實驗一燃燒法合成紅色發(fā)光材料Li2CaSiO4Eu3+完成

1、本科生實驗報告實驗課程 材料設(shè)計與制備綜合實驗 學(xué)院名稱 材料與化學(xué)化工學(xué)院 專業(yè)名稱 材料科學(xué)與工程 學(xué)生姓名 馮有增 學(xué)生學(xué)號 201202040223 指導(dǎo)教師 邱克輝 實驗地點 C201 實驗成績 二一五 年 五 月 二一五 年 六 月填寫說明1、 適用于本科生所有的實驗報告（印制實驗報告冊除外）；2、 專業(yè)填寫為專業(yè)全稱，有專業(yè)方向的用小括號標(biāo)明；3、 格式要求： 用A4紙雙面打?。ǚ饷骐p面打?。┗蛟贏4大小紙上用藍(lán)黑色水筆書寫。 打印排版：正文用宋體小四號，1.5倍行距，頁邊距采取默認(rèn)形式（上下2.54cm，左右2.54cm，頁眉1.5cm，頁腳1.75cm）。字符間距為默認(rèn)值（縮

2、放100%，間距：標(biāo)準(zhǔn)）；頁碼用小五號字底端居中。 具體要求：題目（二號黑體居中）；摘要（“摘要”二字用小二號黑體居中，隔行書寫摘要的文字部分，小4號宋體）；關(guān)鍵詞（隔行頂格書寫“關(guān)鍵詞”三字，提煉3-5個關(guān)鍵詞，用分號隔開，小4號黑體)； 正文部分采用三級標(biāo)題；第1章 ××(小二號黑體居中，段前0.5行)1.1 ×××××小三號黑體×××××（段前、段后0.5行）1.1.1小四號黑體（段前、段后0.5行）參考文獻(xiàn)（黑體小二號居中，段前0.5行），參考文獻(xiàn)用五號宋體，參照參考

3、文獻(xiàn)著錄規(guī)則（GB/T 77142005）。實驗一 燃燒法合成紅色發(fā)光材料Li2CaSiO4:Eu3+一、實驗名稱：燃燒法合成紅色發(fā)光材料Li2CaSiO4:Eu3+二、實驗?zāi)康模?、掌握燃燒法的實驗原理和材料的基本測試方法；2、掌握燃燒法合成Li2CaSiO4:Eu3+粉體的制備過程；3、研究Eu3+濃度變化對熒光粉發(fā)光性能的影響；三、實驗原理燃燒法是指通過前驅(qū)物的燃燒合成材料的一種方法。當(dāng)反應(yīng)物達(dá)到放熱反應(yīng)的點火溫度時，以某種方法點燃，隨后的反應(yīng)即由放出的熱量維持，燃燒產(chǎn)物就是擬制備的目標(biāo)產(chǎn)物。其基本原理是將反應(yīng)原料制成相應(yīng)的硝酸鹽，加入作為燃料的尿素（還原劑），在一定的溫度下加熱一定時間

4、，經(jīng)劇烈的氧化還原反應(yīng)，溢出大量的氣體，進(jìn)而燃燒得到產(chǎn)物。nSi(O2C2H5)4+nH2O= nSi(OH) 4+4nC2H5OH6LiNO3+3Ca(NO3)2+ 3Si(OH) 4+ 12CO(NH2)2 =3Li2CaSiO4+12CO2+4NH3+24H2O+16N2用燃燒法合成發(fā)光材料具有相當(dāng)?shù)倪m用性，燃燒過程產(chǎn)生的氣體還可充當(dāng)還原保護(hù)氣氛，并具備不需要復(fù)雜的外部加熱設(shè)備，工藝過程簡便，反應(yīng)迅速，產(chǎn)品純度高，發(fā)光亮度不易受損，節(jié)省能源等優(yōu)點，是一種很有意義的高效節(jié)能合成方法。四、實驗藥品及儀器藥品：三氧化二銪（Eu2O3），硝酸鈣（Ca(NO3)2·4H2O），尿素，正硅

