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《稀土掺杂磷酸钇锶的光谱调控及发光性能的研究》篇一一、引言随着现代科技的进步和应用的拓展，稀土掺杂的荧光材料因其在光电技术、显示器技术、医疗技术以及科研等领域的广泛应用而受到重视。
在众多材料中，稀土掺杂的磷酸钇锶材料因其具有高稳定性和优异的发光性能，被广泛研究并应用于光电子领域。
本文旨在探讨稀土掺杂磷酸钇锶的光谱调控及发光性能的研究，为该领域的应用提供理论依据。
二、稀土掺杂磷酸钇锶的制备与性质稀土掺杂磷酸钇锶的制备过程主要涉及原料的选择、混合、烧结等步骤。
通过特定的制备工艺，可以获得纯净、结构稳定的稀土掺杂磷酸钇锶样品。
其化学性质稳定，且具有良好的光学性能，为进一步的光谱调控及发光性能研究提供了基础。
三、光谱调控研究光谱调控是影响发光材料性能的关键因素之一。
在稀土掺杂磷酸钇锶中，通过调整稀土元素的种类和浓度，可以有效地调控其光谱特性。
研究表明，不同稀土元素的能级结构和光谱特性不同，因此，通过选择合适的稀土元素和调整其浓度，可以获得具有特定光谱特性的荧光材料。
此外，还可以通过改变材料的制备工艺和微结构，进一步优化其光谱特性。
四、发光性能研究发光性能是评价荧光材料性能的重要指标。
稀土掺杂磷酸钇锶具有优异的发光性能，其发光强度、色纯度、稳定性等均优于其他荧光材料。
研究显示，稀土元素的掺杂浓度、能级结构以及基质材料的性质等都会影响其发光性能。
因此，我们通过实验和理论分析，研究了这些因素对发光性能的影响机制，为进一步提高发光性能提供了理论依据。
五、实验结果与讨论我们通过实验研究了不同稀土元素掺杂的磷酸钇锶的光谱特性和发光性能。
实验结果表明，通过调整稀土元素的种类和浓度，可以有效地调控其光谱特性，从而得到具有特定发射波长的荧光材料。
同时，我们也发现，优化制备工艺和微结构可以进一步提高其发光性能。
此外，我们还研究了影响发光性能的机制，包括能量传递、辐射跃迁等过程。
这些研究结果为进一步优化荧光材料的性能提供了重要的理论依据。
《稀土掺杂磷酸钇锶的光谱调控及发光性能的研究》篇一一、引言稀土元素因其独特的电子结构和丰富的能级，常被用于材料掺杂以提高其发光性能。
近年来，稀土掺杂的磷酸钇锶材料因其独特的光谱特性和优异的发光性能而备受关注。
本文将就稀土掺杂磷酸钇锶的光谱调控及发光性能进行深入研究，以期为相关领域的研究和应用提供理论支持。
二、材料制备与表征首先，我们通过高温固相法成功制备了稀土掺杂磷酸钇锶材料。
该方法通过将原料按照一定比例混合，经过高温煅烧和冷却过程，最终得到所需的材料。
所使用的稀土元素主要包括铕（Eu）、铈（Ce）等。
此外，我们使用X射线衍射仪对制备的材料进行结构表征，验证了材料的相纯度和晶格结构。
三、光谱调控3.1 稀土掺杂浓度的影响稀土元素的掺杂浓度对光谱特性具有重要影响。
随着稀土元素浓度的增加，发光强度和光谱形状均发生变化。
我们通过调整稀土元素的掺杂浓度，实现了对光谱的有效调控。
实验结果表明，在适当的掺杂浓度下，材料的光谱性能达到最佳状态。
3.2 温度调控温度对光谱特性的影响也不容忽视。
随着温度的升高，材料的能级结构发生变化，导致光谱特性发生改变。
我们通过改变温度条件，观察了光谱的变化情况，为实际应用中根据需求调整光谱提供了依据。
四、发光性能研究4.1 发光强度与稳定性我们研究了稀土掺杂磷酸钇锶材料的发光强度和稳定性。
实验结果表明，在适当的激发条件下，材料具有较高的发光强度和良好的稳定性。
此外，我们还发现材料的发光性能在长时间使用后仍能保持稳定，具有较好的抗老化性能。
4.2 颜色可调性稀土元素的掺杂使得材料的颜色具有可调性。
