自蔓延燃燒法制備Ba3MgSi2O8:Eu2+，Mn2+熒光粉 ＊

徐基磊,郭曉鋒,林廣龍,王 寶,李東平

（哈爾濱理工大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040）

白光LED以其節(jié)能、使用壽命長、全固態(tài)、體積小、平面化、重量輕、方向性好、響應(yīng)快、無輻射以及抗震等優(yōu)點(diǎn)，將成為二十一世紀(jì)替代傳統(tǒng)照明光源的新型光源。使用白光LED照明可以節(jié)約大量能源，而且不含汞等有害的重金屬，所以對(duì)白光LED的理論研究及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用研究具有十分重大的意義。Ba3MgSi2O8:Eu2+，Mn2+作為新一代白光LED用熒光材料，兼有單一基質(zhì)和硅酸鹽基質(zhì)兩種優(yōu)點(diǎn)，顏色穩(wěn)定、色彩還原性好，是新一代白光LED照明的研究熱點(diǎn)。

目前，在制備此類熒光粉一般采用高溫固相法和溶膠噴霧法[1]。本實(shí)驗(yàn)采用燃燒法制備了Ba3MgSi2O8:Eu2+，Mn2+熒光粉，并對(duì)制得的熒光粉進(jìn)行了測(cè)試分析及結(jié)果討論。燃燒合成（Combustion Synthesis），也稱自蔓延高溫合成，是高放熱化學(xué)體系經(jīng)外部能量誘發(fā)局部化學(xué)反應(yīng)（點(diǎn)燃），形成其前沿（燃燒波），使化學(xué)反應(yīng)持續(xù)蔓延，直至整個(gè)反應(yīng)體系最后達(dá)到合成所需材料目的的技術(shù)[2]。此法實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單易行、實(shí)驗(yàn)周期短、節(jié)省時(shí)間和能源。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料及儀器設(shè)備

正硅酸乙酯（天津市科密歐化學(xué)試劑開發(fā)中心）；無水乙醇（天津市富宇精細(xì)化工有限公司）；BaCl2·2H2O（天津市雙船化學(xué)試劑廠）；Mg（NO3）2·6H2O（天津市博迪化工有限公司）；Mn（CH3COO）2·4H2O（天津市雙船化學(xué)試劑廠），以上試劑均為分析純；Eu2O3（含量≥99.99天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所）。

Hitachi F4500型熒光分光光度計(jì)；Bruker D8 Discover X射線衍射儀；Rise2008型激光粒度儀；ZF-6型紫外燈（三用紫外線分析儀）。

1.2 測(cè)試

熒光粉樣品的發(fā)射光譜用Hitachi F4500型熒光分光光度計(jì)測(cè)定；其XRD用Bruker D8 Discover X射線衍射儀測(cè)試；熒光粉的粒徑用Rise-2008型激光粒度儀測(cè)定。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

首先，按TEOS（5mL）∶無水乙醇∶蒸餾水=1∶1∶0.5比例混合三者后，加入適量HCl，攪拌一段時(shí)間至澄清；然后將7.8432g BaCl2·2H2O、2.8592g Mg（NO3）2·6H2O、0.2726gMn（CH3COO）2·4H2O 等分別溶于乙二醇中待用；再將0.0392gEu2O3溶于適量鹽酸中；最后將上述配好的各個(gè)溶液混合在一起，用HCl控制pH值在3左右，并攪拌一段時(shí)間，使其充分混合。之后，取出一定量的溶液置于坩堝中，加入乙醇，將乙二醇溶液體系引燃，將燃燒所得粉體在1100℃，H2氣氛下焙燒3h得到樣品。

2 結(jié)果與討論

2.1 熒光光譜分析

自蔓延法在1100℃所制備樣品的熒光發(fā)射光譜見圖1（不同的高度代表相應(yīng)的發(fā)光強(qiáng)度，高度越高發(fā)光強(qiáng)度越大）。

圖1 Ba3MgSi2O8:Eu2+，Mn2+熒光粉的發(fā)射光譜Fig.1 Emission spectra of Ba3MgSi2O8:Eu2+，Mn2+phosphor

