不同形貌BAM藍色熒光粉制備研究進展

董晶晶等

摘 要：在紫外和真空紫外光激發(fā)下，BAM藍色熒光粉因其高量子效率和色純度好等優(yōu)點，目前已在無汞熒光燈、三基色熒光燈、等離子平板顯示（PDP）等照明和顯示設備中得到廣泛應用。工業(yè)合成的BAM熒光粉存在合成溫度高，顆粒尺寸大且粒度分布不均，難以獲得組成均勻的產(chǎn)物，易形成雜相等缺點。另外熒光粉的形貌對其發(fā)光性能有著重要的影響。該文總結了近年來國內(nèi)外不同形貌BAM熒光粉制備技術的研究進展，包括六角片狀、棒狀、類球形、圓餅狀等不同形貌的BAM熒光粉的制備和形成機理。

關鍵詞：BAM 藍色熒光粉 形貌 制備技術 研究進展

中圖分類號：O482.31 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）06（a）-0102-02

BAM（BaMgAll0O17：Eu2+）藍色熒光粉具有β-Al2O3結構，由密堆積的尖晶石基塊（MgAl10O16）和鏡面層（BaO）組成，Eu2+主要取代鏡面層BaO中的Ba2+位置，呈現(xiàn)特征的藍色發(fā)射。目前工業(yè)熒光粉存在合成溫度高，顆粒尺寸大且粒度分布不均，難以獲得組成均勻的產(chǎn)物， 易形成雜相等缺點。制備工藝和產(chǎn)品質(zhì)量已難以適應技術發(fā)展的要求。根據(jù)Bondioli[1-2]等人的研究，均勻的、表面光滑的形貌可以在制屏工藝形成一個致密的圖層，從而有效提高顯示器件的老化壽命，而且，尺寸均勻的發(fā)光材料也顯示了更好的發(fā)光性能。目前BAM熒光粉的制備方法很多，其中主要包括高溫固相法、溶膠一凝膠法、水熱法、燃燒法、微波法、噴霧熱解法等利用這些方法陸續(xù)合成了多種形貌的BAM，其中包括六角形、棒狀、球形、圓餅狀等。大量的研究結果表明：BAM熒光粉的尺寸及形貌對其性能的影響至關重要。

1 六角形

劉碧桃[3]使用高溫固相法，以3wt%Li2CO3和3wt%BaF2作為助熔劑，將起始原料均勻混合后在還原氣氛下，1450℃保溫4 h獲得所需樣品。通過摻雜Si3N4使BAM樣品的形貌變得均勻和規(guī)則，呈六角片狀形貌，顆粒尺寸為35 μm。

董巖、吳直森[4]等人使用共沉淀法，采用反滴法以混合金屬鹽溶液滴入2～3 mol/L碳酸氫銨中，為促進熒光粉晶體生長，在碳酸氫銨溶液中加入氟化銨（每100 g硝酸鋁加入氟化銨0.2～0.4 g）。用水浴加熱至20～40℃，保持溫度恒定，用氨水調(diào)節(jié)pH值為8～10。將該前驅(qū)體1200 ℃煅燒后，顆粒的外形呈現(xiàn)較規(guī)則的六角片狀（見圖1所示），片狀顆粒的粒徑約1～2 μm厚度約為100～200 nm。此方法制備的粉體顆粒細小，無明顯的硬團聚現(xiàn)象。

2 棒狀

王趙峰[5]采用sol-gel法，將金屬醇鹽或無機鹽經(jīng)水解得到溶膠，然后使溶質(zhì)聚合凝膠化，再將凝膠干燥、鍛燒，最后得到發(fā)光材料，以檸檬酸為鰲合劑，得到的BAM樣品呈現(xiàn)出棒狀的形貌（見圖2），其直徑在80～100 nm左右，長度約為1 μm左右。并且當BAM的合成溫度從1250℃升至1300℃時，其樣品的形貌和尺寸基本沒有發(fā)生變化。

3 類球型

一般而言，與不規(guī)則顆粒相比，球形顆粒的熒光粉對于高亮度和高清晰度顯示是十分必要的，因為球形晶粒比任何其它形狀的晶粒的總表面積都大，最容易吸收外來的激發(fā)光，對自身發(fā)出的發(fā)射光在各個方向的反射作用也最強，從而減少熒光粉的散射，因此球形顆粒最有利于發(fā)光強度的增強，同時也有利于形成緊密堆積的熒光粉層，進而延長屏幕的使用壽命[6]。除此之外，球形晶粒還具有改善分辨率及涂層密實等一系列優(yōu)點。

