材料设计与制备综合实验报告

实验一燃烧法合成红色发光材料

Li 2CaSiO4:Eu 3+

、实验目的

1、掌握燃烧法的实验原理和材料的基本测试方法；

2、掌握燃烧法合成Li2CaSiQ:Eu3+粉体的制备过程；

3、研究Eu'+浓度变化对荧光粉发光性能的影响。

二、实验原理

燃烧法是指通过前驱物的燃烧合成材料的一种方法。当反应物达到放热反应的点火温度时，以某种方法点燃，随后的反应即由放出的热量维持，燃烧产物就是拟制备的目标产物。其基本原理是将反应原料制成相应的硝酸盐，加入作为燃料的尿素(还原剂) ，在一定的温度下加热一定时间，经剧烈的氧化还原反应，溢出大量的气体，进而燃烧得到产物。

nSi(O2C2H5) 4+nH2O== nSi(OH) 4 +4nC2H5OH

6LiNO3+3Ca(NO3) 2+ 3Si(OH) 4+ 12 CO(NH2) 2 ==3Li

2CaSiO4+12CO2+4NH3+24H2O+16N2

用燃烧法合成发光材料具有相当的适用性，燃烧过程产生的气体还可充当还原保护气氛，并具备不需要复杂的外部加热设备，工艺过程简便，反应迅速，产品纯度高，发光亮度不易受损，节省能源等优点，是一种很有意义的高效节能合成方法。

三、实验药品及仪器

药品：三氧化二铕（Eu2O3,硝酸钙（Ca（NO3）2・ 4H2O,尿素, 正硅酸乙酯（Si（OC2H5）4）,硝酸锂（LiN03）,浓HN03去离子水。

仪器：电子天平，量筒，烧杯，移液管，磁力搅拌器，恒温干燥箱，刚玉坩埚，马弗炉，X射线粉晶衍射仪（XRD,荧光光谱仪（FL），

四、实验配比

按Li2Ca1-xSiO4:xEu3+ （x=,,,配比，以Eu3+浓度为变量设计

实验，实验共计4组，各实验药品质量/体积如下表所示：

五、实验步骤

(1)用量筒量取一定量的正硅酸乙酯溶液缓慢滴加到适量的乙醇

和水混合溶液中，并添加少量HN03乍为催化剂，置于磁力搅拌器上

常温搅拌小时，得到正硅酸乙酯的水解溶液代

(2)按Li2Ca1-xSiO4:xEu3+ (x=,,,化学计量比，精确称取各

原料。

(3)将称取的Eu2O3溶解于浓HN03(需要用电炉加热)得到溶

液B,将事先称好的Ca(NO3)2 - 4H2O LiNO3溶于适量水，配成溶液

C。

(4)将B、C溶液加入到溶液A中，再加入称量好的尿素，在75C 继续加热搅拌小时左右，得无色凝胶。

(6)将上述溶胶快速转移到刚玉坩埚中，置于马弗炉中，于700C 恒温焙烧1小时后取出得白色粉末样品。

(7)采用XRD FL等测试方法对样品进行测试分析。

六、实验流程简图

硝酸铕溶液

硝酸钙、硝酸

75 'C磁力搅拌0.5小时

700 C 1小时

七、实验现象观察与记录

观察记录溶解、搅拌过程中的实验现象，对得到的样品性状特征进行描述。在暗室中，通过紫外灯照射合成样品，初步观察样品的发光亮度和发光颜色，对不同实验条件下合成样品的发光情况进行相互对比，来观察不同的实验条件对合成样品发光情况的影响。

八、测试与分析

将合成样品进行X射线衍射、荧光光谱等测试，进行合成物的物相组成、发光性能等分析，分析了解样品的发光性能与合成工艺参数之间的关系。

（一）不同实验配比对样品物相的影响

燃烧法所得系列样品Li2Ca1-xSiO4:xEu3+?（x二，，的衍射图谱

如图1所示。

图1不同实验配比的样品：XRD谱图

由图可知，Li2Ca1-xSiO4:xEu3+?的不同实验配比（x=，，对样品的物

相结构没有明显的改变，由Jade软件对x二，，这4组不同配比样品的XRD图谱进行分析，结果显示样品的衍射数据与Li2CaSiO4 的标准卡基本相

同，且4组样品的XRD筆位及其大小锐度也十分相似。

+

说明不同实验配比对燃烧法制得的样品的物相结构没有明显影响。

（二）Li2CaSiO4:Eu3+ 发光性能”

图2为Li2CaSiO4:Eu3+的发光性能图谱。由图2, Li2CaSiO4:Eu3+ 在紫外光的激发下，其发光最强锐的峰线位于394nm即样品在波长

为394nm光的激发下发出的光强度最强；在394nm紫外光的激发下，

Li2CaSiO4:Eu3+的主发射峰位于620nm发射的光为红光波段，即样品在紫外光的激发下发红光。

图2 Li2CaSiO4:Eu3+ 的发光性能图谱

（三）Eu3+浓度对发光性能的影响

Li2CaSiO4:Eu3+是以Eu3+离子为发光中心的发光材料，所以

Eu3+离子浓度对材料性能十分重要。本实验针对不同Eu3+浓度进行

了实验，观察Eu3+掺杂浓度的变化对发光材料的影响。

从图3中可以看出，在不同的Eu3+掺量下，样品的激发光谱形状基本

相同，发光最强锐的峰线位于394nm说明不同的Eu3+掺量下, 样品均是在波长为394nm光的激发下发出的光强度最强。但在固定波长光的激发下，Eu3+掺量从x=增加到x二，发光强度最高在x=。

图 3 样品的激发光谱

这是因为Eu3+离子的掺量越高，将具有更多的掺杂离子进入基质晶格，形成更多的发光中心，促进发光亮度的提高。在这过程中，Eu3+ 的辐射跃迁占据主导地位，所以发光强度随着Eu3+勺掺量提高呈现

急剧的增长趋势。而当Eu3+的掺量超过一定量时，Eu3+之间的距离足够近，它们之间的相互作用增强，受到激发时跃迁的趋势减小，使得交叉驰豫占据主导地位，所以当掺量大于一定量时，材料的发光亮度不但不会提高反而会降低，甚至不发光。

九、注意事项

1、准确称量样品；

2、严格按照实验流程操作；

3、注意安全。