熒光粉的知識

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• 發(fā)布日期：2011-5-24   點(diǎn)擊：7129   

歷史

　　20世紀初，人們在研究放電發(fā)光現象的過(guò)程中開(kāi)發(fā)了熒光燈和熒光粉。當時(shí)的熒光燈使用硅酸鋅鈹熒光粉，發(fā)光效率低,并有毒性。1942年,A.H.麥基格發(fā)明鹵磷酸鈣熒光粉并用在熒光燈內，在照明領(lǐng)域引起了一次革命。這種粉發(fā)光效率高、無(wú)毒、價(jià)格便宜，一直使用到現在。70年代初，荷蘭科學(xué)家從理論上計算出熒光粉的發(fā)射光譜,發(fā)現熒光粉如由450nm、550nm和610nm三條窄峰組成(三基色^[1])，則顯色指數和發(fā)光效率能同時(shí)提高。1974年，荷蘭的范爾斯泰亨等人先后合成了發(fā)射峰值分別在上述范圍內的三種稀土熒光粉，使燈的發(fā)光效率達到85lm/W,顯色指數為85,使熒光燈有了新的突破。

　　稀土三基色熒光粉的特點(diǎn)是發(fā)光譜帶狹窄，發(fā)光能量更為集中，且在短波紫外線(xiàn)激發(fā)下穩定性高，高溫特性好，更適用于高負載細管熒光燈和各種單端緊湊型熒光燈。

類(lèi)型

　　燈用熒光粉主要有 3類(lèi)。第一類(lèi)用于普通熒光燈和低壓汞燈，第二類(lèi)用于高壓汞燈和自鎮流熒光燈，第三類(lèi)用于紫外光源等。

  

 

熒光燈和低壓汞燈用熒光粉

　　有銻、錳激活的鹵磷酸鈣熒光粉和稀土三基色熒光粉。

　　銻、錳激活的鹵磷酸鈣熒光粉是在氟氯磷灰石基質(zhì)3Ca3(PO4)2·Ca(F，Cl)2中,摻入少量的激活劑銻(Sb)和錳(Mn)以后制成的熒光粉，通常表示式為：

　　3Ca3(PO4)2·Ca(F,Cl)2:Sb,Mn

　　這種熒光粉的制備方法很多,采用的原料也可以不同,但對原料的純度要求較高。配制混料時(shí)，各原料的用量首先要從磷灰石結構進(jìn)行理論計算,在鹵磷酸鈣中,鈣和錳的克原子數之和對磷酸根中磷的克原子比為 4.9:3；隨后進(jìn)行稱(chēng)量、混合、磨細、過(guò)篩,再在一定的氣氛中(一般用氮氣)，以1150°C左右恒溫燒結幾小時(shí)；取出冷卻后,在紫外燈下進(jìn)行挑選，再磨細過(guò)篩即為成品。

　　鹵磷酸鈣熒光粉的發(fā)光是由激活劑銻(Sb)和錳Mn共同激活的。激活劑原子在點(diǎn)陣內占據鈣原子的位置。這種材料具有敏化現象：當激活劑Sb吸收激發(fā)能后,將一部分能量以光輻射的形式放出，另一部分則在所謂共振傳遞的過(guò)程中轉移給Mn，使Mn產(chǎn)生本身的輻射。因此，總的輻射取決于兩種激活劑的特性，并且隨著(zhù)它的比例的變化而變化,還取決于氟、氯的比例。如在Sb激活的鹵磷酸鈣內增加錳的含量，就會(huì )增加橙黃色的輻射，而相應的減少了藍色輻射。利用上述現象,只要改變Mn的含量，就可以得到不同色溫的鹵磷酸鈣熒光粉。

　　熒光粉吸收輻射的能力與熒光粉的分散程度有關(guān)，因此其粒度的大小對發(fā)光亮度的影響很大。鹵磷酸鈣熒光粉粒度大小決定于原料CaHPO4的粒度大小，因此，獲取一定大小和晶格的晶體CaHPO4，即可將熒光粉粒度控制在一定大小(5～10µ)，從而獲得高的發(fā)光亮度。

　　稀土三基色熒光粉中,紅粉為銪激活的氧化釔(Y2O3:Eu),綠粉為鈰、鋱激活的鋁酸鹽(MgAl11O19:Ce,Tb),藍粉為低價(jià)銪激活的鋁酸鋇鎂(BaMg2Al16O27:Eu)。3種粉按一定比例混合,可以得到不同的色溫(2700～6500K)，相應的燈的發(fā)光效率可達80～100lm/W,顯色指數為85～90。一般來(lái)說(shuō)，綠粉含量越高、藍粉含量越低，則燈管發(fā)光效率越高。此外，藍粉增加，色溫升高；紅粉增加，色溫降低。

　　三種基色粉的基質(zhì)和激活物質(zhì)有所不同，但其中的發(fā)光關(guān)鍵均在于稀土激活物質(zhì)（銪、鈰、鋱等），利用稀土金屬外層離子(D→F)的躍遷而發(fā)光。

　　采用稀土三基色熒光粉的三基色熒光燈本身具有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，然而，稀土原料價(jià)格昂貴，造成三基色燈成本較高，限制了三基色燈的發(fā)展?？s小管徑或采用新的涂覆技術(shù)降低三基色粉用量，用廉價(jià)的其他彩色粉來(lái)部分取代一種或兩種稀土三基色粉，同樣可制得高光效、高顯色的熒光燈，但光衰可能要大一點(diǎn)。