我们通过调整稀土元素的种类和浓度，实现了对材料颜色的有效调控。
这一特性使得材料在显示、照明等领域具有广阔的应用前景。
五、结论本文对稀土掺杂磷酸钇锶的光谱调控及发光性能进行了深入研究。
实验结果表明，通过调整稀土元素的掺杂浓度和温度条件，可以实现对光谱的有效调控。
此外，材料具有较高的发光强度、良好的稳定性和颜色可调性，使其在显示、照明等领域具有潜在的应用价值。
稀土掺杂铝酸锶发光材料的制备分析及性能研究白智韬;赵文广;赵永旺;安胜利【摘要】以铝酸锶为基质材料,用燃烧法与溶胶凝胶法,两种还原方法制取了掺杂铕的发光材料,并对其不同方法制取过程中的条件及对掺杂稀土激活剂的材料的发光性能进行了对比研究.制备出的SrAl2O4:Eu2+(CO(NH2)2还原)/Eu2(H2还原)发光材料属于SrAl2O4单斜晶系晶体结构；激发光谱是位于峰值335,370 nm的宽带谱；发射光谱是峰值位于510,556 nm的宽带谱.【期刊名称】《内蒙古科技大学学报》【年(卷),期】2012(031)003【总页数】5页(P257-261)【关键词】燃烧法;溶胶凝胶;铝酸锶;长余辉【作者】白智韬;赵文广;赵永旺;安胜利【作者单位】内蒙古科技大学材料与冶金学院,内蒙古包头014010;内蒙古科技大学材料与冶金学院,内蒙古包头014010;内蒙古科技大学材料与冶金学院,内蒙古包头014010;内蒙古科技大学材料与冶金学院,内蒙古包头014010【正文语种】中文【中图分类】O482.31长余辉发光材料是光致发光材料中的一个重要分支，是指在光源激发下能吸收可见光光能并将能量储存起来，并且在黑暗中以可见光的形式将能量慢慢释放的一种功能材料［1，2］.由于长余辉材料及器件具有发光时间长，发光亮度高等特点，在塑料、涂料、油墨、薄膜和陶瓷等行业中得到极为广泛的应用.长余辉材料还可应用于高能射线探测、高能影像存储等领域［3，4］.早在20世纪60年代，Palilla等［5］研究了碱土铝酸盐体系长余辉发光材料，70年代，Abbruscato［6］也进行了相关研究.与传统的硫化物磷光体相比，铝酸盐体系具有发光强度高、色纯度好、余辉时间长、化学稳定性好、安全无辐射等优点［7～10］.铝酸盐体系长余辉发光材料的制备方法有很多种，如:高温固相法［11］、溶胶–凝胶法［12］、电弧法［13］、化学共沉淀法［14］、燃烧法［15］等.目前通常采用高温固相烧结法制得，但该方法存在合成温度较高，而且原料不易混合均匀等缺点.因此常在原始组分中加入对原料的合成起到促进作用的助熔剂，常用的助熔剂有H3 BO3，NH4 H2 PO4，CaF2等［16，17］.燃烧法能在较低温度下，快速、节能、高效合成稀土发光材料［18～21］.其最大的优点是快捷和节能.此外，在原料中加入了助熔剂H3 BO3，可加热分解为B2O3，能够降低基质形成晶体的烧结温度和促进激活剂进入晶格中形成发光中心.实验所用原料分别为分析纯 Sr(NO3)2，Al(NO3)3· 9H2O，Eu2O3，H3 BO3，HNO3，CO (NH2)2，少量的H3 BO3作为助熔剂，尿素作为还原剂和燃料.按化学计量比称取 Sr(NO3)2，Al(NO3)3· 9H2O及适量的硼酸和尿素，溶于适量的去离子水中，得到澄清透明的溶液;将稀土氧化物溶于硝酸中，配出三组铕含量的制备体，分别为2%，4%，6%.然后将两种溶液混合，调节pH值，最后将其盛入氧化铝坩埚中，放入预先升温到反应所需温度的的马弗炉中，随着反应的发生，产物开始膨胀，放出大量气体，大约几分钟后，氧化还原反应剧烈进行，放出大量的热，整个燃烧过程在几十秒内完成.燃烧结束后得到淡绿色蘑菇云状的蓬松泡沫状产物，去除冷却后，研细得到所需的发光材料的粉体.