化剂,进行放热氧化-还原反应.由甘氨酸和硝酸盐的比值,可得到一系列不同温度逐渐改变的火焰,改变火焰的温度,可制备出不同粒径的Y2O3∶Eu3+纳米材料,最小达5nm。通过控制初始反应物的比例,可得到不同掺杂浓度的Y2O3∶Eu3+纳米样品，反应产生高温,并放出大量气体,生成疏松的洁白泡沫状产物,整个燃烧过程在数十秒内完成。
1.3 实验原理 甘氨酸燃烧法制备纳米Y2O3∶Eu3+的化学反应方程式:Y2O3+ 6HNO3→2Y(NO3)3+3H2OEu2O3+6HNO3→2Eu(NO3)3+3H2O6Y(NO3)3+10H2NCH2COOH+18O2→2Y2O3+20CO2+5N2+25H2O+18NO26Eu(NO3)3+10H2NCH2COOH+18O2→2Eu2O3+20CO2+5N2+25H2O+18NO2
利用甘氨酸为助燃剂,让金属硝酸盐溶液在加热的条件下,让大量水分蒸发后继续加热使其发生燃烧,燃烧时产生的气流猛烈冲击使反应液分散成小液滴,在高温下蒸发去剩余水分的同时,液滴中的非挥发成分团聚生长成晶粒,燃烧温度越高,气流越猛烈,液滴分散得越小,液滴干燥后剩下的非挥发成分越少,产物的颗粒越小,但温度高,晶粒的团聚生长速度也加快,因此最终产物粒子的大小,是上述两种相反因素的共同作用结果。对不同物种,两种因素所起作用大小是不同的,纳米Y2O3晶粒尺寸随火焰温度升高而增大,是后一种因素起主导作用。因此可以通过调节甘氨酸与硝酸盐比值控制燃烧火焰的温度来控制晶粒尺寸。本实验的特点:内容新,方法简单,操作方便现象明显,可直接观察到;时间短,一般的合成实验都需要较长时间,但此实验只用30～90分钟即可得到产品;综合性强,涉及实验操作和原理较多，例如：准确称量,溶液配制,硝酸盐分解,凝胶自燃,有机助燃剂甘氨酸助燃原理,纳米微粒形成原理,及物质的荧光发光原理,硝酸根分析检测方法及原理等知识与技能，综合性强，成功率高,而且在一般大学化学实验室都能够完成。
2 结果与讨论
①实验室根据甘氨酸和硝酸盐的比值不同可以生成不同粒径的Y2O3∶Eu3+最小的粒径可达5nm，经测试不同粒径的Eu3+中发光的主要激发带是250nm左右的Eu3+电荷迁移态(CTS)吸收.②通过控制初始反应物的比例,可得到不同掺杂浓度的Y2O3∶Eu3+纳米样品，经测试不同掺杂浓度的Y2O3∶Eu3+纳米样品其发射峰都在611nm左右。③该合成方法简单方便，成本低，合成的产品发光效果好，合适商品化。
3 参考文献
[1] 徐 燕,黄锦斐,王惠琴,等.稀土三基色荧光粉的合成、性质及应用[J].发光与显示,1981,1:52-62
[2] 王惠琴,胡建国,徐 燕,等.Y2O3∶Eu发光材料的快速合成及表征[J].复旦学报(自然科学版),1995,34(5):521-525
[3] 裴轶慧,刘行仁,申五福,等.溶胶法合成Y2O3∶Eu荧光粉及其性能研究[J].发光学报,1996,17(3):52-55
[4] 严纯华,姚 疆,孙聆东,等.稀土配合物作为前驱体合成Y2O3∶Eu纳米材料[J].发光学报,1999,20(3):254-257
[5]MyungHan Lee,Seong Geun Oh,Sung Chul Yi, et al .Characterization of Eu 2 DopedY2O3 nanoparticles pre-paredinnonionicreversemicroemulsionsinrelationtotheira pplicationforfieldemissiondis play[J]. J Elec2 trochem Soc ,2000,147(8):3139-3142