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 化學與環境工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040）

白光LED以其節能、使用壽命長、全固態、體積小、平面化、重量輕、方向性好、響應快、無輻射以及抗震等優點，將成為二十一世紀替代傳統照明光源的新型光源。使用白光LED照明可以節約大量能源，而且不含汞等有害的重金屬，所以對白光LED的理論研究及產業化應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，兼有單一基質和硅酸鹽基質兩種優點，顏色穩定、色彩還原性好，是新一代白光LED照明的研究熱點。

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]。本實驗采用燃燒法制備了Ba3MgSi2O8:Eu2+，Mn2+熒光粉，并對制得的熒光粉進行了測試分析及結果討論。燃燒合成（Combustion Synthesis），也稱自蔓延高溫合成，是高放熱化學體系經外部能量誘發局部化學反應（點燃），形成其前沿（燃燒波），使化學反應持續蔓延，直至整個反應體系最后達到合成所需材料目的的技術[2]。此法實驗操作簡單易行、實驗周期短、節省時間和能源。

1 實驗部分

1.1 原料及儀器設備

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

Hitachi F4500型熒光分光光度計；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 測試

熒光粉樣品的發射光譜用Hitachi F4500型熒光分光光度計測定；其XRD用Bruker D8 Discover X射線衍射儀測試；熒光粉的粒徑用Rise-2008型激光粒度儀測定。

1.3 實驗方法

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溶液混合在一起，用HCl控制pH值在3左右，并攪拌一段時間，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射光譜見圖1（不同的高度代表相應的發光強度，高度越高發光強度越大）。

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

由圖1可以看出，在375nm紫外光的激發下，Ba3MgSi2O8:Eu2+，Mn2+熒光粉表現出了437nm的藍光發射和505nm的綠光發射。437nm處的藍光發射帶源于Eu2+在配位數為10的Ba格位的5d→4f躍遷發射，505nm處的綠光發射帶源于Eu2+在伴生的Ba2SiO4相對Ba格位的5d→4f替代躍遷發射[3]。505nm處的綠光發射峰相對較強，而437nm的藍光發射峰較弱，致使由其傳遞能量的紅光發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。經過檢索表明，該粉體為Ba2SiO4、Ba3MgSi2O8的混合相，兩相對于粉體熒光的產生均有貢獻。

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

圖3 Ba3MgSi2O8的ICCD標準XRD譜圖Fig.3 The ICCD XRD patterns of Ba3MgSi2O8

圖3為檢索到的Ba3MgSi2O8的ICCD標準XRD譜圖，XRD軟件分析結果表明，Ba3MgSi2O8相占36%，Ba2SiO4相占63%。Ba2SiO4相較多，而Ba3MgSi2O8相對較少，亦能說明綠光強，紅藍光較弱的現象。

2.3 粒徑測試

本文采用Rise-2008型激光粒度儀來測試熒光粉體的粒度。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，對應曲線2中與縱坐標50%橫虛線相交處）為0.710nm,從曲線1可以看出，0.1μm范圍內有少量粒子分布，說明此方法可以將制備的粉體部分控制在納米范圍內。

3 結論

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，方法簡單可行。對所制得的熒光粉進行熒光光譜和X射線衍射分析，分析結果表明，燃燒法所得粉體中Ba2SiO4相占主體，505nm處的綠光發射峰相對較強，而紅藍光較弱，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,王達健,顧鐵成，等.白光二極管用Ba3MgSi2O8基質發光材料的溶膠霧化-微波燒成與光譜性質［J］.發光學報,2008,29（6）:989-995.

［2］李峻峰,邱克輝,賴雪飛，等.稀土發光材料燃燒合成的研究進展［J］.材料導報,2005,19（4）:28-30.

［3］毛智勇,王達健,馬亮，等.近紫外光激發的Ba3MgSi2O8:Eu2+，Mn2+全色熒光材料的發光性質研究.天津理工大學學報，2008,24（6）:9-12.