按化学计量比称取 Sr(NO3)2，Al(NO3)3· 9H2 O及适量的柠檬酸、硼酸，溶于适量的去离子水中，得到澄清透明的溶液，将稀土氧化物溶于硝酸中，然后将两种溶液混合，调节pH值，70℃下磁力搅拌6 h，得到溶胶凝胶后盛入瓷碗中，放入干燥相中干燥，最后将其盛入氧化铝坩埚中，放入马弗炉中.用氢气还原制取的铝酸锶基的发光材料其制取过程与二价铕的制取过程相似，只是在药品的使用上没有用到尿素，使用了柠檬酸作为螯合剂.采用DX2000 CSC 型热重差热分析仪测定样品的热重差热分析曲线.采用D8 ADVANCE型X射线衍射仪测定发光粉体的X射线衍射谱(XRD)，测试参数为:电压40 kV，电流30 mA，Cu靶Kα线(λ=1.54 060Å)，0.020/s，采用日立F 4600型荧光光度仪对发光粉体样品进行激发光谱和发射光谱的测试，激发光和接受光狭缝均为0.5 mm.采用国产PR 520型分光光度仪测试样品的余辉曲线.图1为样品干凝胶的TG－DTA曲线.由TG曲线可以看出，干凝胶的分解可以分为3个阶段:第一阶段大约在20～150℃之间，样品的质量损失不明显，失重后为97.33%，相应的DTA曲线上有一吸热峰，这一阶段主要发生了熔化反应.第二阶段大约在150～300℃之间.绝大部分的质量损失发生在这一阶段，失重后的质量仅剩23.00%.相应DTA曲线上有3个放热峰，对应于有机物的分解及其产物燃烧过程.这一过程释放大量CO2，NO、气体，质量迅速减少.由TG－DTA曲线可以看出，热分解在300℃已经基本完成.在300℃以后为第三阶段，500℃有一放热峰，对应的是SrA12 O4晶相的生成，样品质量基本没什么变化.通过图1还可以看出，500～700℃所有反应已经完成，因此选择500～700℃为灼烧温度足够，通过不同温度下制得材料的XRD衍射图谱，可以知道，在500℃制备时，样品的主晶相为SrAl2O4，另外还有SrAl4O7，温度升到650℃时，合成的样品为SrAl2 O4纯相，继续增加温度到700℃时，发现SrAl2O4相的特征峰消失，主相为硝酸锶，本实验选择在650℃对样品进行灼烧.在测定两种干凝胶的TG－DTA 发现，这两种不同制备方法的曲线基本吻合，也就是说在制备过程中，加入的柠檬酸作为螯合剂并没有影响干凝胶反应物反应生成发光材料.SrAl2O4:Eu2+不论是用尿素进行还原，还是用H2进行还原，其XRD衍射图谱基本相同，可见不论哪种制取方法都没有破坏发光材料的基质晶型.但是由于图2样品的制备温度在600℃，所以样品中相位于31.8°处的衍射仍存在，即SrAl4O7相结构.用燃烧法制备铝酸锶的过程中往往较难得到单相SrAl2O4结构，一般混有SrAl4O7相结构.通过燃烧法如要得到单相SrAl2 O4，可能与原料的配比和合成环境有关.通过对不同温度下制取的发光材料的XRD衍射图谱的分析，可知道，如果用溶胶凝胶制备SrAl2O4为基体的发光材料，合适的温度有利于形成SrAl2 O4的纯相，温度过高或过低均会导致杂相的存在，温度过高，尤其是超过700℃会使SrAl2O4的特征峰消失，出现主相为硝酸锶的衍射峰;温度过低，会使SrAl2O4衍射峰中参杂SrAl4O7的衍射峰.图3是SrA12O4:Eu2+样品的激发光谱.该激发光谱显示SrA12 O4:Eu2+在335和370 nm处分别有一个激发峰，其中370 nm处激发光的激发效率最高.图4是不同Eu2+浓度样品的发射光谱.该发射光谱在510 nm处有一个发射峰，发射光为黄绿光，这是Eu2+的5d－4f跃迁所致，达到了我们预期合成发黄绿光材料的目的.黄绿光视觉效率极高，是作夜光材料的理想光源.