燃烧法快速合成长余辉材料 - 嘉应学院化学实验教学中心
燃烧法合成纳米长余辉发光材料BaAl2O4：Eu,Nd
低 温 度 （０ ５ ０～７ ０Ｃ） ， 速 （ ０￣ 下 快 ３～５ ｍ ｎ 右 ） 成 长余 辉 发 光 材 料 ．与 其 他 合 成 方 法 相 比 ， ｉ左 合 燃 烧 法 具 有 省 时 节 能 的优 点 ， 且 操 作 简 单 ， 需 设 备 也 比较 简 单 ．本 实 验 采 用 硝 酸 盐 作 氧 化 而 所
和 络 合 还 原 剂 发 生 氧 化 还 原 反 应 ， 烧 合 成 了 蓝 绿 色 纳 米 级 长 余 辉 发 光 材 料 ＢＡ ２ ４ ｕ Ｎ ．生 燃 ａ １ ：Ｅ ， ｄ Ｏ 成 的 材 料 进 行 了 Ｘ Ｄ 和 Ｔ Ｍ 分 析 ．结 果 ： 料 粒 子 直 径 为 ３ Ｒ Ｅ 材 ０—７ ｍ， 均 为 ４ ｎ 右 ．与 此 同 ０ｎ 平 ０ｎ ｌ 左 时 ， 光 材 料 的 发 射 峰 位 置 发 生 了 显 著 的蓝 移 ．结 论 ： 烧 法 是 制 备 纳 米 发 光 材 料 的 快 速 有 效 的 方 发 燃
土 铝 酸 盐 的持 续 发 光 现 象 开始 ， ９ 到 ｏ年 代 对 长余 辉 发 光 材 料 的研 究 进 人 了 一 个 新 的 阶 段 ．新 的长 余 辉 发 光 材 料 以稀 土 离 子 为 激 活 剂 ， 需 要 掺 杂 放 射 性 元 素 ， 质 本 身 为 碱 土 氧 化 物 ， 不 基 而 且 无 论 是 发 光 强 度 还 是余 辉 时 间 都 是 传 统 的硫 化 物 发 光 材 料 的 １ ０倍 以 上 ．
７ １
试 剂 ：除 Ｅ ２ ３和 Ｎ ２ ３为 ９ ９ ％ 外 ， 合 还 原 剂 、 ａ Ｎ ３ ２ Ａ （ Ｏ ）、 Ｎ ３均 为 分 ｕＯ ｄ０ ９．５ 络 Ｂ （ Ｏ ）、 １Ｎ ３３ Ｈ Ｏ
析纯 ．
仪 器 ：合 成 用 高 温 炉 ； 相 分 析 和 粒 度 分 析 用 日本 Ｒ Ｇ Ｋ ／ Ａ 物 ＩＡ Ｕ Ｄ Ｍ Ｘ一３ Ａ型 ｘ射 线 粉 末 衍
燃烧法合成Eu~2+、Dy~3+、Nd~3+共掺杂的硅酸盐长余辉发光材料Sr_2MgSi_2O_7和Sr_2ZnSi_2O_7
第26卷第1期 中南民族大学学报(自然科学版) V ol .26No.12007年3月 Jo urnal of S o ut h 2Cent ral U niversit y fo r N a ti o nalit ies (N at .Sci .Ed iti o n ) M ar .2007α燃烧法合成Eu2+、D y3+、N d3+共掺杂的硅酸盐长余辉发光材料Sr 2M gSi 2O 7和Sr 2ZnSi 2O 7徐咏钗 宋华杰 尹盛玉 赵长亮 陈栋华3(中南民族大学化学与材料科学学院催化与材料科学湖北省重点实验室,武汉430074)摘 要 采用燃烧法在600～800℃合成了S r 2M gSi 2O 7:Eu 2+、D y 3+、N d 3+,S r 2ZnSi 2O 7:Eu 2+、D y 3+、N d 3+和S r 2ZnS i 2O 7:Eu 2+、D y 3+蓝色长余辉发光材料,对材料进行了XRD 、TEM 、激发和发射光谱、余辉亮度及余辉衰减的测定.结果表明:稀土离子的掺杂对基质晶体结构没有影响,激发和发射光谱显示它们的光谱性质是Eu 2+典型的4f 25d 的跃迁所致,对S r 2ZnSi 2O 7:Eu 2+、D y 3+材料,N d 3+的共掺杂有利于提高其余辉性能.关键词 燃烧法;碱土硅酸盐;长余辉;发光;陷阱能级中图分类号 TB 383 文献标识码 A 文章编号 167224321(2007)0120020203Com bustion Syn thes is of Sr 2M gSi 2O 7an d Sr 2Zn Si 2O 7i n S ili ca te Af ter glow P hosphor s Act i va ted by E u2+,D y3+and Nd3+X u Yong ch a i S ong H u aj ie Y in S h engy u Z h ao C han g l ian g Ch en D ong h uaAbstra ct B lue afte rgl ow pho spho rs Sr 2M gS i 2O 7:Eu 2+,Dy 3+,N d 3+,S r 2ZnSi 2O 7:Eu 2+,D y 3+,N d3+andS r 2ZnS i 2O 7:Eu 2+,Dy 3+w er e syn the si zed by com bu st i on m e thod a t 600～800℃.T he cr ysta lliza tion,pa rtic les sizes and lum i ne scence p rope r ties of the sam p le