熒光粉的合成與應用簡介

李 豆

一、熒光粉的發(fā)展:

熒光粉是一種具有特殊晶體結構的發(fā)光材料。通常可分為光致發(fā)光熒光粉和帶有放射性的熒光粉兩類。光致發(fā)光熒光粉是指在受到光照射后，熒光粉把能量儲存起來，停止照射后，再以熒光的方式釋放出來，持續(xù)時間可達十幾小時;而利用放射性物質激發(fā)發(fā)光的熒光粉，發(fā)光時間長，但帶有一定毒性且會造成環(huán)境污染等。

熒光燈和熒光粉出現(xiàn)在19世紀初，是人們在研究放電發(fā)光現(xiàn)象的過程中開發(fā)出來的。當時的熒光燈發(fā)光效率低并有毒性。1942年，A.H.麥基格發(fā)明鹵磷酸鈣熒光粉并用在熒光燈內(nèi)，這種粉發(fā)光效率高、無毒、價格便宜，在照明領域引起了一次革命。1974年，荷蘭的范爾斯泰亨等合成了發(fā)射峰值分別在三基色(波長為450nm、550nm和610nm)范圍內(nèi)的三種稀土熒光粉，大大提高了燈的發(fā)光效率，使熒光燈有了新的突破。

二、熒光粉的合成方法

合成熒光粉的方法有多種，常用的有:高溫固相法，微波輻射法，溶膠凝膠法，燃燒法，水熱合成法，共沉淀法和熔鹽法等。

高溫固相法是在按一定計量比稱量的合成物質中加入定量的助溶劑，補償劑，再將其充分研磨均勻，然后在一定的溫度、時間等條件下進行焙燒，所得產(chǎn)品經(jīng)粉碎等處理得到所需產(chǎn)品。這種方法操作簡單，容易實現(xiàn)批量生產(chǎn)。但熒光粉粒度較大，研磨時易引入雜質，會有成分偏析的現(xiàn)象，從而會降低發(fā)光效率，若灼燒溫度偏高，則會燒結嚴重在最后研磨時會破壞激活劑所在的晶格位置從而導致發(fā)光效率的降低。

微波輻射法則是利用微波爐發(fā)出的微波，再通過吸收介質傳遞給反映體系，使溫度迅速升高至所需溫度，在較短時間內(nèi)完成反應。這種輻射加熱溫度上升快，大大縮短了反應時間，避免了煅燒過程中晶粒長大、團聚等不良影響。但此法要求反應原料要能吸收微波的作用，這在一定程度上限制了它的應用。

溶膠凝膠法是一種能在低溫或溫和條件下進行的軟化學合成方法。它首先是將金屬鹽等原料溶解在溶液中，然后經(jīng)過水解反應再進行聚合，成為溶膠，經(jīng)過千燥后成具有一定空間結構的凝膠，再經(jīng)焙燒、粉碎等處理后得到所需要產(chǎn)品。這種方法的得到的熒光粉純度高，顆粒均勻，反應容易進行，溫度低。但其所需原料成本相對較高，溶液PH值、粘度等反應條件難以控制。

燃燒法以金屬陽離子的硝酸鹽作為氧化劑，加入適量絡合劑、燃料，再充分混合均勻，反應啟動后，立即釋放的巨大能量用于加熱反應物，支持進一步的反應。此方法瞬間能達到幾千度的高溫，在極短時間內(nèi)完成反應，得到的產(chǎn)物純度較高，顆粒尺寸小，相對發(fā)光亮度較高。但燃燒劑、助燃劑過量或操作不當會致反應失敗或出現(xiàn)爆炸危險。

水熱合成法是在一定溫度和壓力條件下利用水溶液中物質化學反應所進行的合成方法。在水溶液中離子混合均勻;水隨溫度升高和自生壓力增大，變成一種氣態(tài)礦化劑，具有非常大的解聚能力，其間化學反應快，得到的粉末形貌規(guī)則，不團聚。能得到純度較高的結晶粉末。但水熱法對儀器要求較高。

共沉淀法是在混合金屬鹽溶液中加入沉淀劑，在沉淀劑所釋放的沉淀離子作用下，各組分充分均勻的混合沉淀，然后再對沉淀物進行加熱分解，獲得產(chǎn)物。這種方法對設備要求不高，操作簡單。得到的粉末不結團，粒徑小，分布均勻。但溶液離子濃度，溶液酸堿度等對產(chǎn)物形貌均勻性都會產(chǎn)生影響，控制條件較多。

熔鹽合成法以低熔點的鹽類做為高溫溶劑，使反應物溶解在熔鹽中，因為合成過程中液相的出現(xiàn)，溶質在熔鹽中高速移動，大大縮短了反應時間。此方法與常規(guī)固相法比較，其工藝簡單、合成溫度低、合成的粉體結構均勻、物相純度高。

三、熒光粉的應用

熒光粉可用于日光燈、節(jié)能燈、LED燈與顯示屏、老式電視機及彩色顯示器，PDP電視，銹蚊的黑光燈，應急指示牌，公路上的指示標記染料，復印機等。

熒光粉具有熱穩(wěn)定性好、安全環(huán)保的特點，適用於各種白光，可調節(jié)出不同的紅色，藍色，黃色等等的色彩。

節(jié)能燈中的熒光粉主要是三基色熒光粉，它由三種稀土材料按一定比例混合而成，其發(fā)光效率比普通白熾燈高兩倍以上。目前我國家庭照明中，節(jié)能燈僅占7%，未來的需求應該是很大的。

將熒光粉材料涂于發(fā)光二極管(LED)上可以產(chǎn)生白光光源，這也是近年來在照明領域興起的半導體照明。它具有環(huán)保、長壽、高效節(jié)能、結構簡單安全性好等特點?？沙蔀樾碌恼彰麟姽庠?。

用于誘殺蟲害的黑光燈是利用峰值為350nm的紫外熒光粉。復印燈則根據(jù)所用的感光體或光電面的不同譜線，選擇不同的熒光粉，如重氮復印燈選用焦磷酸鍶(Sr2P2O7:Eu)，而靜電復印燈則用鎵酸鎂(MgGa2O4:Mn)和硅酸鋅(Zn2SiO4:Mn)等。

在實際生活中，人們也可用熒光粉制成弱照明光源?？蓪晒夥弁吭趦x表、鐘表、機器上各種開關標志或門的把手等處，也可用各種透光塑料一起壓制成各種符號、部件、或電源開關、插座等。這些發(fā)光部件在夜間仍持續(xù)發(fā)光，為人們的工作和生活帶來方便。若把熒光粉材料摻入紡織品中，則可制成有夜光的紡織品，晚上穿在身上，可提高人的安全性，減少交通事故。(作者單位:南京信息職業(yè)技術學院)

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