图4示出了SrAl2O4:Eu2+磷光体的发射光谱随Eu2+摩尔比从0.02增加到0.06，在290 nm紫外光的激发下，其发射光谱的波长都是510 nm.实验结果表明，Eu2+摩尔比在0.02时，发射带强度最大.上述结果可以从Eu2+离子本身的性质和它在晶体中所处的位置来认识，稀土离子的发光行为，本质上都取决于占据晶格的离子本身性质，周围环境只起到干扰作用，但对Eu2+离子4f6 5d组态到基态4f7(8 S 2/7)的跃迁，5d电子处于没有屏蔽的外层裸露状态，受晶场的影响较为显著. Eu2+离子处于不同的结晶学位置上(称为不同的Eu2+离子)，受晶场作用产生的劈裂不同，f－d跃迁能量也不同.当Eu2+浓度较稀时，Eu2+离子受晶场的影响大，产生的劈裂大，f－d跃迁能量大，因此发光强度大;当Eu2+浓度增大到一定程度时，Eu2+离子受晶场的影响将减小，产生的劈裂减小，f－d跃迁能量变小，因此发光强度减小.图5为不同Eu2+浓度的SrAl2O4:Eu2+发光材料的发光衰减曲线.发光源为365 nm灯，激发时间为30 min，测量了不同Eu2+浓度下SrAl2O4:Eu2+磷光体荧光衰减时间，其荧光衰减由图5可见，样品的发光衰减趋势可大致概括为二部分，即初始的快衰减和随后极长的慢衰减过程.初始的快衰减是因为Eu2+内部电子存活时间短的缘故，在一个初始的迅速衰减后，余辉仍持续很长时间.肉眼能观察到亮光长达几小时之久.余辉衰减曲线不是指数型的，而是缓慢平坦的曲线.而随后极慢的长余辉衰减过程是由于具有较深陷阱能级中心Eu2+离子引起的.由图5还可以看出当Eu2+摩尔比为0.02时余辉时间最长，当Eu2+摩尔比进一步增加时，余辉时间会减少.图6为H2还原制得的发光材料的发光衰减曲线，其二价铕离子掺杂浓度为0.02.可见图6与图5中掺杂浓度为0.02的发光材料的衰减曲线基本相同，所以不论哪种还原方法制取得的发光材料，其发光衰减曲线趋势基本相同.光激发停止t秒后余辉衰减情况随着时间的延长，衰减越来越慢.在不同晶格中Eu2+的长余辉现象分析，显然，现在磷光体的这种长余辉现象主要不是Eu2+离子激发态能级缓慢弛豫产生的，可能是某种杂质引起晶格产生缺陷，它与Eu2+离子引入晶格有关，缺陷具有空穴施主的性质，空穴能迁移并重新复合或被俘获，这种电荷形式的重新复合引起了Eu2+离子发光.在采用氢气还原和低温燃烧合成法合成SrA12 O4:Eu2+长余辉发光材料的实验研究中，对含不同Eu2+浓度的SrA12 O4:Eu2+发光材料的发光性能进行了分析.在测试分析方面，对合成样品进行了XRD分析、TG－DTA分析、余辉时间和荧光光谱分析.总结所进行的合成实验、测试分析，可以得出以下结论:(1)采用燃烧法在600℃下合成了发黄绿光的SrA12O4:Eu2+长余辉发光材料.通过XRD分析表明，在此条件下制备的SrA12 O4:Eu2+长余辉材料晶体结构为单斜晶系的SrA12 O4晶体结构TG－DTA分析表明，样品干凝胶的分解可以分为熔化、有机物的分解及其产物燃烧过程、SrAl2 O4晶相的生成与转变3个阶段.合适的温度有利于形成SrAl2 O4的纯相，温度过高或过低均会导致杂相的存在.温度过高，尤其是超过700℃会使SrAl2 O4的特征峰消失，出现主相为硝酸锶的衍射峰;温度过低，会使SrAl2 O4衍射峰中参杂SrAl4O7的衍射峰.氢气还原的发光材料晶形比较稳定，但对温度的要求比较准确，否则也会有杂质晶型的出现.(2)Eu2+浓度在较宽范围内，磷光体都有很高的发光效率，掺入Eu2+最佳摩尔比为0.02～0.04.通过发射光谱和激发光谱的测量得到其发射主峰位于510 nm，激发峰位于335～370 nm.(3)长余辉衰减曲线由初始的快衰减阶段和随后的缓慢衰减阶段组成，当Eu2+摩尔比为0.02～0. 