高温固相法制备硅酸盐类荧光粉的探讨.doc

高温固相法制备硅酸盐类荧光粉的探讨创新实验报告专业：材料科学与工程姓名：秦健班级：材料 07-4班学号：310706010422指导老师：关荣峰日期：2010.12-2011.01高温固相法制备硅酸盐类荧光粉的探讨实验目的用高温烧结法以碱土金属的碳酸盐和二氧化硅为原材料，用高温烧结法制备(Sr， Ba，Ca)2SiO4:Eu 类的硅酸盐荧光粉根据 Sr，Ba，Ca 不同的化学计量比为变量，掺加少量的稀土元素的氧化物做激活剂，在制备过程中掺加助溶剂（一般为氨卤化物） ，高温条件下得到不同配比的荧光物质，利用 X-射线粉末衍射和荧光光谱进行表征，优化荧光粉的合成条件 实验意义在当前全球能源短缺的背景下，节约能源是我们面临的重要问题在照明领域， LED 作为一种新型的绿色环保型固体照明光源，必然是未来发展的趋势，二十一世纪将进入以 LED 为代表的新型照明光源时代白光 LED 与目前广泛应用的传统照明光源和显示设备相比较，具有以下优点[1]：(1) 发光效率高，(2)光色纯，光线质量高，(3) 能耗小，(4) 寿命长，(5) 无污染，(6) 应用灵活， (7) 控制灵活，响应快等。

因而，WLED 用发光材料的研究与新体系探索已成为发光材料研究领域前沿课题传统硫化物基质发光体在空气中容易被气化、 化学稳定性差、 亮度低，在应用中受到很大限制，已逐步被淘汰；铝酸盐体系发光材料具有抗湿性差，发光颜色单一等缺点，需要在粒表面进行物理化学修饰，以提高其稳定性；硅酸盐为基质的发光材料具有良好的化学稳定性和热稳定性，使得其应用范围大大拓展，加之灼烧温度比铝酸盐体系低 100 ℃以上，因而，近年来硅酸盐类发光材料成为研究的热点 【1 】 【2 】 以碱土金属的碳酸盐和二氧化硅为原材料，用高温烧结法制备(Sr，Ba，Ca)2SiO4:Eu 类的硅酸盐荧光粉具有很大的研究价值此类荧光粉随着 Sr 含量增加，发射出的光可以由蓝绿色向黄色过渡，并且，吸收峰由紫外区移向蓝光区，增加了激发源波长的可行性范围，也增加了有用波长的可协调度制成的粉可以发出微黄色的光，包含绿色和红色光，因此，把一种或几种这样的粉混合用在LED 上就可以发出白光甚至在最优配比下可以改善很多参数，进而可以实现发出预期白光的目的实验方法：采用传统的高温固相法合成白光 LED 用(Sr，Ba，Ca) 2SiO4:Eu 类的硅酸盐荧光粉。

固相反应法制备发光材料主要经过配料和灼烧两个过程灼烧是合成发光材料，形成发光中心的关键一步，灼烧条件（如温度，气氛，时间等）直接影响着发光性能的优劣它的主要作用是使原料各组分间发生化学反应，形成具有一定晶格结构的基质，并使激活剂进入基质形成晶格缺陷本实验采用不同的温度对样品进行灼烧，经对比分析出最优灼烧温度实验过程：1.配比方案化学计量比 1 2 3A Sr0.5-1.5Ba0-0.5Ca0.5-1.5SiO4:EuSr0.5Ca1.5SiO4:EuSrCaSiO4:EuCa2SiO4:EuB Sr0.5-1.5Ba0.5-1.5Ca0-0.5SiO4:EuSr0.5Ba1.5SiO4:EuSr0.5BaCa0.5SiO4:EuBa1.5Ca0.5SiO4:EuC Sr1.5-2.5Ba0-0.5Ca0-0.5SiO4:EuSr2SiO4:EuSr1.5Ba0.5SiO4:EuSr1.5Ca0.5SiO4:EuD Sr1-2Ba0-1Ca0-0.5SiO4:EuSrBaSiO4:EuSrBa0.5Ca0.5SiO4:EuBa2SiO4:Eu在众多配比中选择一种，即 SrBaSiO4:Eu，对其按照 0.003moL 化学计量数计算所需各种原料的质量。

其中，Eu 2O3 的掺加量按照总质量的 1%，NH 4F 取总质量的 4%原料 SrCO3 BaCO3 SiO2 Eu2O3 NH4F质量：g4.412 5.92 1.8 0.121 0.484属性 原料 原料 原料 激活剂 助溶剂2.实验步骤:准备：将每一小组的各原料称适量量、研磨、筛分、再次称量、经过充分混合后（平均粒度为 1—5um） ，必要时需经干燥步骤欲烧：放入氧化铝坩埚中，在管式炉中加热按照一定的温度制度，加热到 1000 ,保温 1 小时 ;然后冷却至室温~1250℃灼烧前准备：加入助溶剂如 NH4F，然后研磨筛分,充分混合,要求平均粒度为 1~5um,灼烧：将准备好的原料放入坩埚中在还原气氛下加热到一定的温度,保温三个小时,之后冷却即可.3.温度制度：灼烧温度分别为：1300℃.1350℃.1400 ℃.1450℃.1500℃4.实验现象：1300℃.1350 ℃.1400℃.三个温度下灼烧的样品的颜色均为黄绿色，随温度升高，颜色加深，并且荧光效果比较好，烧结的块状样品表面有大小不一的气泡，1450℃和 1500℃的样品颜色不均匀，荧光效果差5.实验结论：根据比较，1400℃烧结出来的荧光物质最优。

注意的问题与探讨：除了灼烧温度对此类硅酸盐荧光粉有很大影响外，还应该考虑烧结气氛对实验结果的影响，因为在灼烧过程中，还原气氛对激活物 Eu2O3 有很大影响，只有在还原气氛下，三价的铕离子能够转化成二价的铕离子，二价的铕离子能够促使 SrBaSiO4 的发光效率提高在实验过程中应保证烧结气氛为还原气氛可以通过改变稀土氧化物 Eu2O3 的掺量，来比较分析 SrBaSiO4 荧光效率最高时的稀土氧化物的掺量，本次实验使用的是原料总量的 1%根据一些文献中介绍，可以采用掺多种激活物，如 Eu2O3 和 Ce2O3 共掺的方法，可以探讨是否可以达到更好的效果助溶剂含量对实验影响也很大，过多会引起灼烧过程中液相量增多，过少则会反应不充分，根据经验，一般掺量为原料总量的 4%～6%，本次实验采取掺量为 4%能够制备出理想的硅酸盐类荧光粉并不是一件容易的事情，要注意很多细节，比如，原料制备时混合的均匀程度，原料的颗粒大小都有一定的要求参考文献：[1]罗昔贤,段锦霞,林广旭,等.新型硅酸盐长余辉发光材料[J].发光学报,2003,24(2):165-170.[2]FeiQin,ChangChengkang,MaoDali.Luminescent properties of Sr2MgSi2O7 andCa2MgSi2O7 longlastingphosphorsactivatedbyEu2+,Dy3+[J].JournalofAlloysandCompounds,2005,390(1-2):133-137.。