低温燃烧法制备PDP用蓝色荧光粉

王 岩

（甘肃土木工程科学研究院，甘肃 兰州 730020）

0 引 言

彩色等离子体显示器（PDP）以其优异的平板显示性能，被认为是21世纪最有发展潜力的大屏幕平板显示器[1－3]。PDP是一种气体放电的显示器[4]，由美国伊利诺斯大学1964年发明。

作为三基色蓝色的重要材料BaMgAl10O17：Eu2＋（BAM）以其高量子效率和好的色纯度，自1974年以来被广泛应用于稀土三基色灯，目前更被广泛应用于PDP中。但是BaMgAl10O17：Eu2＋一般采用传统的高温固相法合成，需要1600℃以上的高温长时间反应，不但能耗大，成本高，而且在此高温下产物易于烧结，严重损害发光材料的发光性能。另一方面，BaMgAl10O17：Eu2＋在使用中的一个主要问题，即容易劣化，严重制约着PDP的性能，并降低了PDP的使用寿命。对蓝色荧光粉的研究，近年来日本Tottori大学的Tanaka S[5]等发现新型荧光粉 CaAl2O4：Eu2＋比BaMgAl10O17：Eu2＋的热稳定性好，更能耐PDP中气体放电所发射的真空紫外线（VUV）的轰击，故被认为有希望在PDP中得到应用[6－8]。制备纳米材料的方法有共沉淀法、静电纺丝技术、低温燃烧法[9－11]等。

文中采用低温燃烧法制备CaAl2O4：Eu2＋，研究制备工艺及掺杂浓度对样品发光性能的影响。

以尿素为燃料低温燃烧法的实验反应方程式为：

1 实 验

1.1 样品制备

采用 Al（NO3）3·9HO2（A.R），Ca（NO3）2·4HO2（A.R），Eu2O3（4N），尿素 （A.R），硝酸（A.R），乙醇（A.R）作为原料。将按化学计量比称取Eu2O3，用6mol／L硝酸溶解；再将其它按化学计量比称取的实验药品溶解于Eu（NO3）3溶液中，并置于玛瑙研钵再研磨0.5h至膏状；研磨好的物品倒入坩埚中，将坩埚放入箱式电阻炉点火燃烧得样品。

1.2 性能表征

采用日本理学D／max－ⅡB型X射线衍射（X－ray diffraction，XRD）仪测试样品的物相组成，辐射源CuKα，X射线管压为40kV，管流为20mA，扫描速度为4°／min，步长为0.02°。用日本日立F－4500型荧光光谱仪测量样品的激发和发射光谱激发源为150W 氙灯。采用型号为JSM－6701F的场发射扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）测试分析样品的形貌。

2 结果与讨论

2.1 点火温度对样品发光性能的影响

在箱式电阻炉不同温条件下，分别对同一配方（Eu2＋掺杂浓度为8at%，尿素用量为理论值的1.5倍）的5个试样进行燃烧法合成，炉温300～700℃范围内，每隔100℃进行一次燃烧合成实验，当点火温度为300℃时，没有燃烧现象，当炉温在400～700℃范围内，均可以观察到燃烧现象，合成的产物均能在紫外线的激发后，发出较强的蓝色光，如图1所示。

图1 不同点火温度下合成CaAl2O4：Eu2＋的发射光谱

从图中光谱（354nm激发）可以看出，随着点火温度升高发光强度变大，但发射峰的峰位并没有随点火温度的改变而移动，还是在440nm。炉温为600℃时产物的发光强度最大，700℃时又呈下降趋势。这可能是温度过高时，即700℃燃烧反应速度过快，使得热量被瞬间产生的大量气体带走，参与反应热能量降低，同时降低了结晶性能，从而导致发光降低。

2.2 尿素用量不同对样品发光性能的影响

不同尿素用量时合成CaAl2O4：Eu2＋的发射光谱（354nm激发）如图2所示。

从图中可以看出，随着尿素用量增加发光强度变大，但发射峰的峰位并没有随尿素用量的改变而移动，还是在440nm。尿素用量为理论用量的0.5倍时不发光，而在1～2倍理论用量范围内制得的产物发光强度较大，尤以尿素用量为1.5倍时产物的发光强度最大。尿素用量在2倍以上时发光强度又下降，这是因为尿素过量时，反应产生大量的气体带走大量的热，导致合成温度降低。

