Sr2CeO4熒光材料

1、溶膠凝膠法合成納米稀土發(fā)光材料及發(fā)光性能測定姓名: 羅志勇 學號:20042401143同組成員：李茂、唐律、張劍康 實驗日期：5月16日1、引言發(fā)光材料種類繁多，自然界中很多物質都具有不同程度的發(fā)光現象。比較有效的發(fā)光材料既有無機物，也有有機物；既有固體，也有液體和氣體。但在當代顯示技術中實際應用的發(fā)光材料，主要還是固體無機化合物。物質的發(fā)光可由多種外界作用引起。如電磁輻射作用引起的光致發(fā)光，電場或電流作用引起的電致發(fā)光，化學反應引起的化學發(fā)光，生物過程引起的生物發(fā)光。甚至還有摩擦和結晶過程引起的熱致發(fā)光等。不同的發(fā)光材料可發(fā)出不同顏色的光。其發(fā)光顏色是由發(fā)光材料的發(fā)射光譜決定的。發(fā)射光譜可

2、分為以下三種類型：寬帶，發(fā)射光譜的半寬約為100nm，如CaWO4；窄帶，發(fā)射光譜的半寬約為50nm，如Sr2(PO4)Cl:Eu3+；線譜，發(fā)射光譜的半寬約為0.1nm，如GeVO4:Eu3+。一個發(fā)光材料的發(fā)射光譜究竟屬于哪一個種類，這既與基質有關，又于雜質有關。而且，隨著基質的改變，發(fā)光顏色也可改變。表征發(fā)光材料發(fā)光特征的另一性質是發(fā)光強度，也就是發(fā)光材料的發(fā)光能力。通常用發(fā)光效率來表示。發(fā)光效率通常又分量子效率、能量效率和光度效率。量子效率是指發(fā)光的量子數與激發(fā)源輸入的量子數之比；能量效率是指發(fā)光的能量與激發(fā)光源輸入的能量的比值；光度效率是指發(fā)光的流明數與激發(fā)源輸入的能量的比值。發(fā)光效

3、率除與發(fā)光材料本身的性質有關外，還強烈受材料中的微量雜質的影響。發(fā)光材料受光照后發(fā)光的持續(xù)時間也很不一樣。發(fā)光持續(xù)時間最短者，其余暉時間小于1s；余暉時間最長者，可超過1s。顯然，如發(fā)出的是熒光，其發(fā)光持續(xù)時間(余暉)將較短；發(fā)光材料如發(fā)出的是磷光，其余暉時間將較長。稀土發(fā)光材料的合成方法，在傳統上主要是高溫固相反應法，但是這種方法存在著一些固有的缺點，對發(fā)光材料的性能產生很大的影響。近年來，隨著科學技術的發(fā)展，從降低成本、簡化工藝、縮短反應時間、產物顆粒狀態(tài)可控等目的出發(fā)，已經探索出新的稀土發(fā)光材料的制備方法，主要有高溫固相反應法、溶膠-凝膠法、水熱合成法、化學沉淀法、微波合成法和燃燒合成法

4、等。高溫固相合成法可以制備出表面缺陷少、余暉效率高的發(fā)光材料，但是工藝成本較高，反應時間長，粒子容易團聚等等缺點導致材料的發(fā)光性能降低。高溫固相反應法已經成功的合成出(Y,Gd)2O3:Eu、YAl3B4O12:Eu/Tb、YBO3:Eu等多種發(fā)光材料。溶膠-凝膠法可以合成出化學均勻性好、純度高、在分子等級混合的發(fā)光材料，而且可以很好的控制材料的粒度，但是這種方法的處理時間較長，原料的成本高且原料毒性較大等缺點。溶膠-凝膠法也已經成功地合成了Y2SiO7:Eu；SiO2:Dy,Al等。水熱合成法的反應條件溫和，合成溫度低，含氧量小，產物晶體缺陷不明顯且產物的顆粒較細，體系穩(wěn)定。但是產物的發(fā)光強