由圖1可以看出，在375nm紫外光的激發(fā)下，Ba3MgSi2O8:Eu2+，Mn2+熒光粉表現(xiàn)出了437nm的藍(lán)光發(fā)射和505nm的綠光發(fā)射。437nm處的藍(lán)光發(fā)射帶源于Eu2+在配位數(shù)為10的Ba格位的5d→4f躍遷發(fā)射，505nm處的綠光發(fā)射帶源于Eu2+在伴生的Ba2SiO4相對(duì)Ba格位的5d→4f替代躍遷發(fā)射[3]。505nm處的綠光發(fā)射峰相對(duì)較強(qiáng)，而437nm的藍(lán)光發(fā)射峰較弱，致使由其傳遞能量的紅光發(fā)射也受到削弱甚至消失。

在365nm紫外燈的照射下，燃燒法所制Ba3MgSi2O8:Eu2+，Mn2+熒光粉能產(chǎn)生非常明亮的綠光，是一種潛在的綠光LED用熒光粉。

2.2 XRD分析

自蔓延法所制備樣品的XRD衍射圖譜見圖2。經(jīng)過檢索表明，該粉體為Ba2SiO4、Ba3MgSi2O8的混合相，兩相對(duì)于粉體熒光的產(chǎn)生均有貢獻(xiàn)。

圖2 Ba3MgSi2O8:Eu2+，Mn2+的 XRD 圖譜Fig.2 XRD patterns of Ba3MgSi2O8:Eu2+，Mn2+phosphor

圖3 Ba3MgSi2O8的ICCD標(biāo)準(zhǔn)XRD譜圖Fig.3 The ICCD XRD patterns of Ba3MgSi2O8

圖3為檢索到的Ba3MgSi2O8的ICCD標(biāo)準(zhǔn)XRD譜圖，XRD軟件分析結(jié)果表明，Ba3MgSi2O8相占36%，Ba2SiO4相占63%。Ba2SiO4相較多，而Ba3MgSi2O8相對(duì)較少，亦能說明綠光強(qiáng)，紅藍(lán)光較弱的現(xiàn)象。

2.3 粒徑測(cè)試

本文采用Rise-2008型激光粒度儀來測(cè)試熒光粉體的粒度。樣品的粒度分布見圖4。

圖4 熒光粉體的粒度分布曲線Fig.4 The size distribution curve of phosphor particles

見圖4可知，熒光粉體的D50（50%粒子的平均粒徑，對(duì)應(yīng)曲線2中與縱坐標(biāo)50%橫虛線相交處）為0.710nm,從曲線1可以看出，0.1μm范圍內(nèi)有少量粒子分布，說明此方法可以將制備的粉體部分控制在納米范圍內(nèi)。

3 結(jié)論

以乙二醇為溶劑，無水乙醇為助燃劑，采用自蔓延燃燒，將產(chǎn)物在1100℃，H2氣氛下焙燒，制備出了摻錳、銪的硅酸鎂鋇熒光粉，方法簡(jiǎn)單可行。對(duì)所制得的熒光粉進(jìn)行熒光光譜和X射線衍射分析，分析結(jié)果表明，燃燒法所得粉體中Ba2SiO4相占主體，505nm處的綠光發(fā)射峰相對(duì)較強(qiáng)，而紅藍(lán)光較弱，燃燒法所制Ba3MgSi2O8:Eu2+，Mn2+熒光粉是一種潛在的綠光LED用熒光粉。

［1］李雪征,王達(dá)健,顧鐵成，等.白光二極管用Ba3MgSi2O8基質(zhì)發(fā)光材料的溶膠霧化-微波燒成與光譜性質(zhì)［J］.發(fā)光學(xué)報(bào),2008,29（6）:989-995.

［2］李峻峰,邱克輝,賴雪飛，等.稀土發(fā)光材料燃燒合成的研究進(jìn)展［J］.材料導(dǎo)報(bào),2005,19（4）:28-30.

［3］毛智勇,王達(dá)健,馬亮，等.近紫外光激發(fā)的Ba3MgSi2O8:Eu2+，Mn2+全色熒光材料的發(fā)光性質(zhì)研究.天津理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2008,24（6）:9-12.