have been inve st i ga ted syste m at i ca lly by using pow de r X 2ray diffra cti on ,tran s m issi on e lectron m icro scopy,lum ine scence s pec trophotom e ter and b rightness m ete r .It is ind i ca ted the dop i ng i on s do no t fo r m new p hase in the syn the sis p roce ss .T he lu m inescence com es f rom typ i ca l 4f 25d tra nsfe r of Eu 2+.T he N d3+co 2doped S r 2ZnS i 2O 7pho s p ho r revea ls a bette r afte rgl ow charac te r istic.Keywor ds com busti o n syn the sis ;a lka line ear th silica te ;l ong 2af te rgl ow pho s p ho r ;lu m inescence ;trap levels Xu Yongcha i M aster ′s C andi da te,Key L abo rato ry for Ca talysis and M a ter ial Science of H ube i P rovince,College of C he m ist ry and M ate ria l Sc ience,SCU FN ,W uhan 430074,Ch ina 近年来,以硅酸盐为基质的发光材料以其优良的物理化学性能,特别是耐水性,引起各专家学者的广泛关注[123].自文献[426]报道了多种硅酸盐发光材料的光谱特性以来,文献[7]首次在硅酸盐体系中发现余辉时间长达10h 以上的高亮度余辉材料,并研究指出以Eu 2+为主激活离子的镁黄长石结构的焦硅酸盐化合物和镁硅钙石结构的硅酸盐化合物的发光性能最好.制备硅酸盐发光材料的方法主要有高温固相法、Sol 2ge l 法等.但这些方法都有一定的局限和缺点.特别是传统的高温固相法,烧结温度高,时间长,产物需经研磨,这些步骤都不利于保证材料的发光性能.近年来燃烧法[8,9]被用于制备硅酸盐体系的发光材料,用此法制备的材料产物疏松,易粉碎,发光亮度不易受破坏,节约能源,是一种有前途的制备发光材料的方法.但硅酸盐体系的长余辉材料由于缺乏不引入杂质的可溶性的硅,所以用燃α收稿日期 62625 3通讯联系人 陈栋华(62),男,教授,26@作者简介 徐咏钗(82),女,硕士研究生,研究方向材料物理化学,26@基金项目 湖北省自然科学基金重点资助项目(B )20000194E m ail :chendh 4ho t m ail .com 191:E m a il:chendh4hotm a il .com2001A A 009烧法合成有一定难度.本文首次用燃烧法合成了蓝色长余辉材料S r2M gS i2O7:Eu2+,D y3+,N d3+(S M2EDN), S r2ZnSi2O7:Eu2+,D y3+(SZ2ED)和S r2ZnSi2O7: Eu2+,D y3+,N d3+(SZ2EDN),并对材料的晶体结构及光学性质进行了测定,讨论了N d3+的掺杂对SZ2 EDN的发光性质的影响.1 实验部分1.1 药品实验所用药品为:Sr NO3(A.R)、M g(N O3)24H2O(A.R)、S i O2(A.R)、Eu2O3(3N)、D y2O3(3N)、N d2O3(3N)、H3BO3(A.R)、CO(N H2)2(A.R)、HNO3(A.R).1.2 实验仪器所得产物的性能表征:使用B ruker D8X2射线衍射仪(B ruker,德国)对燃烧后的产物进行晶体物相分析;PekinEl m e r L s255型荧光光谱仪(PE,美国)测量了粉体的激发和发射光谱;F E I T ecnai G20透射电子显微镜(F E I,荷兰)观测了燃烧后粒子的大小和形貌,用ST286LA屏幕亮度计(北京师范大学光学仪器厂,中国)测量了产物激发一定时间后的亮度并绘制了亮度2时间曲线.1.3 合成方法按化学计量比称取S r(NO3)2、M g(NO3)24H2O、H3BO3和CO(N H2)2,在250m L烧杯中用蒸馏水溶解,另称取Eu2O3、Dy2O3和N d2O3放入10m L 烧杯并用浓硝酸溶解,合并两溶液,在加热炉上加热至沸的情况下缓缓加入Si O2,超声分散15m in后,立即将溶液转移至300m L瓷坩埚中并迅速置入已预先加热到600～800℃马弗炉中.随着反应的进行,可观察到溶液迅速沸腾、蒸发、膨胀、燃烧并伴随大量氨气放出.