5、度較弱，反應周期長，過程復雜。水熱合成法成功地合成了LaPO4:Ln、NaGdF4:Eu3+等。另外的幾種合成方法均可以合成出具有不同性質的發(fā)光材料，但是各種方法均具有不同程度的缺點，正式投入生產還需要進一步的改進，所以現在稀土發(fā)光材料的制備主要還是以上所述的三種方法。本實驗主要利用溶膠-凝膠法合成Sr2CeO4發(fā)光材料，并掌握溶膠-凝膠法的具體操作和發(fā)光材料發(fā)光性能的測定，進一步學習納米材料的表征技術。2、實驗方法：2.1儀器和藥品：碳酸鍶、硝酸、硝酸鈰、檸檬酸、聚乙二醇、水浴箱、烘箱、馬福爐、X射線粉末衍射儀、發(fā)射光譜儀2.2實驗步驟：混合液的制備：將按計算量稱量得到的藥品Ce(NO)31

6、.6596g、Sr(NO)31.5117g溶解在硝酸水溶液中，其中硝酸和水的比例為1:4，充分攪拌使固體全部溶解。2.2.2溶膠的制備：以每秒鐘2滴的速度加入含4.6125g檸檬酸的溶液與上述混合液中，攪拌均勻；然后加入3mL聚乙二醇攪拌至均相。2.2.3凝膠的制備：將上述溶膠至于75水浴之中，攪拌至溶液蒸干，形成凝膠；將凝膠至于烘箱中烘干，待用。2.2.4凝膠粉末的熱處理：將得到的凝膠粉末至于500馬福爐中焙燒2h，升溫至900再焙燒2h，然后冷卻至室溫。得到所要合成的納米材料。2.2.5產物的性能測定：對得到的樣品進行XRD檢測，得到衍射圖譜。然后在發(fā)射光譜儀上記錄激發(fā)和發(fā)射光譜。3、實驗

7、結果與討論3.1實驗結果：產物XRD圖譜以及產物粒徑的計算峰位d值峰高半高寬(°)面積積分強度積分寬度相對強度粒徑大小(nm)25.2003.5345250.18899930.17710046.1925.8003.4532620.19651400.1535044.5328.5003.1324570.2541161000.2198735.2029.4003.0382020.42786180.0893821.1244.1502.0511400.28239380.2712738.8347.4001.9182150.476102150.0704124.3956.2501.6351470.39

8、758400.2722835.62產物發(fā)射光譜與激發(fā)光譜.1發(fā)射光譜：從產物的發(fā)射光譜分析，產物的發(fā)射光譜為一寬帶，最大峰位于467nm，與文獻3值(475nm)較接近。發(fā)射譜是在固定的激發(fā)波長276nm下測定的。.2激發(fā)光譜：從產物的激發(fā)光譜分析，產物的發(fā)射光譜中有一最高峰，在278nm附近；有一低谷，在320nm附近。文獻3報道產物的激發(fā)光譜是一個由兩個峰組成的寬帶?？赡苁俏墨I中產物的粒徑較大(1000-5000nm)，已經超出納米材料范圍，所以得到的激發(fā)光譜與本實驗的有所出入。激發(fā)譜以470nm發(fā)射為檢測波長。3.2實驗討論試討論本實驗過程中所加入的檸檬酸在材料制備過程中所起的作用及其對

9、產物結構的影響。 檸檬酸作為絡合劑添加在納米稀土發(fā)光材料的合成中，其作用是與金屬離子形成配合物，使多種金屬離子達到原子級水平的混合，為發(fā)光體的制備提供組成和分布均勻的前驅物，從而降低后處理中焙燒的溫度，大大節(jié)省制備過程的能耗。還可以較容易得到純相、組成均勻的試樣。這個優(yōu)點使得溶膠-凝膠法成為納米發(fā)光材料的主要合成方法。據文獻報道,產物的粒徑隨檸檬酸的濃度增大而增大，同時使產物的比表面積減少。當檸檬酸與金屬離子的物質的量之比高于1:2時，產物有明顯的團聚現象，這也是上述產物粒徑增大和比表面積減少的原因。在不加檸檬酸的情況下，產物團聚現象更加嚴重，所以加入一定量的檸檬酸是有利于納米材料的合成的，但

