實驗方法

4-1 實驗藥品

(1) 碳酸鋰 (Li₂CO₃，Lithium carbonate) ACS reagent grade，MＰ

(2) 碳酸鈉 (Na2CO3，Sodium carbonate) 99.95%，Acros organics

(3) 碳酸鋇 (BaCO3，Barium carbonate) 99+%，Alfa Aesar, U.S.A.

(4) 碳酸鍶 (SrCO3，Strontium carbonate)

99.9+%，Aldrich Chemicals Company Inc., U.S.A.

(5) 碳酸鈣 (CaCO₃，Calcium carbonate)

99+%，Aldrich Chemicals Company Inc., U.S.A.

(6) 碳酸鉀 (K₂CO₃，Potassium carbonate) 99%, Merck, U.S.A.

(7) 氧化釔 (Y₂O₃，Yttrium(Ⅲ) oxide)

99.99%，Signa-Aldrich Chemicals Company Inc., USA (8) 氧化鋁 (Al2O3，Aluminum oxide)

99.9%，Aldrich Chemicals Company Inc., USA

(9) 氧化鋅 (ZnO，Zinc oxide)

99.9%，Aldrich Chemicals Company Inc., USA (10) 二氧化矽 (SiO₂，Silicon(Ⅳ) dioxide)

99.6%，~325 mesh，Aldrich Chemicals Company Inc., USA (11) 氧化銪 (Eu₂O₃，Europium(Ⅲ) oxide)

99.9%，Signa-Aldrich Chemicals Company Inc., USA (12) 氧化錳 (MnO，Manganese(Ⅱ) oxide)

99.99+%，Aldrich Chemicals Company Inc., USA (13) 氧化鋱 (Tb4O7，Terbium(Ⅲ,Ⅳ) oxide)

99.9%，Aldrich Chemicals Company Inc., USA

(14) 磷酸氫二銨 ( (NH⁴)²HPO⁴，Di-Ammonium hydrogen phosphate) 99%, Merck, U.S.A.

(15) 硼酸 (H₃BO₃，Boric acid)

99.99%，Aldrich Chemicals Company Inc., USA

4-2 儀器設備

(1) 箱型高溫爐 (High temperature furnaces)

使用新店市陵勝企業公司生產的箱型爐，加熱空間約為 7,056

(4) 真空紫外光激放光譜儀(Vacuum Ultraviolet Photospectrometer) 使用國家同步輻射研究中心(NSRRC) 鄭炳銘博士實驗室BL03A (HF-CGM Hight Flux Beamline)所架設之光致發光光譜量測系統，結 合國家同步輻射研究中心所提供的真空紫外光作為激發光源，以研究

圖 4-1 國家同步輻射研究中心(NSRRC) BL03A (HF-CGM High Flux Beamline) 紫外-可見光光譜儀實驗裝置

(6) 熱場發射掃描式電子顯微鏡(FESEN JSM – 6500F)

使用捷東股份有限公司 (JEOL)所產製之熱場發射掃描詴電子顯 微鏡，機型為 JSM-6500F，電子槍為熱場效型 In-Lens Thermal，放 大倍率為 25 ~ 500,000 倍，加速電壓為 1至 20 KV，解析度為 1.5 nm (@15 KV)、5.0 nm (@1.0 KV)

4-3 實驗步驟與流程

本研究全程是以高溫固態合成法製備螢光粉粉末，將反應物依 其化學計量比例秤量並混合均勻後，再於高溫爐中進行熱處理，在高 溫下藉由離子的擴散而結晶成相。將燒結完成後的粉體均勻研磨，並 利用X光繞射儀確認晶相無誤後，再利用國家同步輻射研究中心所提 供的真空紫外波段光源進行螢光體發光特性之研究。

此合成法為一種廣泛採用的技術，優點為合成步驟容易且產物之 結晶性高，但缺點為產物粒徑大小不均勻，雖然存在上述的問題，但 本研究著重開發新穎的螢光材料，因此選用固態合成法。

此外，本研究大部分樣品的合成尚還需要在還原氣氛中進行，例 如：YBa₃(BO₃)₃:Tb³⁺、Ca₅Al₆O₁₄:Eu²⁺、NaCaPO₄:Eu²⁺、KCaPO₄:Eu²⁺、 Li₄SrCa(SiO₄)₂:Eu²⁺等；本實驗利用高溫管狀爐裝置來進行，並在燒結 過程中提供適當濃度的氫氣以還原摻雜的活化劑離子，以下為各樣品 的合成步驟流程圖。

4-3-1 YBa

₃

(BO

₃

)

