助熔剂对Y2O2S E u3+形貌及发光性质的影响

贾晓博

北京颖泰嘉和科技股份有限公司，北京 100192

助熔剂对Y2O2S E u3+形貌及发光性质的影响

贾晓博

北京颖泰嘉和科技股份有限公司，北京 100192

助熔剂对高温固相法制备Y2O2S:E u3+有着重要的意义，对产品的形貌、颗粒度、发光性质有着重要的影响。本文具体分析了助熔剂的选择条件以及六个助熔剂体系的优劣，通过对助熔剂用量和成分的控制，最大限度地使产品颗粒度变小、变均匀，更利于应用。

助熔剂；高温固相法

稀土发光材料具有许多优点:吸收能量的能力强，转换效率高；可发射从紫外光到红外光的光谱，特别是在可见光区有很强的发射能力[1]。在各种红色荧光材料中，由于其亮度、色彩饱和度等因素的影响，性质最稳定的高亮度红光荧光粉是Y2O3S:E u3+和Y2O2S:E u3+[2]。这两种荧光粉仍是主要的红光荧光粉材料。

助熔剂对高温固相法制备Y2O2S:Eu3+有着重要的意义，对产品的形貌、颗粒度、发光性质有着重要的影响。高温固相法制备Y2O2S:E u3+的最大优点是产品的荧光强度高，但不足之处就是颗粒度不均匀，这一点影响了它的应用。

在高温固相合成方法中，助熔剂的作用在于改善反应环境，促进反应进行[3]。在高温下，助熔剂成融融状态使得反应物之间的接触更加容易、频繁，大大提高了反应的传递速率，从而使反应可以更快，更好地进行。用高温固相法合成Y2O2S:E u3+，助熔剂的选择很重要，好的助熔剂不但可以使反应时间缩短，产品纯度提高，更重要的是助熔剂还对产品的形貌、粒度大小及分布、发光性质有很大影响。

1 助熔剂的选择

助熔剂一般选择碱金属或碱土金属的碳酸盐和磷酸盐[4]。原因有以下几点:首先，由于反应物中有过量的硫以保证体系的还原气氛，所以不能用高价金属或过度金属，否则会生成大量难容的硫化物，给反应带来不良的影响。其次，也不宜用硝酸盐等阴离子氧化性比较强的盐作助熔剂，否则会破坏反应的还原气氛，产物被氧化[5]。最后，助熔剂的作用原理也决定了选择碱金属或碱土金属的碳酸盐和磷酸盐，它们的熔沸点最适合高温固相法合成Y2O2S:E u3+的温度，1200℃。

为了探讨助熔剂对光致发光材料Y2O2S:E u3+发光性质的影响，分别用钾、钠、锂、镁、钙、锶六种元素的碳酸盐和磷酸盐建立了六个助熔剂体系，讨论助熔剂的用量和种类对Y2O2S:E u3+光致发光性质的影响。

1.1 K2CO3+(N H4)2H P O4为助熔剂

以K2CO3+(N H4)2H P O4为助熔剂最大的优点就是产品的纯度高，衍射图可以看出没有Y2O3的特征峰；从扫描电镜的照片可以看出，产品的晶形很好，呈扁片状，颗粒度很均匀，直径在3μ左右；荧光强度中等，最值为746。

1.2 N a2CO3+(N H4)2H P O4为助熔剂

以N a2CO3+(N H4)2H P O4为助熔剂的产品，结晶好，颗粒度均匀，直径在2～3 μ；荧光强度较以N a2CO3+(N H4)2H P O4为助熔剂的产品有所提高，最高可达1139；但纯度有所下降，含有Y2O2S:E u3+。

1.3 L i2CO3+(N H4)2H P O4为助熔剂

以L i2CO3+(N H4)2H P O4为助熔剂的产品荧光强度最高，其最值为1632，比以N a2CO3+(N H4)2H P O4为助熔剂的产品亮度提高了近40%；但是产品颗粒度不均匀，从标尺的长度10μ可知产品颗粒直径为2～10 μ。

在产品后处理方面，由于锂盐溶解度差，与以钾、钠盐为助熔剂的产品比较在洗粉时，助熔剂不易溶解。

1.4 M g(O H)2·4 M g CO3·6 H2O+(N H4)2H P O4为助熔剂

以 M g(O H)2·4 M g CO3·6 H2O+(N H4)2H P O4为助熔剂的产品，荧光强度的最值为1068；颗粒度不均匀，直径1～5 μ。

1.5 C a CO3+(N H4)2H P O4为助熔剂

同为碱土金属，C a CO3+(N H4)2H P O4为助熔剂的产品荧光强度明显较以 M g(O H)2·4 M g CO3·6 H2O+(N H4)2H P O4为助熔剂的产品低很多，最值只有446。从形貌上看，颗粒度1-5 μ，不均匀。

1.6 S r CO3+(N H4)2H P O4为助熔剂

与以C a CO3+(N H4)2H P O4为助熔剂的产品相似，以S r CO3+(N H4)2H P O4为助熔剂的产品荧光强度较低，最值只有380；颗粒度1～5 μ。

2 试验结果分析

以上试验结果可以看出，从荧光强度上看，以钙盐、锶盐为助熔剂的两组亮度相仿，只有446.393和380.312；同为碱土金属，以镁盐为助熔剂，产品亮度可达1067.836，主要原因可能是因为对角线原则，镁的性质与锂很相近；以锂盐为助熔剂的产品亮度最高，其荧光强度可达1632；钠盐为助熔剂的产品，亮度和镁盐为助熔剂的产品的亮度相仿，为1139；钾盐为助熔剂的产品亮度稍差，为746。

从形貌上看，钾盐为助熔剂的产品纯度很高，其他助熔剂的产品都有很少的一部分Y2O3物相；钾盐、钠盐为助熔剂的产品颗粒度都很均匀且很小；锂盐为助熔剂的产品颗粒度大且不均匀；镁、钙、锶三种碱土金属的助熔剂系列制备出的产品，颗粒度较小，但不均匀。

3 结论

助熔剂对产品的形貌、粒度大小及分布、发光性质有很大影响。使用不同的助熔剂在荧光强度上相差竟可以达到近400%；颗粒度对发光性质有很大的影响，颗粒度大的样品荧光强度高，但在实际应用中需要的是颗粒度小且均匀的产品，这是一个矛盾，而助熔剂正是决定这一矛盾的关键。高温固相法合成Y2O2S:E u3+的优点是亮度高，缺点是颗粒度较大且分布不均匀，通过对助熔剂用量和成分的控制，在保证荧光强度的前提下，尽量使产品颗粒度变小且均匀。通过对助熔剂特点的分析，选择合适的助熔剂体系，对产品的荧光强度、纯度、颗粒度大小及分布等方面加以控制，可以得到适合各种应用的荧光粉。

[1]徐光宪 主编.稀土.冶金工业出版社.1995:59

[2]苏锵.1993.稀土化学.河南科学技术出版社.214

[3]李建宇.稀土发光材料及其应用.化学工业出版社材料科学与工程出版中心.2003:89

[4]Kanehisa, Osam; Kano, Tsuyoshi;Yamamoto, Hajime.Journal of theElectrochemical Society (1985), 132(8), 2023-7

[5]B.M.Tissue, H.B.Yuan, J.Solid StateChem. 171(2003)12

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.04.017

贾晓博（1982-）,男，助理工程师，研究方向:材料化学。