[发明专利]掺锰硅酸锌黄色荧光粉的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种荧光粉，尤其是涉及一种采用低温混合溶剂热反应制备掺锰硅酸锌(Zn₂SiO₄:Mn)黄色荧光粉的方法。

背景技术

根据合成条件的不同作为荧光粉基质的硅酸锌(Zn₂SiO₄)存在不同的晶体结构，如α-Zn₂SiO₄(JCPDS粉末衍射标准卡号：08-0492)为六方相，其单胞参数a＝b＝13.9381c＝9.3100γ＝120°；β-Zn₂SiO₄(JCPDS粉末衍射标准卡号：19-1479)属三斜相，其单胞参数a＝5.100b＝9.9400c＝15.9000和α＝89.99°，β＝96.98°，γ＝119.30°。晶体结构不同的硅酸锌掺杂后具有不同的荧光性质。具有六方晶系的掺锰硅酸锌(Zn₂SiO₄:Mn)其荧光发射谱主峰在525nm，它作为绿色荧光粉具有性能稳定、发光效率高和色泽纯等优点，广泛应用于荧光灯、阴极射线管、等离子平板显示器和医用X射线辐射探测等多方面。

已有不少有关掺锰硅酸锌绿色荧光粉的专利申请，例如中国专利：200410025310.9，200510038370.5，03126899.4，200710017267.1和200610023973.2等。所涉及的制备方法包括高温固相合成法、高温雾化热解法、溶胶-凝胶法和低温共沉淀等湿化学方法。

三斜晶系掺锰硅酸锌(β-Zn₂SiO₄:Mn)荧光发射光谱主峰在560～575nm之间，发黄色荧光，作为一种有效的黄色荧光粉，其制备过程就显得尤为重要。目前它的制备方法仅见于少量科研文献。如(1)Goto等(Nanotechnology 12(2001)547-551)提出硝酸锌、硝酸锰与多孔硅在1050℃高温反应方法；(2)钱逸泰小组(J.Lumin.121(2006)32-38)提出以氯化锌、氯化锰、硅酸钠和十二烷基磺酸钠在乙醇和水的环境中220℃加热144h后快速淬火的制备方法。上述方法(1)由于需要较高的温度，由此得到的荧光粉易发生烧结，颗粒团聚、粒径大且不均匀。使用前需碾碎、球磨等过程可能致使荧光粉表面状态遭到破坏，影响荧光效率。此外，原料如以固态混合，容易造成掺杂离子的聚集而导致自吸淬灭。上述方法(2)所需时间长，其黄色荧光粉的纯度往往受到淬火速度的影响，易引入绿色荧光相。与上述的掺锰硅酸锌黄色荧光粉制备方法相比，混合溶剂热法制备荧光粉，具有制备温度低，制备时间短，掺杂均匀，荧光粉体颗粒分布一致等优点，是制备掺锰硅酸锌黄色荧光粉的一种好方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用混合溶剂热反应，容易实现不同浓度的锰掺杂，所制备的掺锰硅酸锌黄色荧光粉具有颗粒小、粒径均匀、比表面积大、性能稳定等特点的掺锰硅酸锌黄色荧光粉的制备方法。

本发明所述的掺锰硅酸锌黄色荧光粉其化学通式为：Zn_2-xMn_xSiO₄，其中0.01≤x≤0.10。

掺锰硅酸锌黄色荧光粉颗粒小(达到纳米量级)、分布均匀、化学性能稳定、色度纯，无需碾碎、球磨等后续加工，可直接使用。

本发明所述的掺锰硅酸锌黄色荧光粉的制备方法包括以下步骤：

1)将锌盐、锰盐和氢氧化钠用水配制成溶液；

2)按化学通式Zn_2-xMn_xSiO₄中的化学计量比称取二氧化硅纳米粉、锌盐和锰盐溶液，加入有机溶剂、水合肼和氢氧化钠溶液后超声分散成悬浮液；

3)将悬浮液置于反应釜中反应，得掺锰硅酸锌黄色荧光粉。

锌盐可以是硝酸锌、乙酸锌或高氯酸锌等易溶于水的含氧锌盐，锰盐可以是氯化锰、乙酸锰或碳酸锰等溶于水或微溶于水的锰盐。

按摩尔比，氢氧化钠与锌盐的用量为(1.0～1.5)∶1.0，水合肼与锌盐的用量为(5～12)∶1。

所述的有机溶剂最好为乙二醇，按体积比，有机溶剂与水溶液的用量可为8∶(3～1)，有机溶剂与水溶液的用量最好为8∶2；反应的温度可为180～220℃，反应的时间可为48～120h。反应的温度最好为200℃，反应的时间最好为72h。

本发明具有以下突出优点：

1)反应温度低，掺杂浓度可变(0.01～0.10mol％)。