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5-2-5 溶液濃度對螢光粉微結構與光譜效應之研究

本論文針對磷酸氫二銨為磷來源之噴霧乾燥法製程,所調配前驅 物溶液濃度分別為 5 %、10 %、18 %與 26 %,噴霧乾燥機操作條件 如表 8 第二至五項所述。

前驅物溶液濃度為 5 %、10 %,在各種溫度燒結所得到產物之

SEM 影像(圖 85、86),由於溶液濃度較低,霧化後之單位體積液滴 之濃度亦低,在乾燥過程中,溶劑之擴散與汽化速度較溶質之擴散速 度快許多,導致濃度較小之液滴,在溶劑汽化乾燥後,溶質內聚擴散 未達到平衡,再加上此前驅物所形成之殼層較柔軟,而使得乾燥後粒 子有如洩氣後的皮球,此特徵甚至經過 1200℃燒結仍依舊,不會因 為高溫燒結而導致結構崩潰,產生碎片;我們在 PL 光譜中(圖 87、

88)發現,此二種不同前驅物溶液濃度之產物,其 1100-1200℃燒結產 物之激發或放射峰強度相近,而且其強度都高於 1300℃燒結產物,

推測這是由於此燒結溫度範圍所製備之粉體有較佳之分散效果與較 小的粒徑,而高溫(1300℃)燒結使得產物結晶度佳,但是造成粒子凝 聚、粒徑過大、形狀不均勻,而導致激發與放射強度減弱。

本研究發現:濃度為 18 %之前驅物溶液經過噴霧乾燥製程後,

可得具最佳分散、球狀、粒徑小(0.4-3μm)晶粒之粉體。如圖 76 所示,

在經過 1200℃燒結後,雖然較小之粒子開始凝聚,但是仍保留大部 分球體形狀,低於 1100℃燒結可得到微結構更佳之粉體,其他溶液 濃度之噴霧乾燥製程,在高於 1200℃的燒結,就會得到凝聚較嚴重 或是晶粒外觀不佳的產物,所以推測前驅物溶液濃度在本製程中,其 霧化液滴之溶劑擴散和汽化,與溶質擴散可達到最佳平衡,所以有最 佳的效果。從圖 74 與 75 PL 光譜中可發現,低溫(1100℃)燒結所得到

產物,其微結構之優勢遠高於高溫(1300℃)燒結之結晶度優勢,而有 較強之吸收與發射峰強度;結晶度更差之 1000℃燒結產物,亦仗著 優越之微結構優勢,使得其吸收與發射峰強度高於 1300℃燒結產物。

濃度較高(26%)之前驅物溶液,分析其 SEM 影像(圖 89)發現:粉 體晶粒較不規則,晶粒表面不平整,而 1100℃製得之產物,呈凝聚 現象,經 1300℃燒結後,凝聚的現象更嚴重,導致粒徑增大;這種 現象,是由於較高濃度之霧化液滴,在乾燥過程中溶劑迅速汽化使粒 子乾燥,而缺乏溶劑當介質的情況下,溶質無法擴散修飾粒子外觀,

導致粒子形狀不規則,而且粒徑愈小之粒子,粉體乾燥時間愈短,溶 質迅速成形,無法修飾粒子外觀形狀,導致粒徑愈小之粒子,其形狀 愈不規則。在 SEM 影像中,我們發現 1000-1200℃的燒結溫度所合成 產物,較不易發生粒子聚集的現象,且較具球形外觀,造成其 PL 光 譜(圖 90)中之激發與放射峰強度高於 1300℃燒結之產物。

我們將上述四種前驅物溶液濃度,各取其 1100℃燒結之產物,

作吸收與發射峰強度的比較(圖 91),如預期地,濃度為 18 %之前驅 物溶液經過噴霧乾燥製程後,可得最佳之分散、球狀、粒徑小(0.4-3 μm)之粉體,以致於有最強之激發與放射峰峰強度。

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