短余辉硅酸锌锰荧光粉的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种短余辉硅酸锌锰荧光粉的制备方法，使用高温固相法制备荧光粉，其中Mn源采用ZnMn2O4来替代常规的氧化锰或碳酸锰等化合物。使用该方法制备出的硅酸锌锰绿色荧光粉发光强度高、余辉时间短，完全满足3D等离子显示的要求。而且本发明专利技术没有改变现有高温固相法制备硅酸锌锰荧光粉的工艺，工业上容易实现，非常适合规模生产。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种，使用高温固相法制备荧光粉，其中Mn源采用ZnMn204来替代常规的氧化锰或碳酸锰等化合物。使用该方法制备出的硅酸锌锰绿色荧光粉发光强度高、余辉时间短，完全满足3D等离子显示的要求。而且本专利技术没有改变现有高温固相法制备硅酸锌锰荧光粉的工艺，工业上容易实现，非常适合规模生产。【专利说明】
本专利技术属于光电子
，涉及一种硅酸盐绿色荧光粉的制备方法。
技术介绍
Mn2+掺杂的Zn2SiO4作为绿色荧光粉，从十九世纪40年代起就被广泛应用于荧光 灯、CRT及长余辉显示等领域。二十世纪60年代后，Zn2SiO4 =Mn2+绿色荧光粉由于在真空紫 外光激发下发光亮度高、色坐标佳、稳定性好，在等离子（PDP)平板显示技术中得到重视和 应用。 进入二十一世纪后，3D显示技术迅猛发展。PDP因其具有动态清晰度高、响应速度 快的特点，而成为3D技术的良好载体。3D-PDP技术对荧光粉的余辉性能要求非常严格，要 求其余辉时间短于5毫秒，否则画面显示时会出现重影或拖尾。目前Zn2SiO4 = Mn2+荧光粉存 在余辉过长的缺陷，提高Mn离子浓度虽然能够缩短余辉，但会使其发光强度大大降低。 商用Zn2SiO4:Mn2+荧光粉一般采用高温固相法合成，就是将SiO2、ZnO、MnO2、助熔剂 等原料充分混合后装入坩埚，在空气或中性气氛中1100?1400°c灼烧合成，将灼烧产物粉 碎、洗涤、干燥、过筛，得到产品。其中Mn源除了使用氧化锰外，还可以使用碳酸锰、硝酸锰、 硫酸锰、草酸锰等可以分解成氧化锰的化合物。该方法工艺简便，制备出的Zn2SiO4 =Mn2+荧 光粉结晶好，发光强度高，缺点是余辉时间较长。 中国专利CN98813227. 3使用溶胶凝胶法制备出超细Zn2SiO4=Mn2+荧光粉，通过增 大表面缺陷数量的途径，来加快能量传递到表面缺陷中心的速度，达到缩短余辉的目的。但 此方法工艺繁杂，荧光粉结晶差，且绿色荧光粉的粒径与其它两种荧光粉不匹配，PDP制屏 的工艺也相应复杂。中国专利CN03126899. 4公开了一种金属硝酸盐-有机物燃烧法来合 成短余辉硅酸锌锰荧光粉的方法，此方法同样也存在缺陷多、结晶差的问题。
技术实现思路
技术问题：本专利技术提供了一种制备余辉时间短且发光强度高的Zn2SiO4=Mn2+绿色 荧光粉，得到的产物满足3D-PDP显示要求的制备短余辉硅酸锌锰绿色荧光粉的方法。 技术方案：本专利技术的制备短余辉硅酸锌锰绿色荧光粉的方法，包括以下步骤： 1) 按硅酸锌锰荧光粉化学表达式Zn2_2xMn2xSi04的化学计量比，分别计算并称取所需的 原料：含Mn化合物，含Zn化合物和含Si化合物原料，其中，其中0. 01 <X< 0. 20,含Mn化 合物采用ZnMn2O4 ; 2) 将原料充分混合后装入坩埚，在空气中或惰性气氛下、1200至1400°C的温度下灼 烧0. 5?10小时，完成灼烧处理流程后冷却取出； 3) 将灼烧产物粉碎，用去离子水洗涤至中性，干燥、过筛，即可得到短余辉硅酸锌锰荧 光粉。 本专利技术的优选方案中，所需的原料中：（1)含Zn化合物采用氧化锌、碳酸锌、碱式 碳酸锌或硝酸锌，称取含Zn化合物时需扣除ZnMn2O4中所含的锌量。（2)含Si化合物采用 二氧化硅或硅酸。 本专利技术的优选方案中，步骤2)中还将助熔剂与原料充分混合后装入坩埚，助熔剂 为氟化铵、氟化氢铵或氟化锌，助熔剂的使用量为原料总重量的〇. 5%至5%。其中使用氟化 锌为助熔剂时，在步骤1)称取含Zn化合物时需扣除氟化锌中所含的锌量。 有益效果：本专利技术与现有技术相比，具有以下优点： 在Zn2SiO4 =Mn2+荧光粉结构中，Mn离子占据Zn离子的格位，并成为发光中心。