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BaMgAl_(10)O_(17):Eu~(2+)荧光粉的合成及热稳定性研究

张占辉  
【摘要】: BaMgAl_(10)O_(17):Eu~(2+)蓝色荧光粉以其高量子效率和好的色纯度,被广泛应用于三基色荧光灯、等离子显示板(PDP)和无汞荧光灯等照明和显示设备。目前,BaMgAl_(10)O_(17):Eu~(2+)在使用过程中尚存在两个主要问题:一是其合成温度过高,花费高、能耗大且产物易烧结;二是容易发生性能劣化。 针对用传统的高温固相法合成BaMgAl_(10)O_(17):Eu~(2+)温度过高的问题,并考虑到化学共沉淀法是除固相法之外的另一种易于实现工业化大批量生产的合成方法,我们开发了以碳酸铵为沉淀剂的铵盐共沉淀法制备工艺成功地使BaMgAl_(10)O_(17):Eu~(2+)的合成温度从1600℃以上降低至1350℃,并有效提高了其发光亮度和热稳定性,得到无烧结、分散均匀的荧光粉颗粒。考虑到草酸盐的分解温度较低,我们采用草酸和氨水共同作为沉淀剂并分别以正向和反向两种沉淀剂加入方式在1300℃成功合成了BaMgAl_(10)O_(17):Eu~(2+)进一步降低了合成温度,但是其产物颗粒存在团聚烧结现象且发光性能劣于用铵盐共沉淀法合成的荧光粉。 PDP屏及荧光灯管的特殊制作过程要求荧光粉必须经过一个500~600℃的高温烘烤工序,在这过程中BaMgAl_(10)O_(17):Eu~(2+)蓝色荧光粉易发生劣化,表现为亮度衰减及色度坐标发生偏移。提高BaMgAl_(10)O_(17):Eu~(2+)稳定性的关键在于弄清它的劣化机理。为此,我们系统地考察了相同温度不同时间以及相同时间不同温度的热处理对BaMgAl_(10)O_(17):Eu~(2+)发光性能的影响,发现劣化后的样品出现了绿光发射,归属为Eu~(2+)位于尖晶石块层中的间隙位置的发射,由此我们提出了一个新的热劣化机理:热处理使BaMgAl_(10)O_(17):Eu~(2+)中的部分Eu~(2+)氧化成了Eu~(3+),并使部分Eu~(2+)迁移至一个新的发光格位。该机理能很好地解释BaMgAl_(10)O_(17):Eu~(2+)的亮度衰减和色度坐标偏移等各种热劣化现象。 BaMgAl_(10)O_(17):Eu~(2+)热劣化机理的成功揭示为我们接下来的提高其稳定性的研究工作提供了有益的指导。根据我们提出的部分Eu~(2+)在热处理过程中迁移至基质晶格的尖晶石块层,我们设计在BaMgAl_(10)O_(17):Eu~(2+)的尖晶石块层中进行不等价的掺杂取代,利用低价Mg~(2+)取代高价Al~(3+)产生的填隙阳离子来阻碍Eu~(2+)向尖晶石块间隙位置的迁移,从而有效提高了BaMgAl_(10)O_(17):Eu~(2+)的热稳定性。


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