整个过程在5m in内完成.待冷却后,可观察到产物为白色,疏松多孔,稍加研磨,即可成细的白色粉末.2 结果与讨论2.1 目标产物的物相分析图为燃烧法合成目标产物S M2DN和SZ2 DN的XRD图谱经与D S卡片对照分析,S M2 DN和SZ2DN主峰位置分别与D S5236和D S3235相对应,二者均为镁黄长石结构的焦硅酸盐化合物,同为简单四方晶系结构.其阴阳离子以强共价键相结合;2个[S i O4]四面体通过共用一个氧原子连在一起,形成孤立的[Si2O7]基团, [S i2O7]通过四配位中的M g或Zn离子和八配位中的Sr结合在一起,这种化学键使其具有比较强烈的热稳定性和化学稳定性等特点[8].稀土离子的加入并不影响其晶体结构.另外,在其晶型中发现有少量的石英晶相存在.这是因为燃烧法反应温度高,反应剧烈,但反应时间短,未完全溶解在溶液中的部分Si O2来不及进入晶格细胞,仍以Si O2的形式留在产物中.考虑到SZ2ED和SZ2EDN的XRD图谱相同,所以SZ2ED的XRD图没有被显示出来.图1 Sr2M gSi2O7:Eu2+、D y3+、N d3+和Sr2ZnSi2O7: Eu2+、D y3+、N d3+的XRD图谱(∀Si O2)Fi g1 XRD pat t ern s of Sr2M gSi2O7:E u2+、D y3+、N d3+and Sr2ZnSi2O7:Eu2+、D y3+、N d3+p hospho rs(∀Si O2)2.2 目标产物的激发和发射光谱图2是S M2EDN,SZ2ED和SZ2EDN的发光光谱.图2a显示S M2EDN的激发峰由3002450nm的2个宽激发带组成,主激发峰位于346nm和396nm 处,其发射峰为459nm处的单峰.图2b和图2c显示SZ2ED和SZ2EDN很相似,激发峰均为2502350nm 的宽带,主激发峰都是在251nm,而SZ2ED的发射峰在390nm处有一小峰,SZ2EDN则没有.S M2EDN, SZ2ED和SZ2EDN的发射峰都被视为Eu2+的典型的4f25d跃迁,图中没有观察到D y3+和N d3+的发射峰,说明D y3+和N d3+在材料中只是作为辅助激活剂起储存和传递能量的作用,并不充当发光中心.从图2a和图2c中可以清楚地看出,S M2EDN和SZ2EDN 的发射光谱有很大不同,S M2EDN只有一个主发射峰,而SZ2EDN有2个.这可能是因为Eu2+在不同的基质中被激发分裂成不同的能级,因此导致在S M2 DN和SZ2DN中有不同的发射谱12第1期 燃烧法合成Eu2+、D y3+、N d3+共掺杂的硅酸盐长余辉发光材料S r2M gS i2O7…… 1EE.JCPE E JC P717JCP902E E.(a) (b ) (c)(a )Sr 2M gSi 2O 7::Eu 2+,D y 3+,N d 3+;(b )Sr 2ZnSi 2O 7:Eu 2+,D y 3+;(c )Sr 2ZnSi 2O 7:E u 2+,D y 3+,N d 3+图2 蓝色长余辉材料激发和发射光谱F i g 2 Excitat i o n and e m is si on s p ect ra o f t he b lue af tergl ow pho s p ho rs2.3 产物的亮度和衰减曲线分别用9W 的日光灯激发颗粒大小在100目以下质量均在0.015g 左右的磷光体15m in 后,测定合成的3个样品的亮度,并绘制亮度随时间变化的余辉衰减曲线,如图3所示.从图3中可以看出S M 2EDN 的余辉亮度和时间明显优于SZ 2EDN 和SZ 2ED ,这可能是由于Dy 3+和N d 3+在不同的基质材料中产生能级陷阱的深度不同,在Sr 2M gS i 2O 7基质中能形成更深的陷阱能级,并把捕获的空穴缓慢释放出来,从而显示出更好的余辉性质.另外,对比曲线b 和曲线c 发现,SZ 2EDN 的余辉性能较SZ 2ED 好.表明第3种稀土离子N d 3+的加入,能够提供新的陷阱能级和捕获更多的空穴,有利于增强余辉亮度,延长余辉时间.详细的机理需要更深入的研究.(a)Sr 2M gSi 2O 7:E u 2+,D y 3+,N d 3+;(b )Sr 2ZnSi 2O 7:Eu2+,D y3+,N d3+;(c )Sr 2ZnSi 2O 7:E u 2+,Dy 3+图3 蓝色长余辉材料余辉衰减曲线F i g 3 A ft erg l ow cu rves o f the b lue afterglow p ho spho rs3 结论(1)燃烧法合成的Sr 2M gS i 2O 7:Eu 2+,D y 3+,N 3+和S Z S O +,D y 3+,N 3+蓝色长余辉材料分别在5有个发射峰,在和6有个发射峰这是由于+在不同基质中激发被分裂成不同能级所致.(2)N d 3+的共掺杂在Sr 2ZnSi 2O 7中可形成更深的陷阱中心而提高磷光体的发光性能.