无机荧光粉的制备实验报告

化学化工学院材料化学专业实验报告实验

实验名称：无机荧光粉的制备.

年级: 2015级材料化学日期：

2017/10/18

：汪钰博学号：222015316210016 同组人:向泽灵

一、预习部分

(一)无机荧光粉简介

无机紫外荧光粉又称紫外光致荧光颜料。这种荧光颜料是由金属(锌、铬)硫化物或稀土氧化物与微量活性剂配合，经煅烧而成。无色或浅白色，是在紫外光(200～400nm)照射下，依颜料中金属和活化剂种类、含量的不同，而呈现出各种颜色的可见光(400～800nm)。按激发光源的波长不同，又可分为短波紫外线激发荧光颜料(激发波长为254nm)和长波紫外线激发荧光颜料(激发波长为365nm)本系列产品在可见光光源下，呈现白色或接近透明色，在不同波长光源下(254nm、365nm、850nm)显现一种或多种荧光色泽，荧光粉包括有机、无机、余晖等特殊效果，色彩鲜艳亮丽。紫外防伪型荧光粉系列产品色彩种类丰富共有红色、紫色、黄绿色、蓝色、绿色、黄色、白色、蓝绿色、橙色、黑色。各种颜色搭配，变化无穷，防伪荧光粉。

(二)无机荧光粉的产品特性

A.荧光色泽鲜艳，具有良好的遮盖力(可免加不透光剂)。

B.颗粒细圆球状，易分散，98%的直径约1-10u。

C.耐热性良好：最高承受温度为600amp#176C，适合各种高温加工之处理。良好耐溶剂性、抗酸、抗碱、安定性高。

D.没有色移性(MIGRATION)，不会污染。

E.无毒性，加热时不会溢出福尔马林(FORMALDEHYDE)，可用之于玩具和食品容器之着色。

F.色体不会溢出，在射出机换模时，可省却清洗手续。

紫外线激发防伪荧光粉具有很好的耐水性和耐温性，化学性质稳定，使用寿命长达几年甚至几十年。该材料可添加到相关的材料当中，如：塑料、涂料、油墨、树脂、玻璃等透明或半透明的材料中。该材料在防伪材料、导向标志等领域中可广泛应用。特别适用于酒吧、迪厅、等多种娱乐场所的装饰、工艺品彩绘等。该材料特点：近距离看光亮柔和，夜间远距离观看显得明亮醒目。在使用上可采用不同手法制作成点、线、面等形式。紫外光的照射下，可发出各种鲜艳的点、线、面的彩色光。该产品的另一个特点是：节能、环保、无毒、无害。可在各相关领域广泛、安全地使用。

(三)Cu2+掺杂纳米ZnS荧光粉的制备及其发光特性研究

ZnS是一种电子过剩的本征半导体材料。由于它良好的荧光效应

和电致发光功能(Electro—luminescence)，使其成为目前国外研究开发的热点。ZnS具有闪锌矿型(立方晶型)和纤锌矿型(六面体型)两种结构，常用于发光材料的ZnS为闪锌矿型。ZnS具有禁带能宽(3．7eV)，光传导性好，在可见光及红外围的分散度低等优点。它可以发出黄绿两种基色光，是传统阴极射线管发光材料(Cathode—ray tube Luminescent materials)的重要组成部分。ZnS的这些结构特点，使之成为很多发光材料的基体，现阶段以ZnS为基体的发光材料已广泛应用于多种仪器仪表中，如平板显示器、光激发二极管、太阳能电池等。但由于纯ZnS材料自身的一些局限和缺陷，阻碍了它的进一步应用研究。纯ZnS材料的主要缺点有：ZnS 不规则颗粒间产生“织交作用(Texture effect)使ZnS发光效果降低；纯ZnS自身电阻偏高，在受到激发时，可能分解生成气体SO2；纯ZnS材料所能激发的光波围有限。常温下ZnS材料所能激发的最大波长约为340nm。纯ZnS材料抵抗冲击(如雨淋，风蚀，撞击等)的能力有待提高。

