荧光粉的合成与应用简介

李 豆

一、荧光粉的发展:

荧光粉是一种具有特殊晶体结构的发光材料。通常可分为光致发光荧光粉和带有放射性的荧光粉两类。光致发光荧光粉是指在受到光照射后，荧光粉把能量储存起来，停止照射后，再以荧光的方式释放出来，持续时间可达十几小时;而利用放射性物质激发发光的荧光粉，发光时间长，但带有一定毒性且会造成环境污染等。

荧光灯和荧光粉出现在19世纪初，是人们在研究放电发光现象的过程中开发出来的。当时的荧光灯发光效率低并有毒性。1942年，A.H.麦基格发明卤磷酸钙荧光粉并用在荧光灯内，这种粉发光效率高、无毒、价格便宜，在照明领域引起了一次革命。1974年，荷兰的范尔斯泰亨等合成了发射峰值分别在三基色(波长为450nm、550nm和610nm)范围内的三种稀土荧光粉，大大提高了灯的发光效率，使荧光灯有了新的突破。

二、荧光粉的合成方法

合成荧光粉的方法有多种，常用的有:高温固相法，微波辐射法，溶胶凝胶法，燃烧法，水热合成法，共沉淀法和熔盐法等。

高温固相法是在按一定计量比称量的合成物质中加入定量的助溶剂，补偿剂，再将其充分研磨均匀，然后在一定的温度、时间等条件下进行焙烧，所得产品经粉碎等处理得到所需产品。这种方法操作简单，容易实现批量生产。但荧光粉粒度较大，研磨时易引入杂质，会有成分偏析的现象，从而会降低发光效率，若灼烧温度偏高，则会烧结严重在最后研磨时会破坏激活剂所在的晶格位置从而导致发光效率的降低。

微波辐射法则是利用微波炉发出的微波，再通过吸收介质传递给反映体系，使温度迅速升高至所需温度，在较短时间内完成反应。这种辐射加热温度上升快，大大缩短了反应时间，避免了煅烧过程中晶粒长大、团聚等不良影响。但此法要求反应原料要能吸收微波的作用，这在一定程度上限制了它的应用。

溶胶凝胶法是一种能在低温或温和条件下进行的软化学合成方法。它首先是将金属盐等原料溶解在溶液中，然后经过水解反应再进行聚合，成为溶胶，经过千燥后成具有一定空间结构的凝胶，再经焙烧、粉碎等处理后得到所需要产品。这种方法的得到的荧光粉纯度高，颗粒均匀，反应容易进行，温度低。但其所需原料成本相对较高，溶液PH值、粘度等反应条件难以控制。

燃烧法以金属阳离子的硝酸盐作为氧化剂，加入适量络合剂、燃料，再充分混合均匀，反应启动后，立即释放的巨大能量用于加热反应物，支持进一步的反应。此方法瞬间能达到几千度的高温，在极短时间内完成反应，得到的产物纯度较高，颗粒尺寸小，相对发光亮度较高。但燃烧剂、助燃剂过量或操作不当会致反应失败或出现爆炸危险。

水热合成法是在一定温度和压力条件下利用水溶液中物质化学反应所进行的合成方法。在水溶液中离子混合均匀;水随温度升高和自生压力增大，变成一种气态矿化剂，具有非常大的解聚能力，其间化学反应快，得到的粉末形貌规则，不团聚。能得到纯度较高的结晶粉末。但水热法对仪器要求较高。

共沉淀法是在混合金属盐溶液中加入沉淀剂，在沉淀剂所释放的沉淀离子作用下，各组分充分均匀的混合沉淀，然后再对沉淀物进行加热分解，获得产物。这种方法对设备要求不高，操作简单。得到的粉末不结团，粒径小，分布均匀。但溶液离子浓度，溶液酸碱度等对产物形貌均匀性都会产生影响，控制条件较多。

熔盐合成法以低熔点的盐类做为高温溶剂，使反应物溶解在熔盐中，因为合成过程中液相的出现，溶质在熔盐中高速移动，大大缩短了反应时间。此方法与常规固相法比较，其工艺简单、合成温度低、合成的粉体结构均匀、物相纯度高。

三、荧光粉的应用

荧光粉可用于日光灯、节能灯、LED灯与显示屏、老式电视机及彩色显示器，PDP电视，锈蚊的黑光灯，应急指示牌，公路上的指示标记染料，复印机等。

荧光粉具有热稳定性好、安全环保的特点，适用於各种白光，可调节出不同的红色，蓝色，黄色等等的色彩。

节能灯中的荧光粉主要是三基色荧光粉，它由三种稀土材料按一定比例混合而成，其发光效率比普通白炽灯高两倍以上。目前我国家庭照明中，节能灯仅占7%，未来的需求应该是很大的。

将荧光粉材料涂于发光二极管(LED)上可以产生白光光源，这也是近年来在照明领域兴起的半导体照明。它具有环保、长寿、高效节能、结构简单安全性好等特点。可成为新的照明电光源。

用于诱杀虫害的黑光灯是利用峰值为350nm的紫外荧光粉。复印灯则根据所用的感光体或光电面的不同谱线，选择不同的荧光粉，如重氮复印灯选用焦磷酸锶(Sr2P2O7:Eu)，而静电复印灯则用镓酸镁(MgGa2O4:Mn)和硅酸锌(Zn2SiO4:Mn)等。

在实际生活中，人们也可用荧光粉制成弱照明光源。可将荧光粉涂在仪表、钟表、机器上各种开关标志或门的把手等处，也可用各种透光塑料一起压制成各种符号、部件、或电源开关、插座等。这些发光部件在夜间仍持续发光，为人们的工作和生活带来方便。若把荧光粉材料掺入纺织品中，则可制成有夜光的纺织品，晚上穿在身上，可提高人的安全性，减少交通事故。(作者单位:南京信息职业技术学院)

［1］童义平，严嘉燕CaAI12Ol9:xMn4+红色荧光粉的合成及发光研究.光谱学与光谱分析，2014年12月第34卷，第12期

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［3］刘娟，王 玮，周立亚.MAI204:Eu3+红色荧光粉的制备及其发光性质研究.广西大学学报:自然科学版，2014年6月，第39卷，第3期

［4］文小强，王玉香，周健，袁德林，郭春平.熔盐法合成红色荧光粉Ca-WO4:Eu及其发光性能的研究.中国矿业，2014年10月，第29卷，第5期