5、酸乙酯（Si(OC2H5)4），硝酸鋰（LiNO3），濃HNO3，去離子水。儀器：電子天平，量筒，燒杯，移液管，磁力攪拌器，恒溫干燥箱，剛玉坩堝，馬弗爐，X射線粉晶衍射儀（XRD），熒光光譜儀（FL）。五、注意事項1、準(zhǔn)確稱量樣品；2、嚴(yán)格按照實驗流程操作；3、注意安全；六、實驗配比按Li2Ca1-xSiO4:xEu3+ (x=0.03，0.04，0.05，0.06)配比，以Eu3+濃度為變量設(shè)計實驗，實驗共計4組，各實驗藥品質(zhì)量/體積如下表所示：藥品名稱實驗編號質(zhì)量（g/ml）硝酸鋰1、2、3、41.379（g）正硅酸乙酯1、2、3、42.33（ml）尿素1、2、3、42.4（g）乙醇1、2

6、、3、44（ml）硝酸1、2、3、42（滴）/ 1（ml）水1、2、3、42（ml）/ 5（ml）硝酸鈣12.2910（g）22.2670（g）32.2434（g）42.2198（g）氧化銪10.0528（g）20.0704（g）30.0880（g）40.1056（g）七、實驗步驟：1、用量筒量取一定量的正硅酸乙酯溶液緩慢滴加到適量的乙醇和水混合溶液中，并添加少量HNO3作為催化劑，置于磁力攪拌器上常溫攪拌0.5小時，得到正硅酸乙酯的水解溶液A；2、按Li2Ca1-xSiO4:xEu3+ (x=0.05，0.07，0.9，0.11)化學(xué)計量比，精確稱取各原料。3、將稱取的Eu2O3溶解于濃HN

7、O3（需要用電爐加熱）得到溶液B，將事先稱好的Ca(NO3)2·4H2O、LiNO3溶于適量水，配成溶液C； 4、將B、C溶液加入到溶液A中，再加入稱量好的尿素，在75繼續(xù)加熱攪拌0.5小時左右，得無色凝膠；5、將上述溶膠快速轉(zhuǎn)移到剛玉坩堝中，置于馬弗爐中，于700恒溫焙燒1小時后取出得白色粉末樣品；6、采用XRD、FL等測試方法對樣品進(jìn)行測試分析。八、實驗流程簡圖：九、實驗現(xiàn)象觀察與記錄觀察記錄溶解、攪拌過程中的實驗現(xiàn)象，對得到的樣品性狀特征進(jìn)行描述。在暗室中，通過紫外燈照射合成樣品，初步觀察樣品的發(fā)光亮度和發(fā)光顏色，對不同實驗條件下合成樣品的發(fā)光情況進(jìn)行相互對比，來觀察不同的實驗

8、條件對合成樣品發(fā)光情況的影響。十、測試與分析將合成樣品進(jìn)行X射線衍射、熒光光譜等測試，進(jìn)行合成物的物相組成、發(fā)光性能等分析，分析了解樣品的發(fā)光性能與合成工藝參數(shù)之間的關(guān)系。1、不同實驗配比對樣品物相的影響燃燒法所得系列樣品Li2Ca1-xSiO4:xEu3+ (x=0.03，0.04，0.05，0.06)的衍射圖譜如圖1所示。圖1由圖可知，Li2Ca1-xSiO4:xEu3+ 的不同實驗配比（x=0.03，0.04，0.05，0.06)，對樣品的物相結(jié)構(gòu)沒有明顯的改變，由Jade軟件對x=0.03，x=0.04，x=0.05，x=0.06這4組不同配比樣品的XRD圖譜進(jìn)行分

