助熔劑對(duì)Y2O2S E u3+形貌及發(fā)光性質(zhì)的影響

賈曉博

北京穎泰嘉和科技股份有限公司，北京 100192

助熔劑對(duì)Y2O2S E u3+形貌及發(fā)光性質(zhì)的影響

賈曉博

北京穎泰嘉和科技股份有限公司，北京 100192

助熔劑對(duì)高溫固相法制備Y2O2S:E u3+有著重要的意義，對(duì)產(chǎn)品的形貌、顆粒度、發(fā)光性質(zhì)有著重要的影響。本文具體分析了助熔劑的選擇條件以及六個(gè)助熔劑體系的優(yōu)劣，通過對(duì)助熔劑用量和成分的控制，最大限度地使產(chǎn)品顆粒度變小、變均勻，更利于應(yīng)用。

助熔劑；高溫固相法

稀土發(fā)光材料具有許多優(yōu)點(diǎn):吸收能量的能力強(qiáng)，轉(zhuǎn)換效率高；可發(fā)射從紫外光到紅外光的光譜，特別是在可見光區(qū)有很強(qiáng)的發(fā)射能力[1]。在各種紅色熒光材料中，由于其亮度、色彩飽和度等因素的影響，性質(zhì)最穩(wěn)定的高亮度紅光熒光粉是Y2O3S:E u3+和Y2O2S:E u3+[2]。這兩種熒光粉仍是主要的紅光熒光粉材料。

助熔劑對(duì)高溫固相法制備Y2O2S:Eu3+有著重要的意義，對(duì)產(chǎn)品的形貌、顆粒度、發(fā)光性質(zhì)有著重要的影響。高溫固相法制備Y2O2S:E u3+的最大優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品的熒光強(qiáng)度高，但不足之處就是顆粒度不均勻，這一點(diǎn)影響了它的應(yīng)用。

在高溫固相合成方法中，助熔劑的作用在于改善反應(yīng)環(huán)境，促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行[3]。在高溫下，助熔劑成融融狀態(tài)使得反應(yīng)物之間的接觸更加容易、頻繁，大大提高了反應(yīng)的傳遞速率，從而使反應(yīng)可以更快，更好地進(jìn)行。用高溫固相法合成Y2O2S:E u3+，助熔劑的選擇很重要，好的助熔劑不但可以使反應(yīng)時(shí)間縮短，產(chǎn)品純度提高，更重要的是助熔劑還對(duì)產(chǎn)品的形貌、粒度大小及分布、發(fā)光性質(zhì)有很大影響。

1 助熔劑的選擇

助熔劑一般選擇堿金屬或堿土金屬的碳酸鹽和磷酸鹽[4]。原因有以下幾點(diǎn):首先，由于反應(yīng)物中有過量的硫以保證體系的還原氣氛，所以不能用高價(jià)金屬或過度金屬，否則會(huì)生成大量難容的硫化物，給反應(yīng)帶來不良的影響。其次，也不宜用硝酸鹽等陰離子氧化性比較強(qiáng)的鹽作助熔劑，否則會(huì)破壞反應(yīng)的還原氣氛，產(chǎn)物被氧化[5]。最后，助熔劑的作用原理也決定了選擇堿金屬或堿土金屬的碳酸鹽和磷酸鹽，它們的熔沸點(diǎn)最適合高溫固相法合成Y2O2S:E u3+的溫度，1200℃。

為了探討助熔劑對(duì)光致發(fā)光材料Y2O2S:E u3+發(fā)光性質(zhì)的影響，分別用鉀、鈉、鋰、鎂、鈣、鍶六種元素的碳酸鹽和磷酸鹽建立了六個(gè)助熔劑體系，討論助熔劑的用量和種類對(duì)Y2O2S:E u3+光致發(fā)光性質(zhì)的影響。

1.1 K2CO3+(N H4)2H P O4為助熔劑

以K2CO3+(N H4)2H P O4為助熔劑最大的優(yōu)點(diǎn)就是產(chǎn)品的純度高，衍射圖可以看出沒有Y2O3的特征峰；從掃描電鏡的照片可以看出，產(chǎn)品的晶形很好，呈扁片狀，顆粒度很均勻，直徑在3μ左右；熒光強(qiáng)度中等，最值為746。

1.2 N a2CO3+(N H4)2H P O4為助熔劑

以N a2CO3+(N H4)2H P O4為助熔劑的產(chǎn)品，結(jié)晶好，顆粒度均勻，直徑在2～3 μ；熒光強(qiáng)度較以N a2CO3+(N H4)2H P O4為助熔劑的產(chǎn)品有所提高，最高可達(dá)1139；但純度有所下降，含有Y2O2S:E u3+。

