溶膠－凝膠－燃燒法合成納米Ｙ₂Ｏ₃∶Ｅｕ³⁺紅色熒光粉

【摘要】 采用甘氨酸為助燃劑用溶膠－凝膠－燃燒法合成超細(xì)Y₂O₃∶Eu³⁺紅色熒光粉。

【關(guān)鍵詞】 Y₂O₃∶Eu³⁺;溶膠－凝膠－燃燒法;熒光粉

【中圖號】 O614.3;TQ133.2 【文獻(xiàn)標(biāo)示碼】 A 【文章編號】 1005-1074(2008)12-0100-01

Y₂O₃∶Eu³⁺是陰極射線和紫外輻射激發(fā)的高效紅色發(fā)光材料，自1974年應(yīng)用于三基色熒光燈以來，至今仍是燈用三基色熒光粉首選的紅色組分.現(xiàn)商用的Y₂O₃∶Eu³⁺多采用高溫固相反應(yīng)合成，粒徑一般為3～13μm。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，一些新型光源對發(fā)光材料的性能指標(biāo)提出了更高的要求.冷陰極熒光燈具有小型、高亮度、長壽命、耗電少等優(yōu)點，作為液晶顯示的背景光源已廣泛應(yīng)用。冷陰極燈的管徑僅1～4mm，并有更細(xì)化的趨勢.它要求熒光粉的粒徑比現(xiàn)商用的熒光粉更細(xì)，并具有高發(fā)光效率和高穩(wěn)定性.實驗表明，對商用Y₂O₃∶Eu³⁺紅粉用球磨破碎或氣流破碎的方法至粒徑1μm左右時，由于晶體表面造成嚴(yán)重的破損使發(fā)光效率大幅度降低，光衰顯著增大，難以符合要求，超細(xì)熒光粉的研制已經(jīng)成為一個十分迫切的課題。

合成超細(xì)Y₂O₃∶Eu³⁺紅色熒光粉已有許多報道，主要有燃燒合成法、溶膠凝膠法、稀土羧酸配合物快速熱分解法、噴霧熱分解法等.這些方法獲得了納米級或亞微米級的Y₂O₃∶Eu³⁺，但所得Y₂O₃∶Eu³⁺發(fā)光亮度或比目前的商用品低許多，或未有關(guān)于發(fā)光亮度的報道.本文采用甘氨酸為助燃劑用溶膠－凝膠－燃燒法合成Y₂O₃∶Eu³⁺紅色熒光粉，討論了合成條件與Y₂O₃∶Eu³⁺粒度和發(fā)光亮度的關(guān)系，觀察到合成的Y₂O₃∶Eu³⁺比常規(guī)固相反應(yīng)法合成的Y₂O₃∶Eu³⁺激活劑Eu³⁺的臨界濃度高得多，獲得了平均粒徑小于1μm，發(fā)光亮度與現(xiàn)商用品相當(dāng)?shù)膩單⒚准塝₂O₃∶Eu³⁺紅色熒光粉。

1 實驗部分

1.1試劑 實驗所用Y₂O₃、Eu₂O₃為99.99%，甘氨酸、硝酸、氨水等為分析純。

1.2 樣品制備 在通風(fēng)廚中按一定比例將Y₂O₃，Eu₂O₃溶于硝酸中，將甘氨酸溶于蒸餾水，兩者充分混合后用電爐加熱蒸發(fā)水分，可觀察到水溶液沸騰，水分逐漸蒸發(fā)，體系逐漸呈粘稠狀，實際呈一種溶膠狀態(tài)，并開始發(fā)泡.繼續(xù)加熱，水分基本蒸干時，十幾分鐘后溶液變成了膠狀，將它放在馬沸爐中繼續(xù)加熱，在500度左右，硝酸鹽和尿素同時分解，放出棕色煙霧，氣體把氧化物鼓成泡沫狀白色物質(zhì)。棕色煙消失后，停止加熱，自然冷卻到室溫。用紫外燈照射產(chǎn)品，觀察到有粉紅色熒光。其中甘氨酸作為還原劑和助燃劑，NO₃₊作為氧化劑，進(jìn)行放熱氧化-還原反應(yīng).由甘氨酸和硝酸鹽的比值，可得到一系列不同溫度逐漸改變的火焰，改變火焰的溫度，可制備出不同粒徑的Y₂O₃∶Eu³⁺納米材料，最小達(dá)5nm。通過控制初始反應(yīng)物的比例，可得到不同摻雜濃度的Y₂O₃∶Eu³⁺納米樣品，反應(yīng)產(chǎn)生高溫，并放出大量氣體，生成疏松的潔白泡沫狀產(chǎn)物，整個燃燒過程在數(shù)十秒內(nèi)完成。

