[发明专利]一种红色荧光粉Zn2SiO4︰Eu3+的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种红色荧光粉Zn₂SiO₄:Eu³⁺的制备方法，具体为用燃烧法制备红色荧光粉Zn₂SiO₄:Eu³⁺方法。

背景技术

通常Eu³⁺的发射谱线处于红色光区。这些谱线在发光与显示(彩色电视)中有许多重要的应用。这些谱线对应于4f⁶电子组态内从激发态⁵D₀能级到⁷F_J(J＝0、1、2、3、4、5和6)能级的跃迁发射。由于⁵D₀能级不被晶体场分裂(J＝0)，发射跃迁的分裂是由⁷F_J能级的晶体分裂引起的。除了这些谱线外，还可以观察到来自较高的5D能级(即⁵D₁、⁵D₂甚至⁵D₃)的发射。

过去几十年中，对以Eu³⁺掺杂的各类体系红色荧光粉的合成方法研究已有相当多的报道，主要集中在高温固相法，溶胶-凝胶法等方法的研究。溶胶-凝胶法虽然具有退火温度低的优势，但同时它也有原料成本高、消耗有机溶剂量多、处理周期长等缺点；高温固相法虽然具有制备方便，易于工业化等优点，但也有煅烧温度高，保温时间长等不利于节约能源的缺点。燃烧法是近年来提出的一种新合成方法，这种方法利用氨基酸、柠檬酸或尿素等燃料的燃烧反应所放出的热量，从而使产生氧化物粉末的化学反应得以发生。该方法的主要特点是化学反应所需热量由其反应自身提供，且反应能迅速完成。但是，燃烧法制备Eu³⁺掺杂红色荧光粉的过程中，会因还原而损耗部分Eu³⁺发光中心，因此采用燃烧法制备Eu³⁺掺杂的红色荧光粉还有待改进。

目前，硅酸盐类发光材料的合成研究也主要集中高温固相法和溶胶-凝胶法上，采用溶胶-凝胶法主要是由于硅酸盐水解比较容易控制。以燃烧法制备硅酸盐体系发光材料的研究较少，这主要是由于硅酸盐体系缺乏不引入杂质的可溶性的硅，制备有一定难度。郝艳等人以尿素为燃烧剂燃烧法合成Zn₂SiO₄:Mn²⁺荧光粉，燃烧后的样品仍需要进行高温保温才能得到单相的硅酸锌。Eu³⁺掺杂Zn₂SiO4红色荧光材料已有翁之望，H.X.Zhan等人用溶胶-凝胶法进行过制备研究。该类发光材料的燃烧法合成未有过相关的研究报道。

燃烧法制备硅酸盐体系荧光粉的过程中，存在着较多的影响因素。燃烧温度的选择很大程度上影响着Zn₂SiO₄的形成以及样品的发光性能，并对能耗有较大的影响。在综合前人对燃烧法研究，特别是对同为硅酸盐系列发光材料的燃烧法制备研究的基础上，本实验选择600℃为燃烧温度。

传统的燃烧剂有尿素、柠檬酸、甘氨酸等，甘氨酸因一端有羧基另一端有氨基而常用作为金属离子的络合剂，这种两性离子的结构特征可预防选择性沉积而使各种组分组合均匀，但这种特性无法适用到SiO₂上；柠檬酸也因需与金属离子形成络合物，而无法适用到硅酸盐上；尿素有较低的还原能力并且产生更少的气体(10.5kJ/g)，甘氨酸有中等的还原能力但能产生更多的气体(13kJ/g)，当使用尿素为燃烧剂时，由于在非常高的温度下其较低的还原能力以及产生的气体量少，使得产物呈现为大颗粒。因此综合以上所述，本实验选择尿素为燃烧剂。

当燃烧反应在尿素过量(富燃料体系)的情形下进行时，多余的尿素会分解产生还原性气体，导致Eu³⁺变为Eu²⁺，使Eu³⁺部分损失，减少发光中心的数量。因而在实验中需加入少量的燃烧助剂(燃烧助剂可以作为过量的氧化剂，提高燃烧放热量，更重要的是能产生过量的燃烧气体，使燃烧产物更加疏松；另外，燃烧助剂在混合物内部点燃还可催化整个燃烧反应，有助于体系克服高的反应活化能势垒)。本实验选择硝酸铵为燃烧助剂，其量选用燃烧助剂的摩尔数与反应原料中硝酸根的摩尔数之比为R＝3.0。