实验24荧光粉Y2O2S∶Eu的高温合成(精)

4. Y2O2S : Eu的合成
取 一 份 煅 烧 后 的 产 品 ， 按 (Y,Eu)2O3 ： S ： Na2CO3 ： K3PO4=100:30:30:5 的质量比配料，在玛瑙研钵中混磨均匀， 装入石英坩埚或者刚玉坩埚中压紧，覆盖适量的硫磺及次 料(即不合格的成品)，加盖，于1150～1250℃下恒温15 min, 高温出炉，冷至室温。用水或浓度2～4mol· L-1的盐酸浸泡 后再用热水洗至中性，抽滤、烘干，即得白色的Y2O2S : Eu 红色发光粉。
2. 制备路线
原料制备,提纯
原料要有很高的纯度。含量极小杂质会使发光材 料发光性能有明显变化。按杂质作用性质可分为：激 活剂、共激活剂、敏化剂、猝灭剂和惰性杂质.所以, 荧光粉的基本原料要经过特殊处理。 发 光 材 料 的 表 示 式 一 般 都 只 写出基质 和激活剂 ，如 Y2O2S：Eu，激活剂的用量很少，一般为基质的10-5～10-2。 除此外,常加有助熔剂,用量为基质的5%～25%,有时还加还原 剂、疏松剂、电荷补偿剂等，配料一般分干法、湿法、半干 湿法等。 基质组分间发生化学反应，从而形成某一晶体的基质； 激活剂进入基质，使它处于基质晶格的间隙或置换晶格原子。 灼烧是形成发光中心的关键步骤。灼烧条件 ( 温度、气氛、 时间等) 直接影响着发光性能的好坏。 包括选粉、洗粉、包裹、筛选等工艺。这 些环节常常直接影响荧光粉的二次特性.
本实验合成的发光材料，是以Eu3+为激活剂离子，其电 子结构能基图、发射和激发光谱见下图，它是发射位于红 色区域的窄带光谱。
Y2O3:Eu3+的发射光谱的吸收光谱（Ex）和 发射光谱（Em） Eu3+的电子能级
Y2O2S:Eu是目前国内外彩色电视机的显像屏采用的
主要红色荧光粉, 是一种高纯度的高温结晶物质,Y2O3S 为发光基质材料,作为传递辐射能量的中间体; Eu是发光 材料的激活剂。 Ce 、 Fe 、 Co 、 Ni 等杂质的含量不得超 过一定的范围，否则将直接影响其发光性能 ( 如光色、 亮度、余辉等)，甚至根本不能发光。
配料
灼烧
后处理
3. 制备反应 Y2O3S∶Eu红粉原料制备的有关反应如下: Y2O3 + Eu2O3 + H+ → Y3+ + Eu3+ + H2O
Δ
Y3+ + Eu3+ + H2C2O4 → (Y,Eu)2(C2O4)3· xH2O (Y,Eu)2(C2O4)3· xH2O → (Y,Eu)2O3 + CO2 + CO + xH2O Na2CO3 + S → Na2S + Na2S + Na2Sx (高温下)
(Y,Eu)2O3 + Na2S + Na2Sx → Y2O2S∶Eu［或(Y,Eu)2O2S］
配料中要加助熔剂K3PO4, 用量是(Y,Eu)2O3 + S + Na2CO3 总质量的5%左右。
三 实验步骤
1. 稀土混合离子溶液的制备
称取1.0 g 的Y2O3，并按Y2O3 : Eu2O3 = 1:(0.062～0.07) 的质量比配好料（实验室可配好一定浓度的 EuCl3溶液， 按计量量取EuCl3溶液体积），滴加4 mol· L-1 HCl，加热， 搅拌，使其刚好溶解，需要时补充少量去离子水。再加 热使过量的HCl回发降低溶液酸度后，用稀氨水将溶液的 pH值调到2～3，并热至80℃待用。
5. 发光材料掺杂量测定
采用等离子发射光谱仪（ ICP ）测定材料中 Eu 的掺杂 量。
6. 发光性能的定性比较和测定
将以上制备的样品，分别置于紫外灯下(365nm)光照， 观察所发光的光色和亮度；
在日立4500 荧光光度仪固体支架上放置样品，对样品 Y2O3:Eu选择265nm激发波长，测定其荧光发射光谱，再以 最强的发射光谱波长（约610 nm），测定其激发光谱。
NORTHWEST UNIVERSITY
化学实验教学中心
实验二十四 荧光粉Y2O2S:Eu的高温合成
一 实验目的
发光材料是一类由基质组分掺杂少量所谓激活剂或 以及敏活剂离子组成的功能材料。材料形态可以是超细 粉体，如磷光粉；也可以呈晶体形态，例如闪烁晶体。 发光材料广泛应用在照明、显示器以及医疗科技等领域。 本实验通过光致发光材料 Y2O2S:Eu 的合成与荧光性 能测定，学习化学沉淀法制备掺杂前驱体化合物、高温 分解制备材料的原理和操作，了解发光材料原理及其研 究进展，学会应用磷光材料发射光谱和吸收光谱的测定 技术。
3. (Y,Eu)2(C2O4)3·χH2O的煅烧 将烘干后的 (Y,Eu)2(C2O4)3·χH2O 放置在石英坩埚或者
刚玉坩埚内，并加盖，移入高温炉内，升温到1000℃并保 温1h，结束以后趁高温出炉。将煅烧产品分为两份，一份 作为红色发光材料Y2O3 : Eu；一份用于进一步制备发光材 料Y2O2S : Eu。
二 实验原理
1. 发光机理 发光材料的发光本质，是由激活剂和敏活剂离子的电子结 构特征来决定的。一般来说，d 区过渡金属离子的发光，源自 其 d 电子产生的d-d；稀土金属离子的发光则源自其 d 电子和 f 电子产生的 d-f 和 f-f 跃迁。由于相同类型电子轨道间的跃迁， d-d 和 f-f 属于自旋禁阻跃迁，故这类发光较弱，而稀土离子的 d-f 则是自旋允许的，所以它们发光较强。另外，尽管基质对 材料的发光没有本质的影响，但它们和激活剂一起决定发光的 性质。一般说，激活剂以及敏活剂离子与基质环境之间作用越 小，发光越接近气态单原子的发光，发射光谱的线性越好，就 成为窄带发光材料；反之，发射带较宽，就是宽带发光材料。
2. (Y,Eu)2(C2O4)3·χH2O的制备 配制10%～15%的草酸溶液20 mL，热至80℃。将草酸 溶液（按化学计量过量5%～10%）慢慢加到上述钇和铕的 酸性溶液中 ( 或者倒过来加 ) ，不断搅拌，至沉淀完毕后再
加入少量草酸。沉淀静置 0.5h 后抽滤或过滤，水洗至中性。 过滤后将沉淀置于蒸发皿中在≤120℃下烘干。
四 结果和处理
1. ICP检测Eu含量（质量分数） 。
2. 荧光观察与光谱测定
紫外灯观察
样品
特征激发峰 (nm)
特征发光峰 ( nm)
(2543∶Eu Y2O2S∶Eu
思考题
1、在荧光材料中，往往含量最多的组分作基质，提供发 光中心的环境，另一种少量的组分起发光作用，称作 激活剂。请问合成荧光粉Y2O2S:Eu时，为什么先要将 其氧化物用酸溶解，加草酸沉淀，然后灼烧？能否 Y2O3 和 Eu2O3 按计量比直接固体混合、研磨后进行灼 烧？比较这两种情况下制成的荧光粉发光性能好坏。 2、K3PO4· 3H2O在合成Y2O3S:Eu中有什么作用?