1.3 實驗原理 甘氨酸燃燒法制備納米Y₂O₃∶Eu³⁺的化學(xué)反應(yīng)方程式:Y₂O₃+ 6HNO₃→2Y(NO₃)₃+3H₂OEu₂O₃+6HNO₃→2Eu(NO₃)₃+3H₂O6Y(NO₃)₃+10H₂NCH₂COOH+18O₂→2Y₂O₃+20CO₂+5N₂+25H₂O+18NO₂6Eu(NO₃)₃+10H₂NCH₂COOH+18O₂→2Eu₂O₃+20CO₂+5N₂+25H₂O+18NO₂

利用甘氨酸為助燃劑，讓金屬硝酸鹽溶液在加熱的條件下，讓大量水分蒸發(fā)后繼續(xù)加熱使其發(fā)生燃燒，燃燒時產(chǎn)生的氣流猛烈沖擊使反應(yīng)液分散成小液滴，在高溫下蒸發(fā)去剩余水分的同時，液滴中的非揮發(fā)成分團(tuán)聚生長成晶粒，燃燒溫度越高，氣流越猛烈，液滴分散得越小，液滴干燥后剩下的非揮發(fā)成分越少，產(chǎn)物的顆粒越小，但溫度高，晶粒的團(tuán)聚生長速度也加快，因此最終產(chǎn)物粒子的大小，是上述兩種相反因素的共同作用結(jié)果。對不同物種，兩種因素所起作用大小是不同的，納米Y₂O₃晶粒尺寸隨火焰溫度升高而增大，是后一種因素起主導(dǎo)作用。因此可以通過調(diào)節(jié)甘氨酸與硝酸鹽比值控制燃燒火焰的溫度來控制晶粒尺寸。本實驗的特點:內(nèi)容新，方法簡單，操作方便現(xiàn)象明顯，可直接觀察到;時間短，一般的合成實驗都需要較長時間，但此實驗只用30～90分鐘即可得到產(chǎn)品;綜合性強(qiáng)，涉及實驗操作和原理較多，例如：準(zhǔn)確稱量，溶液配制，硝酸鹽分解，凝膠自燃，有機(jī)助燃劑甘氨酸助燃原理，納米微粒形成原理，及物質(zhì)的熒光發(fā)光原理，硝酸根分析檢測方法及原理等知識與技能，綜合性強(qiáng)，成功率高，而且在一般大學(xué)化學(xué)實驗室都能夠完成。

2 結(jié)果與討論

①實驗室根據(jù)甘氨酸和硝酸鹽的比值不同可以生成不同粒徑的Y₂O₃∶Eu³⁺最小的粒徑可達(dá)5nm，經(jīng)測試不同粒徑的Eu³⁺中發(fā)光的主要激發(fā)帶是250nm左右的Eu³⁺電荷遷移態(tài)(CTS)吸收.②通過控制初始反應(yīng)物的比例，可得到不同摻雜濃度的Y₂O₃∶Eu³⁺納米樣品，經(jīng)測試不同摻雜濃度的Y₂O₃∶Eu³⁺納米樣品其發(fā)射峰都在611nm左右。③該合成方法簡單方便，成本低，合成的產(chǎn)品發(fā)光效果好，合適商品化。

3 參考文獻(xiàn)

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