1.3 L i2CO3+(N H4)2H P O4為助熔劑

以L i2CO3+(N H4)2H P O4為助熔劑的產(chǎn)品熒光強(qiáng)度最高，其最值為1632，比以N a2CO3+(N H4)2H P O4為助熔劑的產(chǎn)品亮度提高了近40%；但是產(chǎn)品顆粒度不均勻，從標(biāo)尺的長(zhǎng)度10μ可知產(chǎn)品顆粒直徑為2～10 μ。

在產(chǎn)品后處理方面，由于鋰鹽溶解度差，與以鉀、鈉鹽為助熔劑的產(chǎn)品比較在洗粉時(shí)，助熔劑不易溶解。

1.4 M g(O H)2·4 M g CO3·6 H2O+(N H4)2H P O4為助熔劑

以 M g(O H)2·4 M g CO3·6 H2O+(N H4)2H P O4為助熔劑的產(chǎn)品，熒光強(qiáng)度的最值為1068；顆粒度不均勻，直徑1～5 μ。

1.5 C a CO3+(N H4)2H P O4為助熔劑

同為堿土金屬，C a CO3+(N H4)2H P O4為助熔劑的產(chǎn)品熒光強(qiáng)度明顯較以 M g(O H)2·4 M g CO3·6 H2O+(N H4)2H P O4為助熔劑的產(chǎn)品低很多，最值只有446。從形貌上看，顆粒度1-5 μ，不均勻。

1.6 S r CO3+(N H4)2H P O4為助熔劑

與以C a CO3+(N H4)2H P O4為助熔劑的產(chǎn)品相似，以S r CO3+(N H4)2H P O4為助熔劑的產(chǎn)品熒光強(qiáng)度較低，最值只有380；顆粒度1～5 μ。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

以上試驗(yàn)結(jié)果可以看出，從熒光強(qiáng)度上看，以鈣鹽、鍶鹽為助熔劑的兩組亮度相仿，只有446.393和380.312；同為堿土金屬，以鎂鹽為助熔劑，產(chǎn)品亮度可達(dá)1067.836，主要原因可能是因?yàn)閷?duì)角線原則，鎂的性質(zhì)與鋰很相近；以鋰鹽為助熔劑的產(chǎn)品亮度最高，其熒光強(qiáng)度可達(dá)1632；鈉鹽為助熔劑的產(chǎn)品，亮度和鎂鹽為助熔劑的產(chǎn)品的亮度相仿，為1139；鉀鹽為助熔劑的產(chǎn)品亮度稍差，為746。

從形貌上看，鉀鹽為助熔劑的產(chǎn)品純度很高，其他助熔劑的產(chǎn)品都有很少的一部分Y2O3物相；鉀鹽、鈉鹽為助熔劑的產(chǎn)品顆粒度都很均勻且很??；鋰鹽為助熔劑的產(chǎn)品顆粒度大且不均勻；鎂、鈣、鍶三種堿土金屬的助熔劑系列制備出的產(chǎn)品，顆粒度較小，但不均勻。

3 結(jié)論

助熔劑對(duì)產(chǎn)品的形貌、粒度大小及分布、發(fā)光性質(zhì)有很大影響。使用不同的助熔劑在熒光強(qiáng)度上相差竟可以達(dá)到近400%；顆粒度對(duì)發(fā)光性質(zhì)有很大的影響，顆粒度大的樣品熒光強(qiáng)度高，但在實(shí)際應(yīng)用中需要的是顆粒度小且均勻的產(chǎn)品，這是一個(gè)矛盾，而助熔劑正是決定這一矛盾的關(guān)鍵。高溫固相法合成Y2O2S:E u3+的優(yōu)點(diǎn)是亮度高，缺點(diǎn)是顆粒度較大且分布不均勻，通過對(duì)助熔劑用量和成分的控制，在保證熒光強(qiáng)度的前提下，盡量使產(chǎn)品顆粒度變小且均勻。通過對(duì)助熔劑特點(diǎn)的分析，選擇合適的助熔劑體系，對(duì)產(chǎn)品的熒光強(qiáng)度、純度、顆粒度大小及分布等方面加以控制，可以得到適合各種應(yīng)用的熒光粉。

[1]徐光憲 主編.稀土.冶金工業(yè)出版社.1995:59

[2]蘇鏘.1993.稀土化學(xué).河南科學(xué)技術(shù)出版社.214

[3]李建宇.稀土發(fā)光材料及其應(yīng)用.化學(xué)工業(yè)出版社材料科學(xué)與工程出版中心.2003:89

[4]Kanehisa, Osam; Kano, Tsuyoshi;Yamamoto, Hajime.Journal of theElectrochemical Society (1985), 132(8), 2023-7

[5]B.M.Tissue, H.B.Yuan, J.Solid StateChem. 171(2003)12

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.04.017

賈曉博（1982-）,男，助理工程師，研究方向:材料化學(xué)。