荧光粉的知识

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• 发布日期：2011-5-24   点击：7014   

历史

　　20世纪初，人们在研究放电发光现象的过程中开发了荧光灯和荧光粉。当时的荧光灯使用硅酸锌铍荧光粉，发光效率低,并有毒性。1942年,A.H.麦基格发明卤磷酸钙荧光粉并用在荧光灯内，在照明领域引起了一次革命。这种粉发光效率高、无毒、价格便宜，一直使用到现在。70年代初，荷兰科学家从理论上计算出荧光粉的发射光谱,发现荧光粉如由450nm、550nm和610nm三条窄峰组成(三基色^[1])，则显色指数和发光效率能同时提高。1974年，荷兰的范尔斯泰亨等人先后合成了发射峰值分别在上述范围内的三种稀土荧光粉，使灯的发光效率达到85lm/W,显色指数为85,使荧光灯有了新的突破。

　　稀土三基色荧光粉的特点是发光谱带狭窄，发光能量更为集中，且在短波紫外线激发下稳定性高，高温特性好，更适用于高负载细管荧光灯和各种单端紧凑型荧光灯。

类型

　　灯用荧光粉主要有 3类。第一类用于普通荧光灯和低压汞灯，第二类用于高压汞灯和自镇流荧光灯，第三类用于紫外光源等。

  

 

荧光灯和低压汞灯用荧光粉

　　有锑、锰激活的卤磷酸钙荧光粉和稀土三基色荧光粉。

　　锑、锰激活的卤磷酸钙荧光粉是在氟氯磷灰石基质3Ca3(PO4)2·Ca(F，Cl)2中,掺入少量的激活剂锑(Sb)和锰(Mn)以后制成的荧光粉，通常表示式为：

　　3Ca3(PO4)2·Ca(F,Cl)2:Sb,Mn

　　这种荧光粉的制备方法很多,采用的原料也可以不同,但对原料的纯度要求较高。配制混料时，各原料的用量首先要从磷灰石结构进行理论计算,在卤磷酸钙中,钙和锰的克原子数之和对磷酸根中磷的克原子比为 4.9:3；随后进行称量、混合、磨细、过筛,再在一定的气氛中(一般用氮气)，以1150°C左右恒温烧结几小时；取出冷却后,在紫外灯下进行挑选，再磨细过筛即为成品。

　　卤磷酸钙荧光粉的发光是由激活剂锑(Sb)和锰Mn共同激活的。激活剂原子在点阵内占据钙原子的位置。这种材料具有敏化现象：当激活剂Sb吸收激发能后,将一部分能量以光辐射的形式放出，另一部分则在所谓共振传递的过程中转移给Mn，使Mn产生本身的辐射。因此，总的辐射取决于两种激活剂的特性，并且随着它的比例的变化而变化,还取决于氟、氯的比例。如在Sb激活的卤磷酸钙内增加锰的含量，就会增加橙黄色的辐射，而相应的减少了蓝色辐射。利用上述现象,只要改变Mn的含量，就可以得到不同色温的卤磷酸钙荧光粉。

　　荧光粉吸收辐射的能力与荧光粉的分散程度有关，因此其粒度的大小对发光亮度的影响很大。卤磷酸钙荧光粉粒度大小决定于原料CaHPO4的粒度大小，因此，获取一定大小和晶格的晶体CaHPO4，即可将荧光粉粒度控制在一定大小(5～10µ)，从而获得高的发光亮度。

　　稀土三基色荧光粉中,红粉为铕激活的氧化钇(Y2O3:Eu),绿粉为铈、铽激活的铝酸盐(MgAl11O19:Ce,Tb),蓝粉为低价铕激活的铝酸钡镁(BaMg2Al16O27:Eu)。3种粉按一定比例混合,可以得到不同的色温(2700～6500K)，相应的灯的发光效率可达80～100lm/W,显色指数为85～90。一般来说，绿粉含量越高、蓝粉含量越低，则灯管发光效率越高。此外，蓝粉增加，色温升高；红粉增加，色温降低。