04时余辉时间最长，当Eu2+摩尔比进一步增加时，余辉时间会减少.参考文献:［1］ Chang C，Mao D，Shen J，et al.Preparation of long persistentSrO2·Al2 O3 ceramics and their luminescent properties［J］.JAlloys Compd，2003，348(1－2):224－230.［2］ Chang C，Jiang L，Mao D，et al.Photoluminescence of 4SrO·7Al2O3 ceramics sintered with the aid of B2 O3［J］.Ceram Int，2004，30(2):285－290.［3］ Luo Xixian，Cao Wanghe，Xiao Zhiguo.Investigation on the distribution of rare earth ions in strontium aluminate phosphors［J］.JAlloys Compd，2006，416(1－2):250－255.［4］周传仓，卢忠远，戴亚堂，等.共沉淀法制备超细长余辉发光材料铝酸锶铕镝的研究［J］.稀有金属，2005，29(1):20－24.［5］ Palilla F C，Luyine A K，Tomkus M R.The luminescence ofEu2+activated alkaline earth aluminates［J］.J Electrochem Soc，1968，115(6):642－645.［6］ Abbruscato V.Optical and electrical properties of SrAl2 O4:Eu2+［J］.J Electrochem Soc，1971，118 (6):930－933.［7］ Blasse G，WanmakerW L，Bril A.Fluorescence of Eu2+ activated alkaline－earth aluminates［J］.Philips Res Rep，1968，23:201－206. ［8］ Groppo G，Cristiani C，Forzatti P.Phase composition and mechanism of formation of Ba－β－alumina－type systems for catalytic combustion prepared by precipitation［J］.JMater Sci，1994，29(13):3441－3450.［9］ Abanti N，Kutty T R N.Role of B2 O3 on the phase stability and long phosphorescence of SrAl2 O4:Eu2+，Dy3+［J］.JAlloys Compd，2003，354:221－231.［10］ PENG M，PEIZ，HONG G，et al.Study on the reduction ofEu3+→Eu2+in Sr4 Al14 O25:Eu prepared in air atmosphere［J］.Chem Phys Lett，2003，371(1－2):1－6.［11］齐晓霞，赵军武.长余辉材料SrAl2O4:Eu2+，Dy3+的制备及发光性能研究［J］.半导体光电，2006，27 (5):573－577.［12］袁曦明，许永胜，于江波，等.溶胶凝胶法制备长余辉发光材料SrAl2O4:Eu2+，Dy3+的研究［J］.