共沉淀法合成PDP用铝酸盐基质荧光粉的研究

摘要

等离子显示器(PDP)用荧光粉及其合成技术是当前发光材料领域研究的热点之一。与普通灯用荧光粉相比，PDP荧光粉除了需具有良好的发光特性外，对粒径、分散性，以及颗粒形貌等特性提出了更高的要求，要求荧光粉粒径在1～3μm，且分散性良好。铝酸盐在PDP荧光粉中占据了重要地位，绿粉和蓝粉多为铝酸盐基质。但目前PDP用铝酸盐基质荧光粉均使用高温固相反应法合成，需要经过1400℃以上的高温焙烧，合成出的荧光粉存在团聚严重、粒径粗大等缺陷，要经过球磨分散等过程来降低荧光粉粒径，而球磨会破坏荧光粉颗粒表面导致发光亮度等性能下降，严重时下降幅度达20～30％。因此，针对PDP的要求，如何获得荧光粉的细粒径和高发光性能的统一，是研究人员所追求的目标，也是一直难以解决的难题。 本文独创性地开发出一种使用共沉淀法合成小粒径兔球磨铝酸盐荧光粉的新技术，成功合成出物相纯净、粒径适宜、分散性良好的PDP用铝酸盐基质荧光粉，实现了PDP荧光粉的细粒径和高发光性能的统一。本文的研究解决了共沉淀法合成铝酸盐荧光粉时的铝盐沉淀、荧光粉分散性、颗粒大小和形貌控制等一系列技术难题。 Al<'3+>在沉淀时易形成胶状沉淀，这也是共沉淀法制备铝酸盐类荧光粉时需要解决的首要问题，决定了该法是否能制备出分散的荧光粉。本文通过碳酸铝铵晶型沉淀法解决了该一难题。为控制最终α-Al<,2>O<,3>颗粒的大小和形貌，改善粉末分散性，本文自行配制了晶体生长促进剂。研究了碳酸铝铵的沉淀条件和热分解过程，分析了促进剂对碳酸铝铵热分解过程和α-Al<,2>O<,3>晶体生长过程的影响。通过调节促进剂的加入量，制备出颗粒为圆片或六角片状、粒径约1～2μm、厚度约0.2～0.3μm的α-Al<,2>O<,3>粉末，分散性良好。对制备出的α-Al<,2>O<,3>颗粒进行了电子衍射分析和计算机模拟验证，结果表明，该片状α-Al<,2>O<,3>颗粒为单晶体，其水平表面为(0001)面，其侧柱面为(1010)。 在沉淀法制备碳酸铝铵及小粒径规则外形氧化铝粉末的基础上，本文探索了共沉淀法直接合成小粒径铝酸盐基质蓝色和绿色荧光粉技术。 通过试验研究，成功解决了Ba<'2+>，Al<'3+>，及Mn<'2+>的共沉淀条件，对共沉产物的高温煅烧分解过程进行了分析，并讨论了BaAl<,12>O<,19>的单相合成问题：研究了促进剂对BaAl<,12>O<,19>物相生成过程的影响，成功控制了荧光粉的粒径及颗粒形貌，制备出结晶好、粒径细小且分散性好的BaAl<,12>O<,19>：Mn<'2+>荧光粉，颗粒呈六角片状，粒径约1～2μm。荧光粉合成温度比高温固相法降低了300～400℃。真空紫外光(VUV)激发下该荧光粉样品的相对亮度约为国外商用PDP绿粉的90％左右，色坐标x=0.1454，y=0.7546。 通过研究，成功解决了Ba<'2+>，Al<'3+>，Mg<'2+>及Eu<'2+>的共沉淀条件和BaMgAl<,10>O<,17>的单相合成等问题。研究了促进剂对共沉产物的高温煅烧分解过程、物相生成及晶体生长的影响，成功控制了铝酸盐蓝色荧光粉的粒径及颗粒形貌，制备出结晶完善、粒径细小、分散性良好、外形规则的BaMgAl<,10>O<,17>：Eu<'2+>荧光粉，颗粒呈六角片状，粒径约1～2μm。对制备出的BAM颗粒进行了电子衍射分析和计算机模拟验证，结果表明，该片状颗粒为单晶体，其水平表面为(0001)面，其侧柱面为(1010)。加入促进剂后，荧光粉合成温度比高温固相法降低了300～400℃。合成出的蓝色荧光粉在VUV激发下的相对亮度为国外商用PDP蓝粉的108％，色坐标x=0.1422，y=0.1000，满足PDP显示的要求。另外，本文还对促进剂作用下六铝酸盐晶体的生长方式进行了分析与讨论。与高温固相反应法相比，本技术具有无需球磨分散、合成温度低等明显优势，这一技术突破后，可望成为铝酸盐类荧光粉的主流合成技术。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章序

第二章文献综述

2.1等离子体显示屏及其荧光粉的发展

2.2 PDP用铝酸盐基质荧光粉的晶体结构和发光特性

2.3 PDP用铝酸盐基质荧光粉的合成技术研究现状

2.4化学共沉淀法合成PDP铝酸盐基质荧光粉的研究状况

2.5本章总结及本课题主要研究内容

第三章试验内容及方法

3.1试验内容及路线

3.2性能测试

第四章沉淀法合成结晶碳酸铝铵及规则外形氧化铝的生成

4.1沉淀法制备结晶碳酸铝铵

4.2碳酸铝铵的沉淀反应过程分析

4.3碳酸铝铵的煅烧分解过程

4.4促进剂对碳酸铝铵热分解过程的影响

4.5促进剂对氧化铝颗粒尺寸及形貌的影响

4.6促进剂在氧化铝晶体生长中的作用分析

4.7本章小结

第五章共沉淀法合成PDP用BaAl12O19:Mn2+绿色荧光粉

5.1 Ba2+，Al3+，Mn2+离子的共沉淀

5.2共沉淀产物的煅烧分解及高温合成

5.3促进剂对BaAl12O19颗粒尺寸及形貌的影响

5.4 VUV激发下BaAl12O19:Mn2+绿色荧光粉的发射光谱

5.5本章小结

第六章共沉淀法合成PDP用BaMgAl10O17:Eu2+蓝色荧光粉及促进剂作用下铝酸盐晶体的生长

6.1 Ba2+，Al3+，Mg2+，Eu2+离子的共沉淀

6.2促进剂对BAM共沉物煅烧分解及高温合成过程的影响

6.3 VUV激发下BAM蓝色荧光粉的发射光谱

6.4促进剂作用下六铝酸盐晶体的生长

6.5本章小结

第七章化学共沉淀法与高温固相法合成六铝酸盐荧光粉的的比较

7.1共沉淀法与高温固相法反应生成机制的比较

7.2共沉淀法与高温固相法合成的荧光粉的性能及工艺性、经济成本的比较

第八章结论

展望

致谢

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文与成果