不同形貌BAM藍(lán)色熒光粉制備研究進(jìn)展

董晶晶等

摘 要：在紫外和真空紫外光激發(fā)下，BAM藍(lán)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(shè)備中得到廣泛應(yīng)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(jié)了近年來國內(nèi)外不同形貌BAM熒光粉制備技術(shù)的研究進(jìn)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(jī)理。

關(guān)鍵詞：BAM 藍(lán)色熒光粉 形貌 制備技術(shù) 研究進(jìn)展

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

BAM（BaMgAll0O17：Eu2+）藍(lán)色熒光粉具有β-Al2O3結(jié)構(gòu)，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(lán)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(yīng)技術(shù)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(jié)果表明：BAM熒光粉的尺寸及形貌對其性能的影響至關(guān)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(jìn)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(xì)小，無明顯的硬團(tuán)聚現(xiàn)象。

2 棒狀

王趙峰[5]采用sol-gel法，將金屬醇鹽或無機(jī)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(dāng)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(qiáng)，從而減少熒光粉的散射，因此球形顆粒最有利于發(fā)光強(qiáng)度的增強(qiáng)，同時也有利于形成緊密堆積的熒光粉層，進(jìn)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(dāng)表面活性劑的硝酸鹽溶液中，反應(yīng)在80℃的水浴鍋中進(jìn)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(lán)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(xué)法制備出粒徑細(xì)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(xué)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(yīng)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?jǐn)?shù)為3%AlF3時其顆粒間團(tuán)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(jìn)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(xué)計量比在不同溫度進(jìn)行固相合成并還原后得到BAM藍(lán)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(jié)語

BAM藍(lán)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(jìn)一步控制其反應(yīng)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(yīng)用于工業(yè)化是今后一個需要努力的方向。

參考文獻(xiàn)

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

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[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(xué)，2005.

[7] 馬明星，朱朝寬，朱達(dá)川，等.化學(xué)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(dá)川.表面活性劑對室溫固相化學(xué)法制備BaMgAl10O17：Eu2+ 藍(lán)色熒光粉的影響[J].稀有金屬材料與工程，2009，38（1）：144-146.

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