稀土，2002，23(4):33－38.［13］ REN Xinguang，MENG Jiwu.The preparation of eleltric arcmethod and spectral analysis on long persistence luminescent chinaware of SrAl2 O4:Eu2+［J］.Spectr Spectr Anal，2002，20(3):268－269.［14］李东平，谬春燕.水热法合成SrAl2 O4:Eu2+，Dy3+长余辉材料［J］.江西化工，2005，(1):94－96.［15］ SONG Huajie，CHEN Donghua，TANGWangjun，etal. 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稀土铝酸锶夜光材料的制备工艺作者：李卫珍， 吴鸣， 徐燃霞， 葛明桥， LI Wei-zhen， WU Ming， XU Ran-xia， GE Ming-qiao作者单位：李卫珍,葛明桥,LI Wei-zhen,GE Ming-qiao(江南大学,生态纺织教育部重点实验室,江苏,无锡,214122)， 吴鸣,徐燃霞,WU Ming,XU Ran-xia(无锡出入境检验检疫局,江苏,无锡,214101)刊名：江南大学学报（自然科学版）英文刊名：JOURNAL OF SOUTHERN YANGTZE UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE EDITION)年，卷(期)：2009，8(3)被引用次数：1次1.肖志国蓄光型发光材料及其制品 20022.葛明桥.虞国炜彩色与彩色光稀土夜光纤维及其制造方法 20053.李晓微.金为群稀土发光材料的研究与展望 2007(02)4.金钦汉微波化学 19995.吕兴栋.舒万艮.方勤基质组成对xSrO·yAl2O3:Eu2+,Dy3+发光性能的影响[期刊论文]-稀有金属材料与工程2007(01)6.PENG Ming-ying.DA Ning.QIAO Yan-bo Investigation on valence-change behavior of europium ions in Eu-Doped aluminate and silicate phosphors[期刊论文]-Journal of Rare Earths 2006(06)7.LUO Xi-xian.CAO Wang-he.XIAO Zhi-guo Investigation on the distribution of rare earth ions in strontium aluminate phosphors 2006(03)8.李金龙.郝虎在.黄平硼掺杂对SrA12O4:Eu,Dy长余辉发光材料合成温度及性能的影响[期刊论文]-太原理工大学学报 2007(02)1.期刊论文刘艳辉.LIU Yan-hui正交设计法优化磷光体SrAl2O4:Eu2+,Dy3+的制备工艺-河南化工2008,25(3)为了探讨SrAl204:Eu2+,Dy3+磷光体的最佳制备工艺,利用正交设计法对合成条件进行了优化,以初始亮度和余辉时间为指标,考察煅烧温度、尿素与硝酸盐的质量比、硼酸的物质的量分数、镝与铕物质的量比对制备工艺的影响.结果表明:最佳制备工艺是煅烧温度600 ℃,尿素质量等于硝酸盐质量的2倍,硼酸的物质的量分数为0.08,镝与铕的物质的量比为1.0.2.期刊论文张希艳.郭瑜.柏朝晖.王学荣.