CN102020986A - 一种硅酸盐绿色荧光粉及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种硅酸盐绿色荧光粉及其制备方法，该荧光粉的化学组成为:M¹ _xZn_2-2x-yM² _xSiO₄:Mn_y，其中M¹为Li，Na，K中的一种或几种组合；M²为Al，Ga，Y，Sc，Gd，La，Lu中的一种或几种组合，0.001≤x≤0.5，0.005≤y≤0.2。按上述化学组成称量原料和助熔剂，并充分混合均匀，然后在1100℃~1400℃、并在还原气氛下焙烧2~6小时即得到该荧光粉。所述荧光粉可被147nm~365nm范围的真空紫外或紫外光的激发下发射波长为510nm~540nm范围的绿色荧光，其余辉时间短，发光亮度高，稳定性好，可作为等离子显示器用绿色荧光粉。

Description

一种硅酸盐绿色荧光粉及其制备方法

技术领域

本发明属于稀土发光材料领域，具体涉及一种硅酸盐绿色荧光粉及其制备方法，该荧光粉可作为等离子平板显示器（PDP）用绿色荧光粉。

背景技术

等离子平板显示器（PDP）具有屏幕大、视角宽、清新度高、图形逼真、刷新速度快等优点，受到人们的广泛关注。近年来3D显示技术的兴起，彩色PDP由于优异的3D显示性能而迅速发展。随着人们对PDP显示性能的要求越来越高，对PDP荧光粉相应地提出了更高的要求。目前，PDP用三基色荧光粉主要有：(Y,Gd)BO₃:Eu³⁺，YBO₃:Eu³⁺，Y(P,V)O₄:Eu³⁺等红粉；Zn₂SiO₄:Mn²⁺和YBO₃:Tb³⁺等绿粉和BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺，BaMgAl₁₄O₂₃:Eu²⁺，Y₂SiO₅:Ce³⁺和LaPO₄:Tm³⁺等蓝粉。其中，绿色荧光粉主要采用的是Zn₂SiO₄:Mn²⁺，具有生产成本低和发光效率高等特点，但是其余辉时间过长达13ms，造成图像的托尾现象，不能较好地满足PDP快速响应，动态图像清晰的要求。

为了降低Zn₂SiO₄:Mn²⁺的余辉时间，尤洪鹏等人采用提高Mn²⁺掺杂浓度，利用浓度淬灭效应来减少的余辉时间（发光学报,Vol.21, No.4, 2000:349-352），但是这种方法相应地会使Zn₂SiO₄:Mn²⁺在真空紫外下的发光强度下降很多。中国专利CN1330737C公开了一种体系(Zn, A)₂SiO₄:Mn²⁺绿粉，采用的方法是用碱土金属部分取代Zn。

发明内容

本发明针对Zn₂SiO₄:Mn²⁺体系绿色荧光粉存在余辉时间较长这一缺陷，提供一种缩短其余辉时间的解决方案。具体方法是采用Al等三价元素和Li等一价元素部分取代Zn₂SiO₄:Mn²⁺中的Zn元素，改善发光中心Mn²⁺周围的晶体场环境，使Mn与Mn之间的能量转递减少，从而达到缩短其余辉时间的目的。因此本发明能在不使Zn₂SiO₄:Mn²⁺体系绿色荧光粉的发光强度大幅降低的前提下缩短其余辉时间，应用于PDP显示器上可提升其快速响应，动态显示的清晰度等性能。此外，本发明还提供了一种制备该硅酸盐绿色荧光粉的合成方法。

一种硅酸盐绿色荧光粉，其化合物的化学组成为： M¹ _xZn_2-2x-yM² _xSiO₄:Mn_y，其中M¹为Li，Na，K中的一种或几种组合；M²为Al，Ga，Y，Sc，Gd，La，Lu中的一种或几种组合，0.001≤x≤0.5，0.005≤y≤0.2。

该硅酸盐绿色荧光粉的制备包含以下步骤：

1）按M¹ _xZn_2-2x-yM² _xSiO₄:Mn_y的化学组成称量反应原料：原料可以是其氧化物、碳酸盐、氢氧化物、草酸盐和硝酸盐等能在高温下分解产生该元素氧化物的物质；

2）将上述原料充分混合均匀，然后放入高温炉，在1100℃~1350℃空气中焙烧1~5小时；

3）将步骤2）得到的产物研磨均匀，然后再在1150℃~1300℃保护性气氛中焙烧1~5小时；

4）将步骤3）得到的产物经球磨、分筛、洗涤、分级、烘干处理后即获得该荧光粉。

其中步骤3）中的保护性气氛为炭块、一氧化碳、氮气、氮气和氢气的混合气体中一种提供的保护性气氛。

附图说明

图1为本专利实施实例1的激发光谱。

图2为本专利实施实例1的发射光谱。

具体实施方式

以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例，凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施实例1：

分别称量分析纯的Li₂CO₃ 0.02mol，ZnO 1.86mol，Al₂O₃ 0.02mol，SiO₂ 1.1mol和MnCO₃ 0.06mol作为原料；将原料充分混合均匀，再将混合均匀的配料置于坩埚中，加上盖子，放入高温炉中在1200℃焙烧2小时后，自然冷却；等冷却至室温时取出，研磨均匀，再在1250℃，通入95%N₂-5%H₂还原气氛下焙烧3小时；然后将焙烧的产物经球磨、分筛、洗涤、分级、烘干处理后即得到化学组成为Li_0.04Zn_1.86Al_0.04SiO₄:Mn_0.06的样品，其激发光谱和发射光谱分别如图1和图2所示。