从上世纪90年代开始，人们在大量实验研究的基础上发现，对ZnS颗粒采用适当元素的掺杂活化，能使ZnS半导体材料具有与其处于微观状态或宏观物块时完全不同的光电性质，在光电学领域具有巨大的应用潜力。同时，通过掺杂处理还可增强其结构强度，增大其稳定性及抗冲击能力，减少ZnS材料在激发态时分解生成SO2气体的趋势。

ZnS由于禁带宽度较高，理论上它是一种性能优异的绝缘体，但

实际上无论是自然产生的ZnS晶体还是工艺制备的ZnS材料，均存在S元素流失的现象，导致部分Zn原子化学键非饱和，因此造成非掺杂情况下ZnS晶体呈n型性质。这种情况下，有文献认为制备n-ZnS 较p-ZnS显得容易，因为自然状态下的n型杂质或缺陷对掺入的p 型杂质具有补偿作用，同时p型杂质受ZnS中固溶度的影响，因而相对而言，目前对ZnS材料的p型掺杂相对较难。

根据掺杂类型的不同，ZnS的掺杂研究可分为n型、p型、n-p 型共掺几种，其中共掺技术对p-ZnS材料的发展研究尤其值得关注。

ZnS作为发光材料的掺杂：

除作为半导体材料外，目前ZnS材料更多作为一种发光材料而被广泛研究。ZnS的发光光谱会因掺杂物的不同而变化，如以ZnS作为基质材料时，ZnS：Mn和ZnS：Tb可分别用于制备红色和绿色电致发光器件；ZnS：Tm和ZnS：Cu可用于蓝色发光器件的制备。因而以ZnS为基质的发光材料的色彩目前由红至蓝可以覆盖整个可见光围，采用ZnS制备的器件已经逐步实现了商业化。

从发光机理看，掺杂ZnS材料的发光可分为两大类：一类是属于分立中心的发光，如以Mn和稀土元素为激活剂的ZnS；另一类是掺入的杂质本身不发光，但可以影响基质的发光情况。但无论是何种发光机制，ZnS的发光性能均与掺入的杂质息息相关。根据研究与实际应用需求，常用的杂质可分为如下几种。

掺入过渡金属元素

常见的用于掺杂的过渡离子包括Cu、Mn、Fe、Mg、Ag等，这些元素在ZnS晶体部会生成具有高禁带和高电导率的“发光中心（Luminescence Center）”，提高材料的发光性能。如Mn2+离子作为分立发光中心，产品的发光位置比较稳定，一般是位于590nm附近的橙色光；ZnS：Cu纳米发光材料中，Cu+离子作为复合发光中心，产品一般发出绿色光；ZnS：Ag产品发出蓝色或绿色光。

掺入稀有金属元素

经实际研究发现，掺杂适当的稀有元素（如Ga、Tb、Sm等）可以改变ZnS吸收和发射的光谱围，使材料具有多种色彩和发射光强度。如将Tb掺杂的ZnS薄膜应用于电致发光得到了很强的绿光，掺Tm可发蓝光，掺Sm可发红光等。

多种元素共掺杂

一种元素的掺杂能改善ZnS材料的性能，但效果有限，而多种元素的掺杂可以从多个方面对ZnS材料的性能进行改善，使ZnS获得一些新的性质。目前共掺通常是以Cu、Ag、Au为激活剂，Cl、Br、I 或Al、Ga、In为共激活剂，来制备ZnS纳米颗粒复合材料，如Chen 等用高温固相法制备ZnS：Cu，Cl和ZnS：Cu，Al等获得绿光发射，发光强度与Cu离子浓度有关；Je Hong Park等采用Mn、Cu、Cl共掺杂的方法实现了白光发射；此外，等人研究了过渡金属离子和稀土离子共掺的ZnS纳米粒子发光情况，结果发现：采用化学共沉淀法合成的Cu2+与稀土元素共掺杂的ZnS纳米晶，其发射光谱既不同于