稀土掺杂铝酸锶荧光材料的制备

目录

1 引言 (2)

1.1 稀土荧光材料的概述 (2)

1.2 稀土离子的发光颜色 (3)

1.3 荧光材料发光的主要原理 (3)

1.4稀土荧光材料的制备方法 (3)

1.4.1水热合成法 (3)

1.4.2高温固相反应法 (3)

1.4.3燃烧法 (3)

1.4.4共沉淀法 (3)

2 实验部分 (4)

2.1 实验仪器、药品 (4)

2.2 实验过程 (4)

2.2.1 溶液的配置 (4)

2.2.2 实验步骤 (4)

3 结果与讨论 (5)

3.1 水热合成制备稀土荧光材料 (5)

3.2燃烧法制备稀土荧光材料 (6)

4 实验结论 (8)

参考文献 (8)

致谢 (9)

稀土掺杂铝酸锶荧光材料的制备

陈晓娟指导老师：陈志胜

摘要目的：制备稀土掺杂铝酸锶荧光材料方法：采用水热合成与共沉淀法结

合法和燃烧法。水热合成与共沉淀结合法：硝酸铝和铝酸锶的混合溶液中加入不

同的两种或两种以上的稀土元素硝酸盐溶液，以氨水为沉淀剂调节溶液的pH值，

将产物沉淀后放入水热反应釜中140 ℃反应12 h，使反应充分并沉淀完全。燃烧

法：硝酸铝和硝酸锶的混合液加入不同的稀土元素的硝酸盐溶液，再加入适量的

助溶剂硼酸和尿素，在600 ℃的马弗炉中点燃3 ~ 5 min后，得到粉体。本实验

利用镧（La）、钕(Nd）、钐(Sm）、钇(Y)作为激活剂和辅助激活剂。结论：不同

稀土元素制备的荧光材料发光的颜色不同，焙烧温度对荧光材料发光有较大影响，不同方法制备的荧光材料发光有所不同。

关键词共沉淀法；燃烧法；稀土；荧光材料

1 引言

1.1 稀土荧光材料的概述

一种能吸收光的能量，并且吸收后可以将光能转化为光辐射的材料，这种材料称做荧光材料。无机固体荧光材料分为掺杂材料和纯材料两种。基质本身就可以发光的材料荧光材料叫做纯材料，但是此种纯材料在自然界存量稀少。掺杂稀土的荧光材料是生活中比较常见的，必需掺杂一些必须的“杂质”，掺杂的这些“杂质”会形成发光中心存在基质的晶格中,进而可使材料发光。稀土离子具有极其丰富的电子能级，尤其存在4f轨道的电子构型[2]，该轨道可为不同能级的跃迁提供便利的条件，产生多种特征的发光能力。采用稀土及其化合物作为激活剂、基质、敏化剂、共激活剂与掺杂剂的荧光材料，一般都叫做稀土发光材料[2]。通常人们把发光材料分为一下几类见表1

表1 按激发方式分类发光材料

种类名称激发方式

电致发光光致发光X射线发光阴极射线发光放射线发光核化学发光生物发光摩擦发光气体放电或固体受电场作用

光的照射

X射线的照射

高能电子束的轰击

辐射的照射

化学反应

生物过程

机械压力

稀土荧光材料优点有：.

1)发光谱带较窄，发光颜色较纯。

2)吸收光能的力相对来说很强，对于光能的转换效率很高

3)发射波长分布区域宽

4)性质稳定，对于功率较大的高能辐射、电子束和都有极强的承受能力[3]。

正是由于稀土荧光材料具有以上优点，使得稀土荧光材料在生产、生活中应

用范围越来越广，在许多新兴领域如：信息传播、X射线增感屏、太阳能光电转换等领域均有应用。

1.2 稀土离子的颜色

稀土元素包括钪(Sc)和钇(Y)和镧系元素[4]。镧系稀土离子的颜色呈现非常显著的对称性，4f电子层没有电子的镧离子和4f层电子全满的镥离子以及4f层电子半充满的钆离子均为无色，其他稀土离子的颜色以钆离子为对称轴，其颜色具体为见表2：

表2稀土离子的颜色

稀土元素镧铈镨钕钷钐铕钆铽镝钬铒铥镱镥

发光颜色无无苹紫粉黄浅无浅黄浅玫浅无无

果红红红红红瑰绿

红

1.3 荧光材料发光的主要原理

紫外线的光子能量较高，可引发荧光材料中原子的核外电子由基态激发跃迁至激发态，而激发态极不稳定，电子具有极强的从激发态回归至基态的趋势，从而释放出光子，由于激发态与基态间存在有其他能级，所以释放的光子能量在可见光的范围内，于是肉眼便可观察到荧光材料释放的荧光[5]。

1.4 稀土荧光材料的制备方法

对于荧光材料的制备有多种方法如：水热合成法、高温固相反应法、燃烧法和化学沉淀法等[6]。

1.4.1水热合成法

水热合成是将制备原料置于高压水热反应釜中，反应体系是水溶液，在接近或高于水溶液临界温度条件下，产生高压环境，使得制备产物具有特殊性能的一种材料制备方法。利用水热合成法合成荧光材料时，合成的温度较低、合成条件温和、溶液中含氧量小、产物缺陷不明显、反应体系比较稳定，但是材料的发光亮度比较低。

1.4.2高温固相反应法

高温固相反应法是稀土荧光材料制备和合成的一种比较传统和应用最早和最多的一种方法。其主要操作过程是：按一定质量比的原料、助溶剂充分搅拌混合、研磨后，再一定温度、气氛条件下进行灼烧一段时间。其中灼烧过程是形成发光中心的关键，是促使基质组分间发生反应和形成一定晶格结构固液体的重要步骤[7]。而当锻烧温度过高时，往往导致所得晶粒大小不均，同时也会提高设备要求，能耗过大，所以一般是在配料中加入一定量的助溶剂，使激活剂更易进入基质内部，进而达到降低灼烧温度的效果。

1.4.3燃烧法

燃烧法是一种方便快捷、节能的制备荧光材料的方法，它是利用原料的燃烧合成荧光材料的一种方法。燃烧法通常在硝酸盐溶液中加入一定量的燃料如尿素、甘氨酸等，燃料在硝酸盐溶液中溶解后，立即放入已预热的马弗炉中，溶液很快便会燃烧，燃烧结束既得产物。燃料用量和炉温是此法中影响荧光材料的发光性能的主要因素。炉温太低，温度不足以点燃原料，温度过高，将对发光亮度产生影响。另外，燃料用量决定着原料燃烧所产生火焰的温度，并导致所得荧光材料发光性能不同。

1.4.4共沉淀法

共沉淀法是运用溶度积原理制备荧光材料的一种方法[8]。共沉淀法根据溶液