比较实施实例1

为了考察本发明的技术方案对Zn₂SiO₄:Mn²⁺余辉时间的明显缩短，我们按照实施实例1的制备方法，称量ZnO 1.94mol， SiO₂ 1.1mol和MnCO₃ 0.06mol作为原料，合成了不添加一价碱金属和三价金属元素的化学组成为Zn_1.94SiO₄:Mn_0.06对比样品。

测试实施实例1~7和比较实施实例1在147nm真空紫外激发下的相对亮度和余辉时间，其中实施实例1~7样品的相对亮度均以比较实施实例1的亮度为参考值100，详见表一。从表一中相对亮度和余辉时间的数据可以看出，比较实施实例1相对亮度最大，但是其余辉时间也最长，而实施实例1~7的相对亮度均在95左右，且余辉时间小于5ms，因而本发明能在相对亮度损失不大的条件下能有效缩短Zn₂SiO₄:Mn²⁺绿色荧光粉的余辉时间。

实施实例2：

分别称量分析纯的Na₂CO₃ 0.025mol，ZnO 1.83mol，Ga₂O₃ 0.025mol，SiO₂ 1.15mol和MnCO₃ 0.07mol作为原料，制备方法与实施实例1相同，得到组成为Na_0.05Zn_1.83Ga_0.05SiO₄:Mn_0.07的样品。

实施实例3：

分别称量分析纯的K₂CO₃ 0.03mol，ZnO 1.83mol，Y₂O₃ 0.03mol，SiO₂ 1.05mol和MnCO₃ 0.05mol作为原料，制备方法与实施实例1相同，得到组成为K_0.06Zn_1.83Y_0.06SiO₄:Mn_0.05的样品。

实施实例4：

分别称量分析纯的Li₂CO₃ 0.04mol，ZnO 1.78mol，Gd₂O₃ 0.04mol，SiO₂ 1.05mol和MnCO₃ 0.06mol作为原料，制备方法与实施实例1相同，得到组成为Li_0.08Zn_1.78Gd_0.08SiO₄:Mn_0.06的样品。

实施实例5：

分别称量分析纯的Na₂CO₃ 0.03mol，ZnO 1.83mol，Sc₂O₃ 0.03mol，SiO₂ 1.1mol和MnCO₃ 0.05mol作为原料，制备方法与实施实例1相同，得到组成为Na_0.06Zn_1.83Sc_0.06SiO₄:Mn_0.05的样品。

实施实例6：

分别称量分析纯的Li₂CO₃ 0.035mol，ZnO 1.79mol，La₂O₃ 0.035mol，SiO₂ 1.06mol和MnCO₃ 0.07mol作为原料，制备方法与实施实例1相同，得到组成为Li_0.07Zn_1.79La_0.07SiO₄:Mn_0.07的样品。

实施实例7：

分别称量分析纯的K₂CO₃ 0.03mol，ZnO 1.82mol，Lu₂O₃ 0.03mol，SiO₂ 1.08mol和MnCO₃ 0.06mol作为原料，制备方法与实施实例1相同，得到组成为K_0.06Zn_1.82Lu_0.06SiO₄:Mn_0.06的样品。

表一  实施实例1~9和比较实施实例1样品的相对亮度和余辉时间

Claims (6)

1.一种硅酸盐绿色荧光粉， 其特征在于该荧光粉的化学组成为：M¹ _xZn_2-2x-yM² _xSiO₄:Mn_y，其中M¹为Li，Na，K中的一种或几种组合；M²为Al，Ga，Y，Sc，Gd，La，Lu中的一种或几种组合，0.001≤x≤0.5，0.005≤y≤0.2。

2.根据权利要求1所述的硅酸盐绿色荧光粉，可在147nm~365nm范围的真空紫外或紫外光的激发下发出波长为510nm~540nm范围的绿色荧光。

3.根据权利要求1或2所述的硅酸盐绿色荧光粉，其余辉时间为2ms~8ms。

4.一种制备权利要求1所述的硅酸盐绿色荧光粉的方法，其特征在于由以下步骤完成：

1）按权利要求1所述的化学组成称量化学计量比的原料：原料可以是其氧化物、碳酸盐、氢氧化物、草酸盐和硝酸盐等能在高温下分解产生该元素氧化物的物质；

2）将上述原料充分混合均匀，然后放入高温炉，在1100℃~1350℃空气中焙烧1~5小时；

3）将步骤2）得到的产物研磨均匀，然后再在1150℃~1300℃保护性气氛中焙烧1~5小时；

4）将步骤3）得到的产物经球磨、分筛、洗涤、分级、烘干处理后即获得该荧光粉。

5.根据权利要求4所述的一种制备硅酸盐绿色荧光粉的方法，其特征在于步骤3）中的保护性气氛为炭块、一氧化碳、氮气、氮气和氢气的混合气体中一种提供的保护性气氛。

6.一种权利要求1~2任一项所述的硅酸盐绿色荧光粉的用途，该荧光粉可作为等离子平板显示器用的绿色荧光粉。

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