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1.2荧光粉水解PH值研究的项目背景
从20世纪60年代稀土氧化物可以高纯化以来, 稀土荧光粉的研究也相继出现重大的技术突破, 电视用荧光粉、灯用荧光粉、医用荧光粉等的开发、生产与应用因此取得了惊人的发展。由于产品附加值较高、效益较显著, 已成为稀土高技术开发的首要领域。虽然稀土荧光粉的用量不到稀土总消费量的4%, 但产值却占稀土应用市场的41% , 是稀土行业最热门的产业。
稀土掺杂YAG的荧光粉是荧光粉中重要的一类,YAG 作为荧光粉的基质材料具有透明度高、化学稳定性好、导热性好、耐高强度辐照和电子轰击等优点。因此, 近年来稀土掺杂YAG荧光粉得到了广泛的研究。
稀土掺杂YAG荧光材料的研究是从固体激光晶体的研究开始的, 其中研究最多、最成熟的是Nd: YAG激光晶体。随着各种荧光材料的发展, 稀土掺杂YAG 荧光粉也得到了长足的应用和发展, 分别出现了Eu:YAG (红)、Ce: YAG (黄)、Tb: YAG (绿)等各种颜色的荧光粉, 其性能也得到了很大的提高, 已在照明、阴离子射线显示( CRT )、白光LED 等方面得到了广泛应用, 在等离子平面显示( PDP)、真空荧光显示(VFD )、场发射显示( FED )等应用方面也有相关的研究。
随着科技的进步和应用范围的不断扩展, 对荧光粉的性能也提出了更高的要求, 例如: 高分辨率要求较细的球形颗粒, 传统固相反应法制备的荧光粉越来越不能满足要求, 近年来湿化学法制备高性能荧光粉得到了广泛的研究, 同时荧光粉的发展也进入了纳米化, 很多学者都采用湿化学方法制备纳米荧光粉。
稀土掺杂YAG 荧光粉的制备方法主要有高温固相反应法、溶胶- 凝胶法、高分子网络凝胶法、共沉淀法、溶剂热法、燃烧法、喷雾热解法等。
高温固相反应法是荧光材料最传统的制备方法。此法是将发光基质( Y和A l)与激活剂(掺杂离子)的氧化物或它们的盐类, 按一定的配比进行均匀混合, 再经高温煅烧、保温、冷却、粉碎、筛分一系列流程得到荧光粉。此方法要求较高的反应温度和较长的反应时间, 由于反应温度较高、时间较长, 晶粒生长会比较完整, 制备的荧光粉具有较好的荧光性能, 但经粉碎、筛分后的荧光性能下降。张书生等用Y2O3、A l(OH )3 和Ce2O3 作起始原料, 采用固相法在1500℃得到了YAG: C e荧光粉, 并研究助溶剂对发光性能的影响; 周姓研究者也对固相法进行了研究, 结果表明, 用固相法制备的粉体具有较高的发光强度, 荧光性能相对较好。
溶胶- 凝胶法是将易于水解的金属化合物 , 经过水解、缩聚、凝胶化、干燥、煅烧等的处理, 得到了荧光粉。其中控制无机盐和金属醇盐的水解缩聚条件是制备高质量溶胶的关键因素。由于金属醇盐一般不易得到, 而且成本较高, 并且在反应过程中要严格控制水分, 反应条件相对苛刻。但是, 运用溶胶- 凝胶法可以制备分散性较好、颗粒分布均匀的粉体。W . T . H su等以Y(NO3)3•5H2O、A l(NO3)3•9H2O 和Eu2O3 为原料, 在900℃得到分散性良好的YAG荧光粉, 并且荧光分析表明: 此法制备的Eu3+ : YAG 荧光粉其发光强度比固相法制备的粉体明显要高。
高分子网络凝胶法是在过硫酸铵的引发下, 利用丙烯酰胺的自由基聚合反应, 同时利用网络剂N和N '- 亚甲基双丙烯酰胺的两个活化双键的双官能团效应, 将高分子链连接成网络, 从而得到凝胶的一种方法。此法制备的粉体结晶完整, 物相较纯, 更为重要的是由于在凝胶过程形成的高分子网络阻止煅烧过程中的传质过程, 从而减少了晶粒的团聚和长大。影响反应的因素包括金属离子的浓度以及网络剂和引发剂的用量。金属离子浓度过低不利于得到凝胶, 浓度过高, 则不利于合成超细的粉体。网络剂和引发剂的用量以过量为宜, 过少不利于得到凝胶。李强等以此方法在900℃制备了Ce3+ : YAG 荧光粉, 并且发现由于粉体的细化出现了光谱蓝移的现象。此方法中,前驱体可由无定形态直接形成YAG相, 反应温度也大大降低, 900℃就可获得完全的YAG 相。说明了该反应体系多组分的分散性是很高的, 可达到分子分散水平, 所以YAG 相无需经过固相扩散, 而在较低温度下获得。