₃

:Tb

³⁺

螢光體之合成

依化學計量秤取起始物 Y₂O₃、BaCO₃、H₃BO₃ 與 Tb₄O₉ 進行以下 反應：(1-x)/2Y₂O₃＋3BaCO₃＋H₃BO₃＋x/4 Tb₄O₉ →

(Y_1-xTb_x)Ba₃(BO₃)₃ ＋3 CO₂ (x=0.01~ 0.3)，於瑪瑙研缽研磨均勻後，

放入氧化鋁坩堝中

將氧化鋁坩堝置於箱型高溫爐中，於 5%H₂/95%N₂氣氛下以1000

~ 1100℃燒結8小時

將所得產物均勻研磨後，利用粉末X-ray繞射以鑑定結構，並進行 真空紫外光光譜、色度座標與SEM影像等量測分析

4-3-2 Ca

₅

Al

₆

O

₁₄

:Eu

²⁺

螢光體之合成

依化學計量秤取起始物 CaCO₃、Al₂O₃ 與 Eu₂O₃ 進行以下反應：

5(1-x) CaCO₃＋ 3 Al₂O₃＋ 2.5x Eu₂O₃ → (Ca_1-x,Eu_x)₅Al₆O₁₄＋ 5(1-x) CO₂ (x=0.001~ 0.03)，於瑪瑙研缽研磨均勻後，放入加蓋的氧化鋁 坩堝中

將氧化鋁坩堝置於高溫爐中，以1200℃在空氣下燒結 8小時

將燒結完的產物研磨均勻後，置於舟型坩堝中，利用管狀高溫爐，

於 40%H₂ / 60%N₂ 氣氛下以1000℃退火處理6小時

將所得產物均勻研磨後，利用粉末X-ray繞射以鑑定結構，並進行 真空紫外光光譜、色度座標與SEM影像等量測分析

4-3-3 NaCaPO

₄

:Eu

²⁺

螢光體之合成

依化學計量秤取起始物 CaCO₃、Al₂O₃ 與 Eu₂O₃ 進行以下反應：

12(1-x) CaCO₃＋7 Al₂O₃＋6x Eu₂O₃ →(Ca_1-x,Eu_x)₁₂Al₁₄O₃₃＋12(1-x) CO₂ (x=0.001~ 0.03)，於瑪瑙研缽研磨均勻後，放入加蓋的氧化鋁 坩堝中

將氧化鋁坩堝置於高溫爐中，以1000~1200℃在空氣下燒結 8小時

將燒結完的產物研磨均勻後，置於舟型坩堝中，利用管狀高溫爐，

於 15%H₂/ 85%N₂ 氣氛下以1000℃退火處理6小時

將所得產物均勻研磨後，利用粉末X-ray繞射以鑑定結構，並進行 真空紫外光光譜、色度座標與SEM影像等量測分析

4-3-4 KCaPO

₄

:Eu

²⁺

螢光體之合成

依化學計量秤取起始物 K₂CO₃、CaCO₃、(NH₄)₂HPO₄ 與 Eu₂O₃ 進 行以下反應：0.5 K₂CO₃＋ (1-x) CaCO₃＋(NH₄)₂HPO₄＋ x Eu₂O₃→ K(Ca_1-xEu_x)PO₄＋n CO₂ (x=0.005~ 0.06)，於瑪瑙研缽研磨均勻後，

放入加蓋的氧化鋁坩堝中

將氧化鋁坩堝置於高溫爐中，以1000~1100℃在空氣下燒結 8小時

將燒結完的產物研磨均勻後，置於舟型坩堝中，利用管狀高溫爐，

於 15%H₂ / 85%N₂ 氣氛下以1000℃退火處理6小時

將所得產物均勻研磨後，利用粉末X-ray繞射以鑑定結構，並進行 真空紫外光光譜、色度座標與SEM影像等量測分析

4-3-5 Li

₄

SrCa(SiO

₄

)

₂

:Eu

²⁺

螢光體之合成

依化學計量秤取起始物 Li₂CO₃、SrCO₃、CaCO₃、SiO₂與 Eu₂O₃ 進 行以下反應：0.5Li₂CO₃＋(1-x)SrCO₃＋CaCO₃＋SiO₂＋x/2 Eu₂O₃→ Li₄(Sr_1-xEu_x)Ca(SiO₄)₂＋n CO₂ (x=0.005~ 0.03)，於瑪瑙研缽研磨均 勻後，放入加蓋的氧化鋁坩堝中

將氧化鋁坩堝置於高溫爐中，以700~900℃在空氣下燒結 8小時

將燒結完的產物研磨均勻後，置於舟型坩堝中，利用管狀高溫爐，

於 40%H₂ / 65%N₂ 氣氛下以750℃退火處理6小時

將所得產物均勻研磨後，利用粉末X-ray繞射以鑑定結構，並進行 真空紫外光光譜、色度座標與SEM影像等量測分析

4-3-6 LiZnBO

₃

:Mn

²⁺

螢光體之合成

依化學計量秤取起始物 Li₂CO₃、ZnO₂、H₃BO₃ 與 MnO 進行以下 反應：0.5 Li₂CO₃＋(1-x) ZnO₂＋H₃BO₃＋x MnO→ Li(Zn_1-xMn_x)BO₃

＋0.5 CO₂ (x=0.001~ 0.02)，於瑪瑙研缽研磨均勻後，放入氧化鋁坩 堝中

將氧化鋁坩堝置於箱型高溫爐中，以900℃燒結8小時

將所得產物均勻研磨後，利用粉末X-ray繞射以鑑定結構，並進行 真空紫外光光譜、色度座標與SEM影像等量測分析

在文檔中 新穎供真空紫外光激發螢光體製備與發光特性之研究 (頁 40-52)