9、析，結(jié)果顯示樣品的衍射數(shù)據(jù)與Li2CaSiO4的標(biāo)準(zhǔn)卡(JCPDS NO.27-0290)基本相同，且4組樣品的XRD峰位及其大小銳度也十分相似。說明不同實驗配比（x=0.03，0.04，0.05，0.06)對燃燒法制得的樣品的物相結(jié)構(gòu)沒有明顯影響。2、Li2CaSiO4: Eu3+發(fā)光性能下圖2為Li2CaSiO4:Eu3+的發(fā)光性能圖譜。由圖2，Li2CaSiO4:Eu3+在紫外光的激發(fā)下，其發(fā)光最強銳的峰線位于392nm，即樣品在波長為392nm光的激發(fā)下發(fā)出的光強度最強；圖3是在392nm紫外光的激發(fā)下的激發(fā)光譜，Li2CaSiO4:Eu3+的主發(fā)射峰位于620nm，發(fā)射的光

10、為紅光波段，即樣品在紫外光的激發(fā)下發(fā)紅光。圖2 圖33、Eu3+濃度對發(fā)光性能的影響Li2CaSiO4:Eu3+是以Eu3+離子為發(fā)光中心的發(fā)光材料，所以Eu3+離子濃度對材料性能十分重要。本實驗針對不同Eu3+濃度進(jìn)行了實驗，觀察Eu3+摻雜濃度的變化對發(fā)光材料的影響。圖4從圖4中可以看出，在不同的Eu3+摻量下，樣品的激發(fā)光譜形狀基本相同，發(fā)光最強銳的峰線位于392nm。說明不同的Eu3+摻量下，樣品均是在波長為392nm光的激發(fā)下發(fā)出的光強度最強。但在固定波長光的激發(fā)下，Eu3+摻量從x=0.03增加到x=0.04，樣品激發(fā)強度減小；當(dāng)x=0.05增加到x=0.06時，樣品激發(fā)強度增大。

11、圖5從圖5中可以看出，在不同的Eu3+摻量下，樣品的發(fā)射光譜形狀基本相同， 發(fā)射主峰均位于620nm。當(dāng)稀土Eu3+摻量從x=0.03增加到x=0.04時，樣品的發(fā)射光譜強度逐漸減弱；當(dāng)Eu3+摻量從x=0.05增加到x=0. 06時，樣品的發(fā)射光譜強度則逐漸增強。當(dāng)Eu3+的摻量在x=0.06時，樣品的發(fā)光亮度以及余輝時間都比較大。 這是因為Eu3+離子的摻量越高，將具有更多的摻雜離子進(jìn)入基質(zhì)晶格，形成更多的發(fā)光中心，促進(jìn)發(fā)光亮度的提高。在這過程中，Eu3+的輻射躍遷占據(jù)主導(dǎo)地位，所以發(fā)光強度隨著Eu3+的摻量提高呈現(xiàn)急劇的增長趨勢。十一、 實驗結(jié)論本實驗采用燃

12、燒法合成紅色發(fā)光材料Li2CaSiO4:Eu3+，探究了實驗配比和不同熱處理方法對實驗制得樣品的物相結(jié)構(gòu)和發(fā)光性能的影響。經(jīng)過相關(guān)的分析得出結(jié)論如下：  燃燒法制備Li2Ca1-xSiO4:xEu3+ ，實驗配比的不同(x=0.03，0.04，0.05，0.06)對物相結(jié)構(gòu)沒有明顯影響，其激發(fā)光譜和發(fā)射光譜的形狀基本相同；但實驗配比影響發(fā)光強度，實驗證明Li2Ca1-xSiO4:xEu3+ 當(dāng)x=0.06具有最強的發(fā)光強度。 實驗二 溶膠凝膠法合成紅色發(fā)光材料Bi4Si3O12:Eu3+一、 實驗名稱：溶膠凝膠法合成紅色發(fā)光材料Bi4Si3O1

