基本信息
- 项目名称：
- PDP纳米BaMgAl10O17:Eu2+蓝色荧光粉的制备、表面修饰工艺及光谱特性研究
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 等离子体显示(PDP)因具有超薄、高清晰、大画面等优点而被世界公认是实现壁挂式高清晰度电视的首选技术。荧光粉对PDP性能起着决定性作用，它决定着PDP的亮度、色度和分辨率等重要性能指标。BAM荧光粉因具有高的量子效率及好的色纯度是用于等离子平板显示屏的高效蓝色荧光材料。 目前，商用BAM荧光粉多采用传统的高温固相法合成，需要1600℃以上的高温长时间反应，不但能耗大、成本高，而且在此高温下产物易烧结，颗粒粗大，严重损害了荧光粉的发光性能。因此，开发制备BAM荧光粉的新技术、降低生产成本、提高荧光粉的发光效率和使用性能显得尤为重要。 本研究创新性地采用溶液燃烧合成法成功制备了发光性能优良的PDP用纳米BAM蓝色荧光粉，合成温度比传统的高温固相法降低了约1000℃，而且利用燃烧反应自身产生的还原气氛对Eu3+进行了还原，从而避免了固相法中的反复高温还原步骤，节约了能源，降低了成本。制备的产物纯净，结晶完好，不存在位错、孪晶等缺陷，发光性能优良。
- 详细介绍：
- 等离子体显示(PDP)因具有超薄、高清晰、大画面等优点而被世界公认是实现壁挂式高清晰度电视(HDTV)的首选技术。荧光粉对PDP性能起着决定性作用，它决定着PDP的亮度、色度和分辨率等重要性能指标。BaMgAl10O17:Eu2+ (BAM) 荧光粉因具有高的量子效率及好的色纯度是用于等离子平板显示屏的高效蓝色荧光材料。 目前，商用BAM荧光粉多采用传统的高温固相法合成，需要1600℃以上的高温长时间反应，不但能耗大、成本高，而且在此高温下产物易烧结，颗粒粗大，严重损害了荧光粉的发光性能。因此，开发制备BAM荧光粉的新技术、降低生产成本、提高荧光粉的发光效率和使用性能显得尤为重要。 本研究创新性地采用溶液燃烧合成法成功制备了发光性能优良的PDP用纳米BAM蓝色荧光粉，合成温度比传统的高温固相法降低了约1000℃，而且利用燃烧反应自身产生的还原气氛对Eu3+进行了还原，从而避免了固相法中的反复高温还原步骤，节约了能源，降低了成本。制备的产物纯净，结晶完好，不存在位错、孪晶等缺陷，发光性能优良。荧光粉的颗粒形貌呈近球形，尺寸大小约20nm。其发射峰值波长为450nm，归属于Eu2+离子的4f65d → 4f7(8S7/2)宽带允许跃迁，为标准的蓝光发射，与稀土三基色荧光材料中的蓝色组分发光完全一致。 添加PEG于前驱体溶液中，有效阻止了荧光粉颗粒的团聚，使制备的产物的颗粒粒度更细小，粒径分布更均匀。当PEG浓度为5.0％、分子量为10000时，获得的BAM发光强度了提高25%以上。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 发明的目的： 研制形貌规整、色度纯正、性能稳定、发光效率高且成本低廉的PDP用高效纳米荧光粉。 基本思路： 采用溶液燃烧合成在较低温度下制备纳米BAM蓝色荧光粉，降低反应温度和生产成本；利用燃烧反应自身产生的还原气氛对Eu3+进行了还原，达到简化生产步骤、节约能源的目的；制备产物纯净、结晶完好、发光性能优良的荧光粉。 创新点： 1．反应温度低 、合成时间短 、制备工艺简单； 2．节能、绿色环保，不产生有害物质，成本低，实际量产之后，会使产品的价格大幅下降，性价比高。 技术关键： 激活剂Eu2+的掺入量对BAM发光性能的影响；助熔剂H3BO3的作用及机理；改性剂PEG对BAM的形貌控制、粒径分布及发光性能的影响；对纳米BAM进行了表面修饰及机理研究。 主要技术指标: 荧光粉的颗粒形貌呈近球形，尺寸大小约20nm；当PEG浓度为5.0％、分子量为10000时，获得的BAM的发光强度了提高25%以上； 溶液的点燃温度为600℃时，能合成纯相的BAM，且产物的形貌规整、颗粒尺寸分布窄，发光性能优良； 在334nm的UV光激发下样品的发射峰值波长为450nm，归属于Eu2+离子的4f65d1→ 4f7(8S7/2)宽带允许跃迁；H3BO3的最佳添加量为1.0％，可使BAM的发光强度提高30%以上。