深紫外 光照射时，Zn2SiO4基质接受光子能量，并把能量传递给Mn离子，Mn离子发出绿光。紫外光 激发停止后，荧光粉的发光仍能维持一定时间，此即余辉时间。我们研究发现，硅酸锌锰荧 光粉的余辉时间由两部分组成：（I)Mn离子自身的余辉；（2)基质吸收能量后传递到Mn离 子的时间。 传统高温固相法合成Zn2SiO4 =Mn2+荧光粉时，所使用的Mn源主要为氧化锰，也可 以使用碳酸锰、硝酸锰、硫酸锰、草酸锰等可以分解成氧化锰的化合物。我们的研究表明，在 Zn2SiO4:Mn2+荧光粉的合成过程中，Mn并不是简单地扩散并占据Zn离子的格位。在Zn2SiO4 基质的形成过程中，氧化锰可能会与氧化硅反应生成硅酸锰，还可能会与ZnO反应生成 ZnMn2O4，这些复杂的中间相继续和Zn2Si04、Zn0发生化学反应，并最终形成Mn2+在Zn2SiO4中 分布的格局。在整个合成过程中，Mn离子的分布、价态等发生了复杂的变化。直接使用氧 化锰合成出的Zn2SiO4 =Mn2+荧光粉的基质成分不均匀，且Mn离子在晶格中分布也不均匀。 本专利技术中直接采用ZnMn2O4这种锌锰氧化物为Mn源，来替代氧化锰或其它锰化合 物。用ZnMn2O4为Mn源时，Mn离子参与的反应减少，其在Zn2SiO4晶格中的分布会更加均 勻。该方法合成出的娃酸锌猛突光粉成分均勻，结晶良好。研究表明，该方法制备的娃酸锌 锰荧光粉吸收紫外光能量后，能量由基质传递到Mn离子的时间缩短至微秒量级，难以检测 出来。虽然Mn离子自身的余辉虽然没有明显变化，但总的余辉时间显著变短。当Mn含量 x=0. 12时，用本技术制备出的荧光粉余辉时间仅为4. 5毫秒，比普通高温固相反应法制备 的荧光粉的余辉缩短了约4毫秒，而发光强度却更高。而在Mn含量x=0. 20时，本技术制备 出的荧光粉余辉时间短于2. 5毫秒。 综上所述，本专利技术的第一个益处是，使用该方法制备出的硅酸锌锰荧光粉在保持 高发光强度的同时，大大缩短了荧光粉的余辉时间。本专利技术的第二个益处是工艺简单。本 专利技术基本不改变现有高温固相法制备硅酸锌锰荧光粉的工艺，仅仅更换了Mn源原料，工业 上容易实现，非常适合规模生产。 【具体实施方式】 以下结合具体实施例，对本专利技术的制备方法做进一步具体说明。 实施例1 : 称取ZnO0. 82摩尔，ZnMn2O4 0. 06摩尔，SiO2 0. 5摩尔，NH4F1克，充分混合后装入氧 化铝坩埚，放入高温炉中，升温至1300°C灼烧4小时，冷却后取出。将灼烧产物球磨粉碎，用 去离子水洗涤至中性、脱水、干燥即可得到硅酸盐绿色荧光粉。该荧光粉在147nm紫外光激 发下的余辉时间为4. 5毫秒。 实施例2 称取ZnO0. 79摩尔，ZnMn2O4 0. 07摩尔，SiO2 0. 5摩尔，NH4F1克，充分混合后装入氧 化铝坩埚，放入高温炉中，升温至1300°C灼烧4小时，冷却后取出。将灼烧产物球磨粉碎，用 去离子水洗涤至中性、脱水、干燥即可得到硅酸盐绿色荧光粉。该荧光粉在147nm紫外光激 发下的余辉时间为4.O毫秒。 实施例3 称取ZnO0. 82摩尔，ZnMn2O4 0. 06摩尔，SiO2 0. 5摩尔，NH4HF2 1克，充分混合后装入 氧化铝坩埚,放入高温炉中，升温至1400°C灼烧3小时，冷却后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种短余辉硅酸锌锰荧光粉的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1）按硅酸锌锰荧光粉化学表达式Zn2‑2xMn2xSiO4的化学计量比，分别计算并称取所需的原料：含Mn化合物，含Zn化合物和含Si化合物原料，其中，0.01≤x≤0.20，所述含Mn化合物采用ZnMn2O4；2） 将原料充分混合后装入坩埚，在空气中或惰性气氛下、1200至1400℃的温度下灼烧0.5～10小时，完成灼烧处理流程后冷却取出；3）将灼烧产物粉碎，用去离子水洗涤至中性，干燥、过筛，即可得到短余辉硅酸锌锰荧光粉。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：董岩，梁玲，顾维杰，邵起越，蒋建清，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32