13、2:Eu3+二、實驗?zāi)康模?、掌握溶膠凝膠法的實驗原理和材料的基本測試方法；2、掌握溶膠凝膠法合成Bi4Si3O12:Eu3+粉體的制備過程；3、研究Eu3+濃度變化對熒光粉發(fā)光性能的影響；三、實驗原理溶膠凝膠法就是用含高化學(xué)活性組分的化合物作前驅(qū)體，在液相下將這些原料均勻混合，并進(jìn)行水解、縮合化學(xué)反應(yīng)，在溶液中形成穩(wěn)定的透明溶膠體系，溶膠經(jīng)陳化膠粒間緩慢聚合，形成三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠，凝膠網(wǎng)絡(luò)間充滿了失去流動性的溶劑，形成凝膠。凝膠經(jīng)過干燥、燒結(jié)固化制備出分子乃至納米亞結(jié)構(gòu)的材料。一般是將酯類化合物或金屬醇鹽溶于有機溶劑中，形成均勻的溶液，然后加入其他組分，在一定溫度下反應(yīng)形成凝膠，最后經(jīng)

14、干燥處理制成產(chǎn)品。其最基本的反應(yīng)是：1、水解反應(yīng)：M(OR)n + xH2O M (OH) x (OR) nx + xROH2、聚合反應(yīng)：MOH + HOM MOM+H2OMOR + HOM MOM+ROH溶膠凝膠法與其它方法相比具有許多獨特的優(yōu)點： 1、由于溶膠凝膠法中所用的原料首先被分散到溶劑中而形成低粘度的溶液，因此，就可以在很短的時間內(nèi)獲得分子水平的均勻性，在形成凝膠時，反應(yīng)物之間很可能是在分子水平上被均勻地混合。 2、由于經(jīng)過溶液反應(yīng)步驟，那么就很容易均勻定量地?fù)饺胍恍┪⒘吭兀瑢崿F(xiàn)分子水平上的均勻摻雜。 3、與固相反應(yīng)相比，化學(xué)反應(yīng)將容易進(jìn)行，而且僅需要較低的合成溫度，一般認(rèn)為溶膠

15、-凝膠體系中組分的擴散在納米范圍內(nèi)，而固相反應(yīng)時組分?jǐn)U散是在微米范圍內(nèi)，因此反應(yīng)容易進(jìn)行，溫度較低。 4、選擇合適的條件可以制備各種新型材料。 溶膠-凝膠法也存在某些問題： 通常整個溶膠凝膠過程所需時間較長（主要指陳化時間），常需要幾天或者幾周；還有就是凝膠中存在大量微孔，在干燥過程中又將會逸出許多氣體及有機物，并產(chǎn)生收縮。四、實驗藥品及儀器藥品：Eu2O3（氧化鈾）、BiN3O9.5H2O(五水硝酸鉍)、TEO(正硅酸乙酯)、稀硝酸（HNO3）、乙醇、檸檬酸、去離子水儀器：電子天平，量筒，燒杯，移液管，磁力攪拌器，恒溫干燥箱，剛玉坩堝，馬弗爐，X射線粉晶衍射儀（XRD），熒光光譜儀（FL）。

16、五、實驗配比按(Bi1-xEux)4Si3O12 (x=0.01,0.015,0.02,0.025) 為配比，以Eu3+濃度為變量設(shè)計實驗，實驗共計4組，各實驗藥品質(zhì)量/體積如下表所示：藥品名稱實驗編號質(zhì)量（g/ml）正硅酸乙酯1-93.3637（ml）乙醇1-93.3637（ml）硝酸1-92（滴）/ 2（ml）水1-92（ml）/ 5（ml）檸檬酸1-92.1024g五水硝酸鉍19.6044（g）29.5559（g）39.5074（g）49.4104（g）氧化銪10.0352（g）20.0528（g）30.0704（g）40.1056（g）六、注意事項：1、準(zhǔn)確稱量樣品；2、嚴(yán)格按照實驗流

17、程操作；3、注意安全；七、實驗步驟：1、用量筒量取一定量的正硅酸乙酯溶液緩慢滴加到適量的乙醇和水混合溶液中，稱取一定量的檸檬酸加入，置于磁力攪拌器上常溫攪拌30分鐘，得到正硅酸乙酯的水解溶液A；2、按(Bi1-xEux)4Si3O12 (x=0.01,0.015,0.02,0.025)化學(xué)計量比，精確稱取各原料。3、將稱取的Eu2O3溶解于濃HNO3（需要用電爐加熱）得到溶液B，將事先稱好的BiN3O9.5H2O溶于適量水，配成溶液C； 4、將B溶液加入到溶液C中，在75繼續(xù)加熱攪拌0.5小時左右，得無色透明液體；5、將A溶液倒入B、C混合液中，在磁力攪拌器攪拌10分鐘，靜置形成透明凝膠，置于