高壓汞燈用熒光粉
高壓汞燈的光譜分布與低壓汞燈（熒光燈）的顯著(zhù)不同。為了提高燈的效率和改善光色，高壓汞燈在放電管外玻殼內涂上熒光粉，將主要輻射波長(cháng)之一的 365nm紫外線(xiàn)能轉換成可見(jiàn)光。高壓汞燈早期采用錳激活的氟鍺酸鎂或錫激活的磷酸鋅鍶粉等。后來(lái)，采用彩色電視用的熒光粉 YVO4:Eu，它的峰值為619nm，相應的燈的總光通量高,顯色性能好?，F已研制出Y(PV)O4:Eu熒光粉，它更適合于高壓汞燈的要求。

紫外光源用熒光粉

　　它是在 253.7nm或其他較短波長(cháng)紫外線(xiàn)激發(fā)下，能產(chǎn)生另一種波長(cháng)較長(cháng)的紫外線(xiàn)的熒光粉。它的種類(lèi)很多。(BaSi2O3):Pb熒光粉是一種有效的紫外熒光粉,峰值為350nm，用于誘殺蟲(chóng)害的黑光燈。正磷酸鈣〔(Ca，Zn)3(PO4)2:Tl〕熒光粉是一種制造健康線(xiàn)燈的高效粉,發(fā)射波長(cháng)280～350nm，峰值為310nm。復印燈必須有與所用的感光體或光電面吸收率匹配的譜線(xiàn)，因此,重氮復印燈用焦磷酸鍶(Sr2P2O7:Eu), 靜電復印燈用鎵酸鎂(MgGa2O4:Mn)和硅酸鋅(Zn2SiO4:Mn)等紫外線(xiàn)熒光粉。

利用

制成弱照明光源

　　人們在實(shí)際生活中利用夜光粉長(cháng)時(shí)間發(fā)光的特性，制成弱照明光源，在軍事部門(mén)有特殊的用處，把這種材料涂在航空儀表、鐘表、窗戶(hù)、機器上各種開(kāi)關(guān)標志，門(mén)的把手等處，也可用各種透光塑料一起壓制成各種符號、部件、用品(如電源開(kāi)關(guān)、插座、釣魚(yú)鉤等)。這些發(fā)光部件經(jīng)光照射后，夜間或意外停電、閃電后起床等它仍在持續發(fā)光，使人們可辨別周?chē)较?，為工作和生活帶?lái)方便。把夜光材料超細粒子摻入紡織品中，使顏色更鮮艷，小孩子穿上有夜光的紡織品，可減少交通事故。夜光材料
目前國內外夜光材料主要是以ZnS（硫化鋅）,SrS（硫化鍶）和CaS（硫化鈣）制成的，發(fā)出綠光和黃光。不過(guò)SrS，CaS材料易潮解，給廣泛應用帶來(lái)困難。所以市場(chǎng)上主要是以ZnS為基質(zhì)的夜光材料。但它的余輝時(shí)間只有1～3小時(shí)，而且在強光(如太陽(yáng)光)、紫外光和潮濕空氣中容易變質(zhì)發(fā)黑，所以在許多領(lǐng)域中應用受到限制。添加鉆、銅共激活的ZnS夜光粉雖然有很長(cháng)的余輝時(shí)間，但它有紅外淬滅現象，在電燈光(包含較多的紅光)照射下，余輝很快熄滅。

危害

　　帶有放射性的夜光粉，是在熒光粉中摻入放射性物質(zhì)，利用放射性物質(zhì)不斷發(fā)出的射線(xiàn)激發(fā)熒光粉發(fā)光，這類(lèi)夜光粉發(fā)光時(shí)間很長(cháng)，但因為有毒有害和環(huán)境污染等，所以應用范圍小。

　　汞蒸氣達0.04至3毫克時(shí)，會(huì )使人在2至3月內慢性中毒；達1.2至8.5毫克量，會(huì )誘發(fā)急性汞中毒，如若其量達到20毫克，會(huì )直接導致動(dòng)物死亡。汞一旦進(jìn)入人體內，可很快彌散，并積累到腎、胸等組織和器官中，慢性汞中毒會(huì )導致精神失常，植物神經(jīng)紊亂，急性癥狀常頭痛、乏力、發(fā)熱、口腔及消化道齒齦紅腫酸痛，靡爛出血，牙齒松動(dòng)等，因此絕對不能將日光燈管碎片隨處丟棄。

　　萬(wàn)一吸進(jìn)熒光粉，那和吸進(jìn)灰塵一樣。微量的，會(huì )被呼吸器官黏膜粘住，再隨痰吐出。少量的，可能進(jìn)入肺部，慢慢隨痰吐出。經(jīng)常吸入，會(huì )生“矽肺”。少量熒光粉粘到皮膚，也象灰塵一樣，用水洗掉就行了。經(jīng)常接觸熒光粉，或熒光粉漿液，皮膚會(huì )變粗糙。熒光粉對身體有一定的輻射，最好不好多接觸，偶爾接觸問(wèn)題不大。

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