参 考 文 献[1] L in Yuanhua ,Zhang Zhongta i ,Tang Zil ong ,e t a l .,L um ine scent p rope rt i e s of a new long af terglow Eu 2+and D y 3+ac tiva ted Ca 3M gS i 2O 8pho s p ho r [J ].Journa lofthe Eu ropean C eram ic Socie ty ,2001,21:6832685.[2] L in Yuanhua,N an CeW en,Zhou Xis ong,e t a l .P rep ara ti on and cha racter iza ti o n of l o ng af terglow M 2M gS i 2O 72ba sed (M :Ca ,Sr ,Ba )p ho tolum ine scent phosphor s [J ].M ater ia ls C he m ist ry and Physics,2003,82:8602863.[3] J i a ng L ing ,Chang Chengka ng ,M ao Da li .L um i ne scentp roper tie s of Ca M gS i 2O 6and C a 2M gSi 2O 7pho spho rs ac tiva ted by Eu 2+,Dy 3+and N d 3+[J ].Journa l ofA ll oys and Compounds ,2003,360:1932197.[4] B a rry L.Equilibr i a and Eu 2+lum ine scence of subso liduspha seboundedbyBa 3M gS i 2O 8,S r 3M gSi 2O 8,C a 3M gSi 2O 8[J ].J E lectroche m Soc ,1968,115(7):7332738.[5] B a rry L.L um ine scent p roper tie s of Eu 2+and Eu 2+,M n 2+ac tiva ted B aM g 2S i 2O 7[J ].J Elec trochem Soc ,1968,117(3):3812385.[6] B a rry L.F luo rescence of Eu 2+a ctiva ted p hase inbina ry a lka line ea rth or thosilicate syste m s [J ].J Elect rochem Soc ,1968,115(11):118121183.[7] 罗昔贤,段锦霞,林广旭,等.新型硅酸盐长余辉发光材料[J ].发光学报,2003,24(2):1652170.[8] 李东平,缪春燕,刘丽芳,等.燃烧法合成新型蓝色硅酸盐长余辉材料及其发光性能的研究[J ].稀有金属,2004,28(4):6622665.[] 缪春燕,李东平,罗昔贤燃烧法快速合成新型蓝色硅酸盐长余辉材料[]中国陶瓷,3,3(6)222 中南民族大学学报(自然科学版)第26卷d r 2n i 27:Eu 2d 49nm 1421nm 42nm 2.Eu 29.J .2009:2729.。
燃烧法制备SrAl2O4-Eu,Dy超长余辉发光材料实验报告
中南民族大学实验报告实验课名称：化学综合实验指导老师：唐万军学生姓名：专业：班级：学号：实验名称：燃烧法制备SrAl2O4:Eu,Dy超长余辉发光材料实验日期：组别：实验成绩：一、目的要求1、了解稀土掺杂铝酸盐长余辉材料的合成方法与应用领域。
2、设计实验方案，采用燃烧法合成SrAl2O4:Eu2+，Dy3+，测试其发光特性。
3、学会使用LS-55光度计和屏幕亮度计，根据X射线粉末衍射谱图，分析鉴定多晶样品的物相。
二、基本原理长余辉发光材料也被称作蓄光材料，或者夜光材料，指的是在自然光或其它人造光源照射下能够存储外界光辐照的能量，然后在某一温度下（指室温），缓慢地以可见光的形式释放这些存储能量的光致发光材料。
20 世纪90 年代以来，开发的以碱土铝酸盐为基质的稀土长余辉发光材料, 以其优异的长余辉发光性能，引起了人们对长余辉发光材料的广泛关注。
目前稀土离子掺杂的碱土铝(硅)酸盐长余辉材料已进入实用阶段。
国内较大的生产厂家有大连路明、济南伦博、重庆上游等。
市场上可见的产品除了初级的荧光粉外，主要有夜光标牌、夜光油漆、夜光塑料、夜光胶带、夜光陶瓷、夜光纤维等, 主要用于暗环境下的弱光指示照明和工艺美术品等。
随着长余辉材料的形态从粉末扩展至玻璃、单晶、薄膜和玻璃陶瓷，对长余辉材料应用的探讨也从弱光照明、指示等扩展到信息存储、高能射线探测等领域。
长余辉材料受到人们越来越多的重视。
从基质成分的角度划分，目前长余辉发光材料主要包括硫化物型、碱土铝酸盐型、硅酸盐型及其它基质型长余辉发光材料。