18、干燥箱中，于70恒溫干燥24小時后取出；轉(zhuǎn)移至剛玉坩堝中，在880的馬弗爐中保溫燃燒5h，取出得到白色粉末樣品。6、采用XRD、FL等測試方法對樣品進(jìn)行測試分析。八、實驗現(xiàn)象觀察與記錄觀察記錄溶解、攪拌過程中的實驗現(xiàn)象，對得到的樣品性狀特征進(jìn)行描述。在暗室中，通過紫外燈照射合成樣品，初步觀察樣品的發(fā)光亮度和發(fā)光顏色，對不同實驗條件下合成樣品的發(fā)光情況進(jìn)行相互對比，來觀察不同的實驗條件對合成樣品發(fā)光情況的影響。九、測試與分析將合成樣品進(jìn)行X射線衍射、熒光光譜等測試，進(jìn)行合成物的物相組成、發(fā)光性能等分析，分析了解樣品的發(fā)光性能與合成工藝參數(shù)之間的關(guān)系。1、不同實驗配比對樣品物相的影響溶膠凝膠法合成

19、紅系列色發(fā)光材料(Bi1-xEux)4Si3O12 (x=0.01,0.015,0.02,0.025)的衍射圖譜如圖1所示。圖1由圖可知，(Bi1-xEux)4Si3O12的不同實驗配比(x=0.01,0.015,0.02,0.025)，對樣品的物相結(jié)構(gòu)沒有明顯的改變，由Jade軟件對x=0.01,0.015,0.02,0.025這4組不同配比樣品的XRD圖譜進(jìn)行分析，結(jié)果顯示4組樣品的XRD峰位及其大小銳度也十分相似。說明不同實驗配比（x=0.01,0.015,0.02,0.025)對燃燒法制得的樣品的物相結(jié)構(gòu)沒有明顯影響。2、Bi4Si3O12:Eu3+發(fā)光性能 圖2 圖3上圖2為Bi4S

20、i3O12:Eu3+的發(fā)光性能圖譜。由圖2，Bi4Si3O12:Eu3+在紫外光的激發(fā)下，其發(fā)光最強銳的峰線位于267nm，即樣品在波長為267nm光的激發(fā)下發(fā)出的光強度最強；圖3是在267nm紫外光的激發(fā)下的激發(fā)光譜，Bi4Si3O12:Eu3+的主發(fā)射峰位于614nm和595nm處，發(fā)射的光為紅光波段，即樣品在紫外光的激發(fā)下發(fā)紅光。3、Eu3+濃度對發(fā)光性能的影響B(tài)i4Si3O12:Eu3+是以Eu3+離子為發(fā)光中心的發(fā)光材料，所以Eu3+離子濃度對材料性能十分重要。本實驗針對不同Eu3+濃度進(jìn)行了實驗，觀察Eu3+摻雜濃度的變化對發(fā)光材料的影響。圖4從圖4中可以看出，在不同的Eu3+摻量下，樣品的激發(fā)光譜形狀基本相同，發(fā)光最強銳的峰線位于267nm。說明不同的Eu3+摻量下，樣品均是在波長為267nm光的激發(fā)下發(fā)出的光強度最強。但在固定波長光的激發(fā)下，Eu3+摻量從x=0.01增加到x=0.02，樣品激發(fā)強度增強；當(dāng)x=0.02增加到x=0.025時，樣品激發(fā)強度反而減小，因此在x=0.02處最大。圖5從圖5中可以看出，在不同的Eu3+摻量下，樣品的發(fā)射光譜形狀基本相同， 發(fā)射主峰均位于614nm和595nm處。當(dāng)稀土Eu3+摻量從x=0.01增加到x=0.02時，