　　三种基色粉的基质和激活物质有所不同，但其中的发光关键均在于稀土激活物质（铕、铈、铽等），利用稀土金属外层离子(D→F)的跃迁而发光。

　　采用稀土三基色荧光粉的三基色荧光灯本身具有许多突出的优点，然而，稀土原料价格昂贵，造成三基色灯成本较高，限制了三基色灯的发展。缩小管径或采用新的涂覆技术降低三基色粉用量，用廉价的其他彩色粉来部分取代一种或两种稀土三基色粉，同样可制得高光效、高显色的荧光灯，但光衰可能要大一点。

高压汞灯用荧光粉
高压汞灯的光谱分布与低压汞灯（荧光灯）的显著不同。为了提高灯的效率和改善光色，高压汞灯在放电管外玻壳内涂上荧光粉，将主要辐射波长之一的 365nm紫外线能转换成可见光。高压汞灯早期采用锰激活的氟锗酸镁或锡激活的磷酸锌锶粉等。后来，采用彩色电视用的荧光粉 YVO4:Eu，它的峰值为619nm，相应的灯的总光通量高,显色性能好。现已研制出Y(PV)O4:Eu荧光粉，它更适合于高压汞灯的要求。

紫外光源用荧光粉

　　它是在 253.7nm或其他较短波长紫外线激发下，能产生另一种波长较长的紫外线的荧光粉。它的种类很多。(BaSi2O3):Pb荧光粉是一种有效的紫外荧光粉,峰值为350nm，用于诱杀虫害的黑光灯。正磷酸钙〔(Ca，Zn)3(PO4)2:Tl〕荧光粉是一种制造健康线灯的高效粉,发射波长280～350nm，峰值为310nm。复印灯必须有与所用的感光体或光电面吸收率匹配的谱线，因此,重氮复印灯用焦磷酸锶(Sr2P2O7:Eu), 静电复印灯用镓酸镁(MgGa2O4:Mn)和硅酸锌(Zn2SiO4:Mn)等紫外线荧光粉。

利用

制成弱照明光源

　　人们在实际生活中利用夜光粉长时间发光的特性，制成弱照明光源，在军事部门有特殊的用处，把这种材料涂在航空仪表、钟表、窗户、机器上各种开关标志，门的把手等处，也可用各种透光塑料一起压制成各种符号、部件、用品(如电源开关、插座、钓鱼钩等)。这些发光部件经光照射后，夜间或意外停电、闪电后起床等它仍在持续发光，使人们可辨别周围方向，为工作和生活带来方便。把夜光材料超细粒子掺入纺织品中，使颜色更鲜艳，小孩子穿上有夜光的纺织品，可减少交通事故。夜光材料
目前国内外夜光材料主要是以ZnS（硫化锌）,SrS（硫化锶）和CaS（硫化钙）制成的，发出绿光和黄光。不过SrS，CaS材料易潮解，给广泛应用带来困难。所以市场上主要是以ZnS为基质的夜光材料。但它的余辉时间只有1～3小时，而且在强光(如太阳光)、紫外光和潮湿空气中容易变质发黑，所以在许多领域中应用受到限制。添加钻、铜共激活的ZnS夜光粉虽然有很长的余辉时间，但它有红外淬灭现象，在电灯光(包含较多的红光)照射下，余辉很快熄灭。

危害

　　带有放射性的夜光粉，是在荧光粉中掺入放射性物质，利用放射性物质不断发出的射线激发荧光粉发光，这类夜光粉发光时间很长，但因为有毒有害和环境污染等，所以应用范围小。

　　汞蒸气达0.04至3毫克时，会使人在2至3月内慢性中毒；达1.2至8.5毫克量，会诱发急性汞中毒，如若其量达到20毫克，会直接导致动物死亡。汞一旦进入人体内，可很快弥散，并积累到肾、胸等组织和器官中，慢性汞中毒会导致精神失常，植物神经紊乱，急性症状常头痛、乏力、发热、口腔及消化道齿龈红肿酸痛，靡烂出血，牙齿松动等，因此绝对不能将日光灯管碎片随处丢弃。

　　万一吸进荧光粉，那和吸进灰尘一样。微量的，会被呼吸器官黏膜粘住，再随痰吐出。少量的，可能进入肺部，慢慢随痰吐出。经常吸入，会生“矽肺”。少量荧光粉粘到皮肤，也象灰尘一样，用水洗掉就行了。经常接触荧光粉，或荧光粉浆液，皮肤会变粗糙。荧光粉对身体有一定的辐射，最好不好多接触，偶尔接触问题不大。

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