曹志峰SrAl2O4:Eu2+,Dy3+光致发光搪瓷涂层的制备-材料科学与工艺2002,10(3)稀土Eu2+激活的铝酸盐发光材料是近年来新发展起来的新型长余辉光致发光材料,由于其发光亮度和发光余辉比传统的硫化物高许多,且无毒、无放射性,因而引起广泛关注.采用高温固相反应法制备了SrAl2O4:Eu2+,Dy3+发光材料,并利用SrAl2O4:Eu2+,Dy3+发光材料,参考普通搪瓷的制备工艺,制得了性能稳定的光致发光搪瓷涂层,余辉时间长达12 h以上.这种发光搪瓷涂层可用于制造广告牌、交通标牌和建筑物标识牌等,在许多领域有应用前景.3.学位论文吕兴栋铝酸锶长余辉发光材料的超细粉体制备、构效关系及其应用研究2005本文系统地总结和概括了稀土离子激活碱土铝酸盐长余辉发光材料的研究现状，对铝酸锶长余辉发光材料的超细粉体合成、构效关系及其长余辉发光机理、机械发光与机械猝灭、表面包覆改性及其在涂料中的应用等多个方面进行了研究。
铝酸锶稀土长余辉发光材料的制备与性能表征的开
题报告
1. 研究背景
长余辉发光材料是一种将能量转化为可见光的材料，具有广泛的应
用前景，如夜光表、荧光屏幕等。
铝酸锶稀土长余辉发光材料具有发光
强度高、发光效率高等优点，因此成为近年来研究的热点之一。
2. 研究内容
本研究的主要内容为铝酸锶稀土长余辉发光材料的制备与性能表征。
具体研究步骤如下：
（1）制备铝酸锶稀土长余辉发光材料。
采用固相反应法，以氯化铝、氯化锶、氯化稀土等化合物为原料，经过一系列的干燥、煅烧、退火等
步骤，制备出铝酸锶稀土长余辉发光材料。
（2）对样品进行性能测试。
通过荧光光度计、X射线衍射仪、扫描电子显微镜等方法，对铝酸锶稀土长余辉发光材料的发光强度、结晶形态、微观形貌等性能进行测试和表征。
（3）分析材料的发光机理。
通过对样品的结构、组成等进行分析，探究铝酸锶稀土长余辉发光材料的发光机理。
3. 研究意义
本研究可以为铝酸锶稀土长余辉发光材料的实际应用提供基础研究
数据，为探索新型发光材料提供借鉴和参考。
同时，铝酸锶稀土长余辉
发光材料具有广泛的应用前景，例如应用于夜光表等领域，可以提高产
品的品质和附加值。
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]。
共沉淀法根据溶液中离子各离子溶度积不同，经选用适当沉淀剂(如OH)或在适宜条件下使溶液发生水解后，形成沉淀物析出，再经热分解脱水得到氧化态产物。
共沉淀法由单相共沉淀法和混合物共沉淀法两种方法[9]。
本论文采用燃烧法、水热合成法与共沉淀法相互结合法两种方法制备荧光材料，水热合成法与共沉淀法相互结合法中采用氨水作为沉淀剂，尿素作为沉淀缓冲剂。
2 实验部分2.1 实验仪器、药品表3 实验主要仪器表4 实验主要试剂序号 试剂名称 厂商 纯度 1 硝酸铝 广州化学试剂厂 分析纯 2 硝酸锶 庐州化学试剂厂 分析纯 3 氧化镧 天津科密欧化学试剂开发中心 分析纯 4 氧化钐 天津科密欧化学试剂开发中心 分析纯 5 氧化钇 天津市光复精细化工研究所 分析纯 6 氧化钕 天津科密欧化学试剂开发中心 分析纯 7 硼酸 天津市广成化学试剂有限公司分析纯 8 尿素 广州化学试剂厂 分析纯 9去离子水实验室自制分析纯2.2 实验过程2.2.1 溶液的配置(1)稀土硝酸盐水溶液的配制 60 ℃水浴条件下往0.1 mol/L La(N03)3水溶液中逐滴滴加浓HN03至氧化镧完全溶解，升温至80 ℃，蒸出过量HN03和浓缩溶液直至溶液变粘稠[8]，然后加入适量的去离子水溶解冷却，转至100mL 容量瓶中，定容待用。
0.1 mol/LY(N03)3、0.1 mol/L Nd(N03)3水溶液、0.1 mol/L Sm(N03)3水溶液、水溶液的配置方法相同。