不同长余辉发光材料的发光性能见表1。
表1 不同长余辉发光材料的发光性能发光材料发光颜色发光谱峰波长/nm 余辉时间/minBaAl2O4:Eu,Dy 蓝绿色496 120CaAl2O4:Eu,Nd 蓝紫色446 1000Sr4Al14O25:Eu,Dy 蓝绿色490 2000SrAl2O4:Eu,Dy 黄绿色520 4000Sr2MgSi2O7:Eu,Dy 蓝色469 2000Y2O2S:Eu3+,Ti4+,Mg2+红色626 500CaTiO3:Pr3+红色613 40光致发光可以分为以下几个过程：①基质晶格吸收激发能；②基质晶格将吸收的激发能传递给激活离子，使其激发；③被激发的离子发光而返回基态。
燃烧法合成长余辉材料CaWO4：Eu 3+及其发光性能
第 ２ 卷 第 ４期 ６ ２０ 年 １ ０７ ２月 中 南 民族 大ຫໍສະໝຸດ 学 学 报 （ 自然 科 学版 ）
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＳ ｕ ｈ Ｃｅ ｔａ ｉｅ ｓｔ ｏ ｔｏｎ ｌ ｉｓ Ｎａ ． ｉＥｄｔｏ ｏ ｒ ａ ｏ ｔ — ｎｒ ｌＵｎｖ ｒｉｙ ｆｒＮａｉ ａｉ ｅ （ ｔ Ｓｃ． ｉｉｎ） ｏ ｔ
提 高 Ｃ ｗＯ４ Ｅ ” 的发 光性 能 ． ａ ： ｕ 关键词 发 光 强 度 ； ａ Ｏ Ｅ ；长 余 辉 材 料 ；最 佳 添 加 量 Ｃ ｗ ４： ｕ
Ｔ ３ ３ 文 献标 识码 Ａ 文 章 编 号 ｌ ７— ３ １２ ０ ） ４０ １—４ Ｂ ８ ６ ２４ ２ （０ ７０ —０ ４０ 中图 分 类 号
度 ． 射 线 衍 射 检 测 结 果 表 明 ： ５０ Ｘ 在 ０ ￣ 得 到 Ｃ ｗ Ｏ。 Ｅ 长 余 辉 材 料 ，Ｏ ￣ 发 光 效 果 相 对 最 好 ． 光 ／ 光 Ｃ时 ａ ： ｕ ８ＯＣ的 荧 磷 发 光 分 光 光度 计 检 测 结 果 表 明 ： 佳 摩 尔 比 ｎａ ；／ ｎＨＮ ：／ Ｏ是 ｌ：２ ７ ２ ． ３：５ 最 Ｃ ＋ ｒＡ： Ｎ ０ Ｔ ｓ ２ Ｃ Ｌ ｒＥ ． ５： Ｏ ６ 加 Ｅ 显 著 ．添 Ｔ ＯＳ能
ｌ ｍ ｉ ｅ ｃ ｎｃ ｏ ｒｙ ０ ｒ ｓ ｎｄ ｎ ｙ Ｔｈｅ ｕ ｎ ｓ ｅ ｅ ｐｒ ｐｅ ｔ ｃ ｒ ｅ ｐ０ ｉ ｇｌ ． ＰＬ ｅｓ ｔ ｓ ｒ ｕｌｓ ｈｏｗ ｅ ｔ ｔ ｔ ｅ ｐｔｍ ｕｍ ｏｌ ａ ｉ ｏｆ ｃ２ ：ｒＣ ： ｄ ｈａ ｈ ｏ ｉ ｍ ａｒ ｒ ｔｏ ＋ ／Ａ
Ｖｏ ． ６Ｎｏ ４ １２ ．
Ｄｅ ． ｏ ７ ｃ２ ０
燃 烧 法合成 长 余辉 材料 Ｃ Ｗ Ｏ４ Ｅ 及 其 发 光 性 能 ａ ： ｕ＋ ３
燃烧法合成SrAl2O4：Eu0.02,Nd0.02长余辉发光材料
稀土 发光 材 料 的广 泛 应 用 ， 引起 了众 多 研究 者 极大 地兴趣 。理论 研究 和 实际应 用对 发 光材料 的性 能也 提 出 了各 种要 求 ， 材 料 的特性 与合 成 方
仪器 ：ｅ ｅ多功 能 Ｘ 射线 衍 射仪 ；ｅｋｎ Ｅｍｅ ＢＤ Ｐ ｒｉ ｌ ｒ Ｌ 一 ５荧 光分 光光 度计 ； 立 叶变换 红外 光谱 仪等 。 Ｓ５ 傅
物 置 于 ６０Ｃ 高 炉 中燃 烧 得 到 的 产 物 性 能 最 好 ，与其 他 的方 法相 比 ，该 法 具 有 合 成 温 度 低 、 反 应 时 间 短 、 ０ ￣的
产 物 分散 性 好 、粒 度 小 等 优点 。
【 键 词】燃 烧 法 ；铝 酸锶 ；稀 土 ；发 光 关
［ 图分 类 号】Ｏ １． ＊ 中 ６４２ ２ ［ 献 标 识码 】Ａ ［ ３ 文 文章 编 号】１７ － ７ ８（０ ７ ８ ０ １－ ４ ６ ３４ １ ２０ ）０ － ０２ ０
马弗 炉 中， ５ ０ ８ ０Ｃ的较 低 温度 ， ５ ℃为变 化 从 ５－０￣ 以 ０
用该 法 制得 的荧 光粉 粒 度 小， 比表 面积 大 ， 细后 发 磨
光亮 度 影响 不大 的优 点 ， 外 在 反应 过 程 中 如果 有 另 低价 稀土 离子 存在 的话 ，也不 需 要另 加还 原 气氛 的
Ｖ０ ． ８ １２ Ｎｏ ８ ．
Ａｕ ． ０ ７ ｇ２ ０
燃烧法合成 ＳＡ２４ ｕ０Ｎ 长余辉发光材料 ｒＩ ： ，ｄ ０ Ｅ０ ． ２
钟 路 平 周 小春 何 木 成 ，范 洪玲 ， ，
（． 冈 山学 院 化 学 化 工 学 院，江 西 吉 安 ３ ３０ ；２ １ 井 ４ ０９ ．枫 田 中学 ， 西 安 福 ３３ ２ ； 江 ４ ２６ ３井 冈 山学 院 体 育 学 院 ，江 西 吉 安 ３ ３０ ） ． ４０９
一步燃烧法制备铝酸盐长余辉蓄发光材料的研究