10、是這個比例應控制在1:2以內。試討論產物中所添加的稀土元素對發(fā)光性能的影響。以稀土元素化合物為基質或者以稀土元素化合物為激活劑的發(fā)光材料屬于熒光材料，即稀土熒光粉。稀土元素原子具有豐富的電子能級，其原子的電子構型中存在4f軌道，當4f軌道電子從高的能級以輻射弛豫的方式躍遷至低能級時就發(fā)出不同波長的光，為多種能級躍遷創(chuàng)造了條件，從而獲得多種發(fā)光性能。稀土元素發(fā)光材料的優(yōu)點在于吸收能力強，轉換率高，可發(fā)射從紫外到紅外的光譜，在可見光區(qū)內，有很強的發(fā)射能力，且物理化學性質穩(wěn)定。目前彩色顯像管中的紅粉普遍使用Y2O2S:Eu磷光體，粒度在6000-8000nm；綠色熒光粉為Y3Al5O12:Tb和Y3

11、(Al,Ga)5O12:Tb；而藍色發(fā)光體現在則是以本實驗所合成的Sr2CeO4為研究熱點?，F在市售的節(jié)能燈均以摻三價銪、摻二價銪和摻三價鈰和鋱的稀土發(fā)光粉為材料發(fā)出白光或者其他顏色的光。11瓦的節(jié)能燈的亮度相當于60瓦白熾燈的亮度。稀土元素的有機絡合物在紫外線的照射下，發(fā)光度高，單色性好，光熱穩(wěn)定，不易老化，且易于分散到各種溶劑中和有機材料中，因此可以做成稀土紫外熒光防偽油墨，稀土有機絡合物熒光防偽技術與激光防偽技術聯用，進行綜合防偽。在具有未充滿4f電子的三價稀土元素離子中，共有1639個能級，不同能級間的躍遷數目達到192177個，由此可見，稀土元素是一個巨大的發(fā)光庫，但目前只有少量的躍

12、遷用于發(fā)光材料，不同的躍遷所產生的不同的發(fā)光性質，可以用于不同的領域，進一步開發(fā)稀土元素發(fā)光材料，具有歷史的意義。而且從基質和激活劑兩個角度考慮可以綜合制備出性能優(yōu)越的稀土發(fā)光材料，加之納米材料的特殊性能，可以使稀土發(fā)光材料更具魅力。參考文獻：1姜月順,李鐵津.光化學.北京:化學工業(yè)出版社,20052張建成,王奪元.現代光化學.北京:化學工業(yè)出版社,20063于敏等.溶膠-凝膠法合成Sr2CeO4及其發(fā)光性能的研究.發(fā)光學報,2003,24(1):91-944李曉微等.稀土發(fā)光材料的研究與展望.中國材料科技與設備,2007,2:20-225揣曉紅等.Sr2CeO4:Eu3+檸檬酸-凝膠法的合成及發(fā)光性質研究.無機化學學報,2003,19(5):462-4666蘇文斌等.稀土元素發(fā)光特性及其應用.化學研究,2001,12(4):55-597邱克輝等.SrAl2O4:Tb3+,Ce3+發(fā)光材料的合成與發(fā)光特性.發(fā)光學報,2004,25(2):187-2108趙淑金等.凝膠法制備稀土摻雜的超細SrAl2O4基發(fā)光材料及其性能研究.硅酸鹽學報,2002,30(6):771-7749袁羲明等.溶膠-凝膠法制備鋁酸鍶發(fā)光材料.材料開發(fā)與應用,2002,17(5):26-2910LIN