(2)1 mol/L A1(N03)3水溶液的配制由37.513 g 九水合硝酸铝与一定量去离子水配得（100mL 容量瓶）。
（3）1 mol/L Sr(N03)2的水溶液配制:由21.163g Sr(N03)2固体与一定量去离子水配得（100mL 容量瓶）。
2.2.2实验步骤水热合成与共沉淀相互结合法：将2.88 g(24 mol)尿素放入洁净的烧杯中，序号 仪器名称 型号 厂商1 干燥器 DZF —6050 上海一恒科学仪器有限公司2 箱式电阻炉 KSW —8D —13 上海贺德实验设备厂 3 恒温搅拌器 DF —101S 郑州长城科工贸有限公司4 水热合成反应釜 YH —150 上海贝仑仪器设备有限公司 5四用紫外分析仪ZF —8上海嘉鹏科技有限公司加入20 mL 去离子水，搅拌溶解后，依次加入一定量浓度均为 1.0 mol/L 的Al(N03)3溶液、Sr(N03)2溶液和一定量浓度均为0.1 mol/L 稀土硝酸盐溶液，搅拌30 min 后，缓缓滴加浓氨水，调节pH = 8，用磁力搅拌器剧烈搅拌2 h 后，转入水热反应釜中，置于140 ℃恒温干燥箱中反应12 h ，冷却、抽滤，去离子水洗涤2~3次，再于80 ℃干燥12 h ，加入固体硼酸于玛瑙研钵中充分研磨，转入石英坩埚并加入一定量活性炭，800 ℃马弗炉内烧结2 h ，即制得荧光粉体[8]。
实验过程中，调节pH 值时，一定要准确，pH 过大或过小都会对实验结果造成较大影响。
燃烧法：将Al(N03)3溶液、Sr(N03)2溶液和稀土硝酸盐溶液按一定的比例混合，加入适量的尿素和硼酸，水浴加热溶解后，迅速移入预先加热至约600 ℃（500~700 ℃）的马弗炉中。
随着水分不断的加热挥发，3到5 min 后作为氧化剂的硝酸盐和作为还原剂的尿素发生激烈的燃烧反应，放出大量气体，进而燃烧，燃烧的过程仅持续几十秒，燃烧后得到的接近白色泡沫状产物。
冷却后，用玛瑙研钵研细，既得产品[10]。
3 结果与讨论3.1 水热合成制备稀土荧光材料（1）锶铝物质的量比为1:2时，掺杂两种不同稀土元素的实验试剂用量见表5，实验结果见图1：表5实验试剂用量实验 组数 Al(N03)3 用量（ml ）Sr(N03)2 用量（ml ）La(N03)3 用量（ml ）Nd(N03)3 用量（ml ）Sm(N03)3 用量（ml ）1 16 8 3 32 16 83 3 316833所有实验条件相同，加入镧、钕、钐任意两种不同的稀土元素，第1组、第2组实验产物粉体为白色，不发光，第3组实验粉体为白色，发淡红色荧光。
说明：锶铝物质的量比为1:2时，掺杂镧和钐可以制备出粉红色荧光材料。
图1掺杂镧钕钐中任意两种等量稀土元素的实验结果（2）锶铝物质的量比为3:2时掺杂不同稀土元素的实验试剂用量见表6，实验结果见图2：表6实验试剂用量实验 组数Al(N03)3 用量（ml ）Sr(N03)2 用量（ml ）La(N03)3 用量（ml ）Nd(N03)3 用量（ml ）Sm(N03)3 用量（ml ）4 8 12 3 35 8 12 3 3 681233所有实验条件相同，加入镧、钕、钐任意两种不同的稀土元素，第4组、第5组实验产物粉体为浅黄色，发粉红色光，第6组实验粉体为白色，不发光。
说明：锶铝体积比为2:3的条件下，掺杂稀土元素镧和钐可制备亮度较强的红色荧光材料。
图2掺杂镧钕钐中任意两种等量稀土元素的实验结果3.2 燃烧法制备稀土荧光材料(1)锶铝物质的量比为1:2的时，掺杂两种不同稀土元素及其用量详见表7，实验结果见图3：表7实验试剂用量当硼酸、尿素的量一定时，加入等量的不同两种稀土元素，试验结果第1、2、3、4实验产物粉体为白色，均发白光，但是发光亮度不同，亮度排序为：4>3>2>1。