吴国元等:一步燃烧法制备铝酸盐长余辉蓄发光材料的研究 217一步燃烧法制备铝酸盐长余辉蓄发光材料的研究1 2 1吴国元 ,鲍利军 ,杨宇( 1. 云南大学材料科学与工程系,云南昆明 650091 ; 2. 云南省送变电公司,云南昆明 650216 )摘要: 通过制备工艺研究, 得到基质按 4SrO ? 7Al O 制备铝酸盐发光材料具有快速 ( 3~5min) 和节能的优2 3进行配料的绿色蓄光型发光材料的制备优化工艺 : 点 ,制得的产物纯度高、成泡沫状、疏松、不结团、[8,9]Eu O 摩尔分数为 0.02 左右 , Dy O 的摩尔分数为 0.03 容易粉碎 , 且产品经磨细后发光亮度几乎不下降。
2 3 2 3左右 , B O 的摩尔分数为 0.07~0.1 之间, 尿素的用量同时燃烧法不需要高温炉等用于外部加热的复杂设2 3为硝酸盐重量的 1.2~1.6 倍, 温度为 800℃。
用选择备 , 生产过程简便。
燃烧法合成铝酸盐发光材料已经的优化配方及工艺制备铝酸锶铕镝发光体, 所得发光成为制备蓄光型发光材料的研究热点。
2体的初始亮度大于 2500mcd/m ,在 6h 后发光体发光在现有的燃烧法合成铝酸盐发光材料的研究亮度仍人眼可辩,材料质轻、易磨。
燃烧法制备的中 , 工艺过程通常分两步即燃烧合成和高温还原, 高2+ 3+Sr Al O : Eu ,Dy 可用日光到紫外光进行有效激温烧结和高温固相法一样,需在 1200 ℃的还原性气4 14 25发 , 发射光谱是一宽带谱, 波峰位于 520nm左右 , 样氛中进行 , 条件较为苛刻。
本论文在查阅大量文献资2+品发蓝绿光, 属于 Eu 特征发光。
蓄发光材料的粉体料的基础上, 针对上述制备方法的局限性, 选择化学结构组成基本为 SrAl O 及 SrAl O 、 Sr Al O ,产燃烧法作为长余辉蓄发光材料的制备方法, 目的在于2 4 12 193 32 51物中还含有 SrAl O 、 SrAl O 等杂相 , 产物物相与制提高材料的初始亮度及余辉时间,同时优化制备工4 7 2 6备过程密切相关。
燃烧合成CaAl_2O_4:Eu^(2+),Nd^(3+)长余辉荧光粉的研究
燃烧合成CaAl_2O_4：Eu^(2+),Nd^(3+)长余辉荧光粉的研究陈志慧;薛理辉【期刊名称】《武汉理工大学学报》【年(卷),期】2006(28)10【摘要】应用燃烧法在较低的温度(<850℃)下成功合成了CaAl2O4∶Eu2+,Nd3+稀土纳米长余辉发光材料。
研究了炉温、激活剂、辅助激活剂、助溶剂和可燃物等对发光材料性能的影响。
研究结果表明,反应物置于温度为600℃的高温炉中燃烧,所得到产物的发光性能最好,发射光谱的最大波长在450 nm左右。
【总页数】4页(P18-20)【关键词】Raman光谱;CaAl2O4;紫色发光【作者】陈志慧;薛理辉【作者单位】武汉理工大学材料研究与测试中心【正文语种】中文【中图分类】TB383【相关文献】1.Sr^(2+)的掺入对CaAl_2O_4:Eu^(2+),Nd^(3+),La^(3+)陷阱分布和余辉性能的影响 [J], 杨志平;王文杰;郭智;朱胜超2.碱土金属离子(Mg^(2+),Ca^(2+),Ba^(2+))掺杂对长余辉荧光粉SrAl_2O_4:Eu^(2+),Dy^(3+)发光性能的影响 [J], 冯杨;刘振;何地平;焦冬梅;刘可非;焦桓3.燃烧法合成CaAl_2O_4∶Eu^(2+),Nd^(3+)长余辉发光材料 [J], 刘小蕊;张玉奇;张瑞军4.燃烧法合成CaAl_2O_4∶Eu^(2+),Nd^(3+)长余辉材料 [J], 杨志平;杨勇;刘冲;冯健伟5.微乳液法制备长余辉发光材料CaAl_2O_4∶Eu^(2+),Dy^(3+) [J], 耿秀娟;陈永杰;肖林久;关瑾;王丹焱;牟江南因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
溶液燃烧法制备长余辉发光材料——介绍一个大学化学综合性实验
大 学 化 学Univ. Chem. 2024, 39 (1), 166收稿：2023-06-13；录用：2023-07-18；网络发表：2023-07-26*通讯作者，Email:*****************.cn基金资助：中南民族大学本科教学质量工程基金项目(JYX22023)•化学实验• doi: 10.3866/PKU.DXHX202306034 溶液燃烧法制备长余辉发光材料——介绍一个大学化学综合性实验周盈吉，唐子灵，周丁香，唐万军*中南民族大学化学与材料科学学院，武汉 430074摘要：介绍了一个长余辉发光材料的制备、表征，及性能测试的大学化学综合性实验。
内容包括：尖晶石型碱土铝酸盐发光材料的制备，物相纯度的表征，以及发光性能的测试。
本实验安全、简单、迅速，富有观赏性。
学生通过本实验可以掌握溶液燃烧的物理化学原理，提高基本实验技能，更重要的是呈现化学之美，激发学生科学研究的兴趣。
