水热法制备CaWO4：Dy3+蓝白光荧光粉

项目名称：水热法制备CaWO4:Dy3+蓝白光荧光粉系别：

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时间:2014年11月30日

材料专业综合设计实验报告

水热法制备CaWO4:Dy3+蓝白光荧光粉

1实验目的

1）熟悉和掌握CaWO4:Dy3+荧光粉材料制备工艺过程及原理及性能测试与结构表征；

2）理解水热法工艺因素对材料性质与结构的影响；

3）培养学生的创新意识、创新能力、科学态度，使其具有较强动手实践能力、初步的科研开发能力和科技研究能力；

4）培养学生综合设计实验的能力，提高分析问题、解决问题和动手能力，为学生毕业后从事材料生产与检测奠定基础。

2实验原理及步骤

2.1 概论

白光LED因具有体积小、能耗少、寿命长、反应速度快，环保等优点被誉为第四代照明光源，前实现产业化的光转换型白光LED技术主要有：一是用GaInN芯片的蓝光与黄色荧光粉混合发出或GaInN芯片的蓝光与其激发红绿色荧光粉的红绿光混合成白光；二是用紫外、近紫外的GaInN芯激发RGB三基色荧光粉得到白光。然而，在“蓝光LED+黄色荧光粉”结构中，因缺乏红色荧光粉导致显色指数低、色彩还原性差等问题；在“蓝光LED+红绿荧光粉”结构中，绿色荧光粉的发光效率基本上能满足需要，但红色荧光粉的效率要有较大提高；在“紫外、近紫外LED+三基色荧光粉”结构中，三种荧光粉的效率都需要较大提高，其中红色荧光粉的效率最低。因此研究一种发光效率高、发光稳定性好的红色荧光粉，用于“蓝光LED+红绿荧光粉”体系和“紫外、近紫外LED+三基色荧光粉”体系或者补充“蓝光LED+黄色荧光粉”系统缺少的红色部分都是很有意义的。

LED用荧光粉可分为有机材料和无机材料。综合材料的制备、物理、化学及发光特性等因素后，无机材料荧光粉成为人们研究和应用的重点。传统的蓝光激发Ce3+钇铝石榴石荧光粉不耐高温，发生红移时发光功效也随之降低。为了获得低成本、高性能的LED，人们断地研发新的基质荧光粉，主要包括硫化物、氮化物及氮氧化物、铝酸盐、钨酸盐、硅酸盐等。白钨矿型钨酸盐和钼酸盐AMO4(A=Ca、Sr、Ba等;M=Mo、W)晶体是典型的荧光材料,其发光起源于具有四面体结构的MO42-配离子,其中M6+位于四面体的中心,4个O2-位于四面体的4个顶角。白钨矿型钨钼酸盐在发光二极管、超大屏幕显示器、激光器基质等方面具有广泛的应用。

CaWO4是一种典型的自激活的发光材料，具有较高的能量分辨率和低温光产额，所以在低温探测方面，CaWO4粉体是一种很好的发光基质材料，目前常用在工业上的荧光灯和氖灯等。目前已报道的制备CaWO4粉体的方法有高温固相法、微波热法、水热法、沉淀法、微乳液法和模板法等。均相共沉淀法对原料的纯度要求高，合成路线长，过程中容易已引入杂质，呈胶体状的沉淀难于洗涤和过滤，沉淀剂的选择较复杂，这样可能会导致发光材料的发光纯度不高，量子效率较低等。燃烧合成法很难控制反应的进程和反应的速度。溶胶—凝胶法原材料的成本昂贵。高温固相法能耗大，

反应时间长且不完全，使得产物粒径偏大，分布不均匀，比较容易出现团聚现象，以及容易存在杂相等，难以得到满意的粒度。水热法可以制备出的粒子纯度高、分散性好、晶形好、分布均匀并且不需要煅烧和研磨，多数情况下形貌可控等特点。

由于Dy3+激活的荧光材料在蓝光和黄光区呈现强的发射，因而在荧光和固态激光技术领域具有较好的应用前景。虽然Dy3+掺杂的荧光体系研究较多，但目前还未见其掺杂CaWO4微晶体系及其性能的相关报道。基于此，本实验采用水热法制备不同浓度Dy3+掺杂的CaWO4荧光体,考察掺杂Dy3+浓度对制备的CaWO4：Dy3+粉体微结构和发光性能的影响。

2.2实验仪器设备及原料

2.3实验步骤

1）准备好实验所需的药品及容器；

2）按目标产物Ca1-x WO4：Dy3+x的化学计量比精确地称取Dy2O3+ HNO3、Ca(NO3)2、Na2WO4、；

首先称量0.0288gCTAB，在分别称量Dy2O3+ HNO3，x：0.006、0.008、0.01、0.03、0.05、

0.07、0.09和对应的Ca(NO3)2，在放入磁力搅拌器中搅拌加入Na2WO4，然后分别加入0.5mL

HN3·H2O；

3）将制备好的溶液放入恒温干燥箱中200℃条件下水热反应20h；

4）将水热反应过的溶液过滤5遍，得Ca1-x WO4：Dy3+x；

5）将Ca1-x WO4：Dy3+x置于110℃恒温干燥箱中干燥得到Ca1-x WO4：Dy3+x荧光粉；

6）将粉体用荧光光谱仪、XRD、SEM进行表征。

实验流程如图1所示，具体实验数据见表1。

图1 实验流程图

2.4实验方法原理

水热反应过程是指在一定的温度和压力下，在水、水溶液或蒸汽等流体中所进行有关化学反应的总称。按水热反应的温度进行分类，可以分为亚临界反应和超临界反应，前者反应温度在100～240℃之间，适于工业或实验室操作。后者实验温度已高达1000℃，压强高达0.3Gpa，足利用作为反应介质的水在超临界状态下的性质和反应物质在高温高压水热条件下的特殊性质进行合成反应。在水热条件下，水可以作为一种化学组分起作用并参加反应，既是溶剂又是矿化剂同时还可作为压力传递介质；通过参加渗析反应和控制物理化学因素等，实现无机化台物的形成和改性．既可制备单组分微小晶体，又可制备双组分或多组分的特殊化合物粉末。克服某些高温制备不可避免的硬团聚等，其具有粉末细(纳米级)、纯度高、分散性好、均匀、分布窄、无团聚、晶型好、形状可控和利于环境净化等特点。

水热法的优点：

(1)合成的晶体具有晶面，热应力较小，内部缺陷少。其包裹体与天然宝石的十分相近。

(2)密闭的容器中进行，无法观察生长过程，不直观；

(3)设备要求高（耐高温高压的钢材，耐腐蚀的内衬）、技术难度大（温压控制严格）、成本高；