室温球磨固相化学反应法制备超细稀土荧光粉及荧光性能的研究

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稀土荧光材料由于具有丰富的能级和4f电子的跃迁特性而得到广泛的应用。目前,稀土荧光材料的制备方法仍以高温固相反应法和液相沉淀法为主,难以达到满意的质量和粒度,从而限制了其应用。所以,近年来将超细化技术应用在稀土荧光材料的制备方面成为关注的热点。本课题采用室温球磨固相化学反应法,制备超细Y2O3、Y2O3:Eu3+红色荧光粉和BaMgAl10O17:Eu2+蓝色荧光粉的基质材料BaMgAl10O17,借鉴表面扩散法对蓝粉中的铕进行掺杂后,将其用活性碳还原后得到BaMgAl10O17:Eu2+。本课题还研究了表面活性剂对荧光粉粒度和形貌的影响。用示差热-热重(DTA-TG)确定前驱体的热分解温度,X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、动态激光粒度仪和荧光光谱等分析手段对产物进行表征,然后分析荧光粉的发光机制。研究结果表明:1、以草酸和碳酸铵为配体,在机械球磨的作用下,分别与硝酸钇进行固相化学反应,制得草酸钇和碳酸钇前驱体,将前驱体在热分解温度下煅烧后得到氧化物粉体。XRD和SEM分析表明两种配体所制得产物都是Y2O3,颗粒呈球形状,分布均匀。紫外光谱分析结果表明超细氧化钇对UVB和UVA都有较强的反射。2、以Y(NO3)3.6H2O和Eu2O3为原料,草酸为配体,球磨后得到前驱体,XRD分析表明将其在700℃煅烧后就可得到体心立方结构的Y2O3:Eu3+粉体。SEM和粒径分析表明粉体颗粒分布均匀,呈球形状,粒径集中在164nm~396nm。在250nm处,Y2O3:Eu3+有一以此为中心的宽激发带,对应Eu3+和O2-的电荷迁移带吸收,激发电荷迁移态明显红移,最强的5D0→7F2跃迁位于618nm处。一定范围内,Y2O3:Eu3+的发光强度随Eu3+浓度增加而增大,当Eu3+浓度到一定值时,发光强度反而下降,实验结果显示最佳掺入量为8%。Y2O3:Eu3+的发光强度随着煅烧温度的升高而增加,当煅烧温度达到1100℃时,发光强度增加很小,基本趋于不变。3、采用室温球磨固相化学反应法和表面扩散法制备蓝色荧光粉,XRD分析表明将球磨固相反应制得的前驱体在1200℃煅烧后得到BaMgAl10O17基质材料。SEM和粒径分析表明所得荧光粉呈规则的球形颗粒状,粒径集中在342nm~531nm。在255nm和330nm处,BaMgAl10O17:Eu2+均出现了宽带吸收峰,都属于Eu2+的4f-5d跃迁吸收带,在255nm紫外激发下,最大发射峰值位于450nm处,属于Eu2+的4f65d→4f7(8S7/2)宽带允许跃迁。BaMgAl10O17:Eu2+的发光强度随Eu2+浓度增加而增大,当Eu2+浓度到一定值时,发光强度反而下降,实验结果显示最佳掺入量为10%。4、在制备超细荧光粉过程中,研究了表面活性剂对粉体形貌、分散性及粒度的影响,对加与不加表面活性剂制得的粉体作了对比评价。结果表明:在反应体系中加入合适的表面活性剂,所得荧光粉体的粒度更细,颗粒形貌规则,分散性好。因此表面活性剂可以有效提高产物的分散度和分布均匀性,改善粒子的形貌,降低粉体的粒度。
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