科学性、先进性
- 采用溶液燃烧合成法在600℃成功地制备了纳米BAM蓝色荧光粉，降低BAM蓝色荧光粉的生产成本；溶液燃烧法合成温度比传统的高温固相法降低了约1000℃，而且利用燃烧反应自身产生的还原气氛对Eu3+进行了还原，从而避免了固相法中的反复高温还原步骤，节约了能源。制备的产物纯净，结晶完好，不存在位错、孪晶等缺陷，发光性能优良。荧光粉的颗粒形貌呈近球形，尺寸大小约20nm。在334nm的UV光激发下样品的发射峰值波长为450nm，为标准的蓝光发射，与稀土三基色荧光材料中的蓝色组分发光完全一致。
获奖情况及鉴定结果
- 1、2009年3月获第九届香港国际专利发明博览会金奖（港专博字{2009}第093号） 2、2009年3月18日，申请的专利获市场信息报技术成果转化“重点实施项目” 3、2009年5月18日，获得科技查新报告。报告编号：JXINF02009ZGH072 4、2009年5月26日，在省级大学生课外科技学术作品竞赛中荣获特等奖
作品所处阶段
- 样品阶段及正进入“小试”阶段
技术转让方式
- 正在洽谈专利技术转让
作品可展示的形式
- 现场演示及样品展示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用本研究生产的BAM蓝色荧光粉，不仅成本低，而且发光性能大幅度提高，荧光粉纯度比以前都要高，实际量产后，PDP等离子电视的成本会下降（因为一台等离子显视的主要部件就是显示屏，而显示屏的关键材料就是荧光粉），性价比高。
同类课题研究水平概述
- PDP以其显示面积大、画质优异、响应速度快、可显示1670万种以上色彩等一系列突出优点，在平板显示器领域占有绝对优势，被世界公认为是实现壁挂式高清晰度电视(HDTV)的首选技术。 对于PDP而言，荧光粉是决定其显示质量的关键材料，它关系着显示器件的亮度、色度、分辨率和图像质量等重要性能指标。蓝色荧光粉BAM虽然具有量子效率高、余辉时间短等优点，但存在合成温度高，产物颗粒粗大，需球磨粉碎而引起发光性能下降的缺点。因此，研究开发出颗粒细小、发光效率高、性能稳定而又成本低廉的BAM荧光粉正成为全世界PDP科技工作者的迫切需要。 研究表明，BAM在涂屏过程及工作过程中会发生劣化而使PDP的性能受到影响。所以，如何解决蓝色荧光粉的热衰减与真空紫外辐照造成的衰减是当前亟待解决的关健问题。 K. Y. Jung 等利用浸泡法将BAM荧光粉浸入辛基三乙基硅氧烷中，使BAM表面形成一层有机硅氧烷，阻断了氧原子扩散进入BAM的通道，有效地降低了Eu2+氧化成Eu3+的趋势，有利于提高BAM的抗劣化性能。但是研究中又发现，该层有机硅氧烷焙烧后会形成少量的SiO2从而对BAM的发光性能或多或少产生一些不利影响。因此，必须研究更好的方法来对BAM进行表面改性，从而有效地提高BAM的抗劣化性能和发光性能。据报道，对荧光粉进行表面修饰是提高其抗衰减性能的一个有效途径。因为通过包覆不仅可以解决由于电性能和表面化学活性不稳定造成的荧光粉性能下降，同时还可吸收不需要的波长的光，从而有效地提高荧光粉的发光效率。 目前，一种新兴的湿化学合成方法——溶液燃烧合成法正受到人们的重视。因为该方法将溶胶-凝胶湿化学法与自蔓延高温合成法结合起来，能使原料达到分子、原子级水平的均匀混合，并依靠反应放出的热量维持合成过程的自动持续进行，且点火温度低、合成速度快、节能省时、合成产物纯度高，是一种制备超细甚至纳米级单一氧化物和复杂氧化物粉体的新技术。 本研究开展溶液燃烧合成高效纳米PDP荧光材料的研究，旨在突破传统的高温固相法制备PDP荧光粉的固有缺陷，合成颗粒细小、发光效率高且成本低廉的PDP用荧光粉，并研究溶液燃烧合成荧光粉的关键工艺参数及其影响机理、纳米荧光粉的表面修饰及其抗热劣化和工作劣化的性能，制备出色纯度好、性能稳定、发光效率高的PDP用纳米荧光粉。