关键词：长余辉发光材料；溶液燃烧法；化学之美；大学化学综合实验中图分类号：G64；O6Preparation of Long-Persistent Phosphors via Solution Combustion Method: A College Comprehensive Chemical ExperimentYingji Zhou, Ziling Tang, Dingxiang Zhou, Wanjun Tang *College of Chemistry and Materials Science, Central South Minzu University, Wuhan 430074, China.Abstract: This paper introduces a college comprehensive chemical experiment about the synthesis, characterization and luminescence measurement of long-persistent phosphors. The experiment covers various aspects, including the preparation of spinel structure alkaline earth aluminate phosphors, phase and luminescent properties characterization, and so on. The experimental process is not only safe, but also fast, simple, easy to operate, and visually appealing. By actively engaging in this experiment, students can gain a better understanding of the physical and chemical mechanisms involved in solution combustion reactions, as well as enhance their practical laboratory skills. Furthermore, it serves as a platform to showcase the beauty of chemistry, unravel the limitless allure of science, and ignite students' curiosity for scientific research.Key Words: Long persistent phosphors; Solution combustion method; Beauty of chemistry;College comprehensive chemical experiment1 概述与一般发光材料不同，长余辉发光材料指的是在自然光或其他人造光源照射下能够存储外界光辐照的能量，然后缓慢地以可见光的形式释放这些存储能量的光致发光材料[1]。
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综合实验燃烧法快速合成长余辉材料
一、实验目的：
1、学会用燃烧法快速合成长余辉材料。
2、了解长余辉材料及其长余辉原理。
3、学会用燃烧法快速合成无机氧化物及纳米材料的基本方法。
二、实验方法及原理：
20世纪初硫化物磷光体得到广泛应用,但硫化物磷光体由于掺杂了Ｃｏ等放射性元素,对人和环境带来很多危害,而且在空气中容易被氧化,性质很不稳定,逐步被人们所淘汰.人们开始研究开发新的磷光体体系.从20世纪60、70年代有人[1,2]观察到碱土铝酸盐的持续发光现象开始,到90年代对长余辉发光材料的研究进入了一个新的阶段.新的长余辉发光材料以稀土离子为激活剂,不需要掺杂放射性元素,基质本身为碱土氧化物,而且无论是发光强度还是余辉时间都是传统的硫化物发光材料的10倍以上.以前合成发光材料的方法多采用高温固相法[3],此种方法合成温度高达上千摄氏度,有的还需要在还原性气氛中反复灼烧.近年来,采用燃烧法[4]、溶胶凝胶法[5]、水热法[6]、共沉淀法[7]、电弧法[8]、微波热法[9]合成发光材料,可以有效地降低合成温度.其中燃烧法可以在较低温度(500～700℃)下,快速(3～5ｍｉｎ左右)合成长余辉发光材料.与其他合成方法相比,燃烧法具有省时节能的优点,而且操作简单,所需设备也比较简单.本实验采用硝酸盐作氧化剂, 尿素作还原剂,发生剧烈的氧化还原反应,放出大量的气体,合成的碱土
铝酸盐粉末的长余辉材料. 燃烧法合成长余辉材料的最大优点是快速和节能。
但在燃烧过程中还伴有氨等气体逸出,氨等气体会对环境产生污染,应加以改进;此外,长余辉材料的发光亮度还比高温固相法的产物小一些。
制备过程是获得良好发光材料的关键。
激活剂、助熔剂、添加剂的纯度和配比对长余辉材料的发光性能均会产生很大影响。