馬明星等[7]以正滴沉淀法，將2倍用量的碳酸氫銨分多次加入到添加了適當表面活性劑的硝酸鹽溶液中，反應在80℃的水浴鍋中進行，并調(diào)節(jié)pH值，使其大于7，得到的前驅(qū)體加入適量的活性碳粉在1200℃下還原，得到BAM藍色熒光粉。合成的顆粒呈類球形，分布均勻，粒度主要集中在190～295 nm。

曹仕秀等[8]以分子量為4000的聚乙二醇采用室溫固相化學法制備出粒徑細小、分布均勻的呈規(guī)則類似球形狀顆粒的粉體。實驗方法是：按化學計量比將硝酸鹽和碳酸氫銨混合加入表面活性劑聚乙二醇，得到前驅(qū)物粉末。經(jīng)1200 ℃煅燒2 h，得到BAM基質(zhì)粉末。再將用硝酸溶解的Eu2O3與基質(zhì)粉末一起置于90 ℃水浴鍋內(nèi)，反應1 h后過濾干燥，然后在1200 ℃使用活性碳粉還原2 h制得粉末產(chǎn)物，粒度約200 nm（見圖3）。

劉海林[9]研究了助熔劑對固相合成BAM熒光粉形貌的影響，發(fā)現(xiàn)：添加質(zhì)量分數(shù)為3%AlF3時其顆粒間團聚和粘連現(xiàn)象不顯著，顆粒呈規(guī)則的球形，見圖4。

4 圓餅狀

董巖等[10]用反滴沉淀法，并在碳酸氫銨溶液中添加少量的晶體生長促進劑。在 20～50℃，用氨水調(diào)節(jié)pH值至 8～10，將沉淀產(chǎn)物干燥后于1200 ℃煅燒分解后得到分散的圓餅狀α-Al2O3粉末。再BAM化學計量比在不同溫度進行固相合成并還原后得到BAM藍色熒光粉。上述過程中未添加任何助熔劑。大部分顆粒仍基本維持原來顆粒的圓餅狀形貌且分散性良好（見圖5）。

5 結語

BAM藍色熒光粉在使用中存在顆粒尺寸大且粒度分布不均，難以獲得組成均勻的產(chǎn)物的問題，這些問題對于其性能具有顯著影響，雖然通過實驗進一步控制其反應條件可以制備出不同尺寸和形貌但是仍只限于實驗室的條件下，最終把它應用于工業(yè)化是今后一個需要努力的方向。

參考文獻

[1] T.Jüstel，J.Krupa， D.Wiechert. VUV spectroscopy of luminescent materials for plasma display panels and Xe discharge lamps[J].Journal of Luminescence，2001（93）：179-189.

[2] B.Howe，A.Diaz， Characterization of host-lattice emission and energy transfer in BaMgAl10O17：：Eu2+[J].Journal of Luminescence， 2004（109）：51-59.

[3] 劉碧桃.Eu2+、Mn2+激活的六鋁酸鹽基發(fā)光材料的制備及其發(fā)光特性研究[D].蘭州：蘭州大學，2012.

[4] 董巖，吳直森，陳蓉，等.共沉淀法制備細粒徑BaMgAl10O17：Eu2+熒光粉及合成機理[J].硅酸鹽學報，2011，39（8）： 1229-1234.

[5] 王趙鋒.真空紫外用納米藍色發(fā)光材料的制備及發(fā)光性能研究[D].蘭州：蘭州大學，2011.

[6] 楊定明.納米級稀土發(fā)光材料的制備及發(fā)光性能研究[D].成都：四川大學，2005.

[7] 馬明星，朱朝寬，朱達川，等.化學共沉淀法制備BaMgAl10O17：Eu2+熒光粉[J].稀有金屬材料與工程，2010，39（2）：300-303.

[8] 曹仕秀，朱達川.表面活性劑對室溫固相化學法制備BaMgAl10O17：Eu2+ 藍色熒光粉的影響[J].稀有金屬材料與工程，2009，38（1）：144-146.

[9] 劉海林.BaMgAl10O17Eu2+藍粉的制備及工藝優(yōu)化研究[D].長沙：湖南農(nóng)業(yè)大學，2011.

[10] 董巖，蔣建清，顧維杰，等.小粒徑BaMgAl10O17：Eu2+ 熒光粉的合成機理[J].硅酸鹽學報，2010，38（12）：2225-2229.