图2 不同尿素用量时合成CaAl2O4：Eu2＋的发射光谱

从样品的外观来看，尿素用量选为理论用量的1.5倍比较适宜，这时制得的样品不但疏松、硬度小、粒度细小，膨化最好。

2.3 稀土掺杂浓度对发光样品性能的影响

不同浓度Eu2＋掺杂下合成CaAl2O4：Eu2＋的发射光谱（354nm激发）如图3所示。

图3 不同浓度Eu2＋掺杂下合成CaAl2O4：Eu2＋的发射光谱

从图3可见，通过对CaAl2O4基质掺杂不同浓度的Eu2＋离子，样品的相对发光强度发生变化，但发射峰的峰位并没有随Eu2＋浓度的改变而移动，还是在440nm。当激活剂浓度过低时，发光中心数量较少，发光强度较低，随着浓度加大，发光中心数量增加，在被紫外线辐射时产生更强的蓝光，在浓度为8at%时发光强度最强，但浓度超过8at%时，又会产生浓度猝灭，使发光强度降低，所以Eu2＋的掺杂量应在8at%为宜。

2.4 样品的XRD图

点火温度为600℃、尿素用量为理论用量的1.5倍，Eu2＋浓度为8at%时的 CaAl2O4：Eu2＋的XRD谱如图4所示。

图4 样品的XRD谱

从图中可以看出，其主峰值与JCPDS卡片23－1036比对，合成的基质主晶相为CaAl2O4。

2.5 CaAl2O4：Eu2＋的激发与发射光谱

CaAl2O4：Eu2＋样品的光谱如图5所示。

图5 样品的光谱

图中表明样品在354nm能够有效地被激发，440nm为发射光谱的最强峰。位于354nm的激发峰的产生是由于 Eu2＋的4f7（8S7／2）→4f65d（T2g）的基态跃迁，而440nm发射峰对应的是Eu2＋的4f65d→4f7的跃迁，属于蓝光发射。

2.6 SEM 分析

点火温度为600℃，尿素用量为理论用量的1.5倍，Eu2＋浓度为8at%时的 CaAl2O4：Eu2＋的SEM图如图6所示。

图6 纳米CaAl2O4：Eu2＋ 的SEM

由图6可知，得到的粉体颗粒尺寸分布在20nm左右，粉体的分散性较好。

3 结 语

采用低温燃烧法制备了PDP用蓝光CaAl2O4：Eu2＋。样品具有优异的光学性质，且点火温度、尿素用量、Eu2＋浓度对样品性能有很大影响。样品的发光峰值位于440nm，对应的是Eu2＋的4f65d→4f7的跃迁，属于蓝光发射。而激发峰位于354nm，其产生是由于Eu2＋的4f7（8S7／2）→4f65d（T2g）的基态跃迁。CaAl2O4：Eu2＋粉体颗粒尺寸分布在20nm左右，并且粉体的分散性较好。

[1]徐高文，秦建康.平板显示器件对彩色显像管的影响分析[J].液晶与显示，2003，16（7）：68－71.

[2]曹允.大屏幕彩色PDP的驱动方法与实现[J].液晶与显示，2003，1（4）：290－297.

[3]Chang－Hong Kim，II－Eok kwon.Phosphors for plasma display panels[J].J.Alloys and Compounda，2000，3（11）：33－39.

[4]胡文波.彩色等离子平板显示用发光材料[J].真空电子技术，1998，13（3）：32－36.

[5]Tanaka S，Ozaki I.Blue emitting CaAl2O4：Eu2＋phosphors for PDP application[J].J.Lumi.，2000，87289：1250－1253.

[6]刘行仁，王晓军，谢宜华，等.PDP，FED及LED发光材料最新发展[J].液晶与显示，1998，13（3）：155－161.

[7]杨应国，袁曦明，王永钱，等.纳米蓝粉 CaAl2O4：Eu2＋的制备与研究[J].液晶与显示，2005，20（3）：220－224.

[8]Zhang Junying，Zhang Zhongtai，Tang Zilong，et al.Synt hesis and characterization of BaMgAl10O17：Eu2＋phosphors derived by sol－gelprocessing[J].Powder Technology，2002，126：161－165.

[9]王惠琴，张磊，马林，等.燃烧法快速合成铝酸惚铺及其发光性能[J].复旦大学学报：自然科学版，1997，36（1）：65－69.

[10]刘淼，崔启征，王进贤，等.静电纺丝技术制备二氧化铈纳米纤维[J].长春工业大学学报：自然科学版，2008，29（6）：661－665.

[11]李岳，米晓云，季洪雷，等.低温燃烧合成无机化合物的研究进展[J].长春理工大学学报：自然科学版，2007，30（2）：90－93.