固相反应法和溶胶凝胶法合成LiLaMgWO6:Eu3+红色荧光粉及其发光性能的表征和比较

固相反应法和溶胶凝胶法合成LiLaMgWO6:Eu3+红色荧光粉及其发光性能的表征和比较

丁乾坤

淄博卓意玻纤材料有限公司  山东省淄博市，256100

摘要：分别采用固相反应法和溶胶凝胶法合成LiLaMgWO6:Eu3+红色荧光粉。通过X射线粉末衍射、扫描电镜以及荧光光谱分析对样品进行表征。通过分析，得到固相法和溶胶凝胶法合成的荧光粉中Eu3+的最佳掺杂量分别为30%和20%。此类荧光粉可以和紫外/近紫外和蓝光芯片相匹配，可潜在的替代近紫外/紫外发光二极管的红色荧光粉。

关键词：固相合成法；溶胶凝胶法；红色荧光粉

引言

      LiLaMgWO6为复合钙钛矿结构，可定量掺杂取代。该物质是钨酸盐体系，是荧光粉良好的基质材料、典型的自激活发光材料[1]。Eu3+离子在红光、纯红光波段有较强的发射光谱，是红色荧光粉中应用最广泛的稀土离子，且Eu3+离子激发钨酸盐的激发光谱与当前LED芯片匹配[2-4]。本文使用Eu3+掺杂LiLaMgWO6的La3+位以达到发光效果。

荧光粉的制备方法有：高温固相反应法、溶胶-凝胶法、燃烧法、水热合成法、共沉淀法、喷雾法等。固相法应用广泛，但反应温度高，反应时间长。制备纳/微米级别的荧光粉时，会选择溶胶凝胶法，此方法得到的荧光粉颗粒均匀，粒度小。合理控制反应条件和适当的辅助剂可得到预期的形貌、粒度等。本文分别以固相法和溶胶凝胶法制备LiLaMgWO6:Eu3+。通过改变Eu3+的掺杂量得到最佳Eu3+用量，并对两种工艺过程进行比较分析。

1 实验

1.1LiLaMgWO6:Eu3+的制备

1.1.1采用固相反应法合成LiLaMgWO6:Eu3+红色荧光粉

使用的试剂Li2CO3(AR)，La2O3(99.99%),碱式碳酸镁(AR),WO3(99.99%),Eu2O3(99.99%),以上试剂均购自国药集团公司。

按化学计量比计算并称量出所需化学药品，研磨均匀。将粉料盛于坩埚中，放入高温炉中于1050℃下加热20h。自然冷却至室温，研磨成粉，得到样品。

1.1.2采用溶胶凝胶法合成LiLaMgWO6:Eu3+红色荧光粉

使用的化学试剂Li NO3(AR)，La(NO3)3(AR)，Mg(NO3)2·6H2O(AR)，钨酸铵(AR)，Eu(NO3)3·6H2O(99.99%)，以上试剂均购自国药集团公司。

按化学计量比称量出钨酸铵的用量，移至烧杯1中加去离子水，80℃下搅拌30分钟至溶解。按化学计量比称量其他药品，放于烧杯2加水搅拌溶解，加入柠檬酸（柠檬酸与烧杯中金属离子的摩尔比2:1）搅拌溶解，烧杯2加氨水调节pH值至10，烧杯1中滴加氨水调节pH值为碱性。将烧杯2中的溶液缓慢滴加于加热搅拌状态的烧杯1中。滴加结束停止加热，继续搅拌1h，于90℃下烘至溶胶状，转移至坩埚移入高温炉中，800℃下加热4h。烧结物研磨成粉，得到样品。

2结果与讨论

2.1X射线衍射与SEM分析

从图1可知，两种方法的衍射峰与标准卡片的谱图（JCPDS:37-0243）相匹配,样品属于单斜晶系，空间群为C/m。由此可得，Eu3+取代La3+得到LiLaMgWO6:Eu3+时，Eu3+引入对其晶体结构无影响。a溶胶凝胶法得到的衍射峰较b得到的峰更尖锐，说明溶胶凝胶法合成的样品结晶度更高。

图1（a）  固相反应法合成的LiLaMgWO6:Eu3+荧光粉的XRD（b） 溶胶凝胶法合成的LiLaMgWO6:Eu3+荧光粉的XRD

2.2荧光光谱分析

从图2中可得，激发峰主要位于395nm和465nm，所以所合成的荧光粉可以与紫外/近紫外和蓝光芯片相匹配。

图2   固相法合成LiLa0.8MgWO6:0.2Eu3+的激发光谱(λem=617nm)

2.3Eu3+掺杂量对荧光粉发光性能的影响

随着Eu3+掺杂浓度变化，发射强度随之变化。起初发射强度随着掺杂量的增加而增加，掺杂量达到20%-30%后，随掺杂量的增加强度开始减弱。因此固相反应法合成LiLaMgWO6:Eu3+荧光粉的最佳掺杂量在20%-30%之间。

溶胶凝胶法合成样品的最佳掺杂浓度为20%。将两种方法最佳掺杂量的样品进行光致发光强度的比较，溶胶凝胶法的样品在发射强度上更占优势。因固相反应法合成的荧光粉在形貌上更不规则，且荧光粉研磨过程中，会破坏荧光粉的表面结构，表面粗糙且形状不规则而影响其发光效果。

3结论

        采用固相反应法合成荧光粉的工艺过程简便成熟，可实现大批量生产；采用溶胶凝胶法合成的荧光粉在工艺过程能耗更小，更环保。通过XRD和SEM的检测比较，较之固相法，溶胶凝胶法合成的荧光粉形貌更规则。通过荧光粉的激发谱图表明LiLaMgWO6:Eu3+荧光粉可与紫外/近紫外和蓝光芯片相匹配。Eu3+的最佳掺杂浓度为20%，此浓度下溶胶凝胶法合成的荧光粉的放光强度远大于固相法合成的荧光粉，故采用溶胶凝胶法合成

LiLaMgWO6:Eu3+荧光粉是有潜力成为应用于白光LED中的红色荧光粉。

参考文献：

[1] 王涛,井艳军,朱月华,王苏,王海波. 白光LED用钨、钼酸盐红色荧光粉的研究进展[J]. 中国照明电器,2008,02:16-20+15.

[2] 孙阳艺,罗思媛,费慧龙,陈洪,尚淑娟,王永钱. 铕掺杂无机红色荧光材料的研究进展[J]. 电子元件与材料,2010,05:75-78.

[3] 张国有,赵晓霞,孟庆裕,等.白光LED用红色荧光粉Gd2Mo3O9:Eu3+的制备和表征[J].发光学报2007(28)1:57~601

[4] 全玉,李庄,唐爱东,黄可龙. 纳米GaOOH及GaOOH:Eu3+荧光粉的水热法合成及光学性能研究[J]. 功能材料,2010,07:1286-1289.