燃烧法是一种很有应用前途的制备发光材料的新方法。
我们已成功地采用燃烧法合成了长余辉材料。
在马弗炉中,炉温为５００℃～７００℃时快速（３ｍｉｎ～５ｍｉｎ）合成了铝酸锶铕镝磷光体,这种一次就烧成的长余辉材料不结团,容易粉碎,且发光亮度几乎不下降。
“不球磨荧光粉”的工艺也一直是照明行业追求的目标之一,因为这是提高灯用荧光粉初始亮度的工艺关键。
燃烧法合成的铝酸锶铕镝磷光体是一种白色泡沫状产物,而用高温固相法合成的这种磷光体的物体色呈现出浅黄色的、硬度一般处于６～７之间的块状产物;但它们在光激发后,发射光谱峰值均为５２０ｎｍ左右的带状光谱,即光源色均为绿色光,两者的发光亮度也差别不太显著。
用燃烧法合成长余辉材料具有省时和节能的优点,是一种很有应用前途的制备发光材料的方法。
三、实验基本操作：
1、称取“荧光级”的0.088克Eu2O3和0.093克Dy2O3用稀硝酸溶解；“分析纯级”硝酸盐和硝酸铝,按化学计量方法配成硝酸盐溶液并混合,加入Ｈ３ＢＯ３和尿素,具体量如下：
用分析天平称量0.088克Eu2O3;0.093克Dy2O3;2.116克硝酸锶；
7.5克硝酸铝；0.18克硼酸；20克尿素。
全部物质溶解后装入石英坩埚,再埋人另一大刚玉坩埚的碳粉内，盖好盖。
然后放入已预先加热到600℃的马弗炉中,并在该温度下维持几分钟（当溶液浓度低时,加热时间稍长,达５ｍｉｎ以上）,此时可观察到作为氧化剂的ＮＯ３－和作为还原剂的尿素发生剧烈的放热氧化-还原反应,逸出大量气体,进而燃烧,并可观察到火焰呈现出黄偏红色光,而燃烧可在几十秒钟内完成,即可获得白色泡沫状长余辉材料。
2、冷却后，将长余辉材料取出。
该材料经天然光或人工光照射后,再把它移到低于照射亮度的地方时,即可观察到它发出的绿色光。
当激发达到饱和时,该材料发出较强的绿色光,并能维持较长时间。
3、用照度计测量不同配方的长余辉材料的余辉强度。
四、其他文献的分析方法介绍
长余辉材料是研究得最早的发光材料。
发光材料是由作为该材料的主体化合物（基质）和特定的少量杂质离子（激活剂）等组成。
激活剂是发光中心,当它受到外界能量的激发而产生发光。
二价铕离子（Ｅｕ２+）激活的铝酸盐系列磷光体,是一种很有前途的发光材料。
当它受到蓝色光、紫色光和近紫外光的激发时,因Ｅｕ２+的发光是４ｆ６５ｄ→４ｆ７（８Ｓ７／２）宽带允许的跃迁,而５ｄ电子处于没有屏蔽的外层裸露状态,受晶场的影响较大,所以其发光特性不但与其化学组成有关,而且还与制备方法等有关。
据研究表明,整个制备过程是获得发光性能良好的长余辉材料关键。
高温固相合成法把高纯度原料按一定的摩尔比称量,然后磨细且混匀,再在还原气氛中经１３００℃左右温度焙烧２～３小时左右,最后还必需进行粉碎球磨阶段,才能制成粉状长余辉材料。
由于经高温固相合成法制成的磷光体晶粒是逐渐生长而成的,所以粒子较粗,经球磨后晶形遭受到破坏,使发光亮度大幅度下降。
有的文献当Ｂ２Ｏ３的摩尔分数为０．０５、尿素对硝酸盐的重量比为２、马弗炉的炉温为６００℃时,由燃烧法合成的铝酸锶铕镝磷光体样品,用ＳＰＦ-５００Ｃ荧光分光光度计测量的发射光谱如图１所示。
测量时的激发波长为３４０ｎｍ。
从图１中可以看出,铝酸锶铕镝磷光体的发射光谱为一宽带谱,其最大发射光谱波长为５１７ｎｍ,半宽度为８０ｎｍ。
这与用高温固相法合成的同一配方长余辉材料的发射光谱大致相同,它们均是典型的Ｅｕ２+的５ｄ-４ｆ跃迁所引起的发光,也就是二阶铕离子这个发光中心受到光照后激发而产生的发光。
我们所合成的长余辉材料的发射光谱经中山大学分析中心测定在531ｎｍ。
激发光谱在268ｎｍ。
有的文献所研制的铝酸锶铕镝磷光体的激发光谱如图２。
该图是由监测波长为５２０ｎｍ获得的。
从图２可以看出,最大激发波长为３２２ｎｍ,其次是３４５ｎｍ;可见光对这种磷光体的激发作用不大。
而采用高温固相法合成的同一配方铝酸锶铕镝磷光体的激发光谱如图３所示。
从图３中看出最大激发波长是３４５ｎｍ,其次是３２
１ｎｍ和３８８ｎｍ两个波长。
图２和图３相比,由燃烧法合成的磷
光体激发波长中少了次次峰值波长———紫色光———３８８ｎｍ。
由不同方法合成的产物呈现出物体色也是有明显差别,由燃烧法合成的产物是浅黄色的。
因此,合成方法对长余辉材料的光学性能具有很大的影响,所以一定要寻找适宜的长余辉材料的制备工艺,研制出光学性能优良的长余辉材料。
关于碱土铝酸盐中Ｅｕ2+的长余辉发光机理,已有文献总结和报道,认为Ｅｕ2+的长余辉现象主要不是Ｅｕ2+离子激发态能级缓慢弛豫产生的,而可能是因为Ｅｕ2+被引入碱土铝酸盐基质中,在基质中不仅形成了发光中心,而且也形成了对发光衰减起重要作用的电子陷阱,该陷阱具有俘获电子或空穴的能力而导致长余辉效应,陷阱的深浅确定了荧光体余辉时间的长短[11].这里必需指出的是,我们通过系统地在碱土铝酸盐荧光体中共掺杂三价稀土离子,观察到有些稀土离子可极大地增长Ｅｕ2+的余辉时间,而有些稀土离子则不能,例如对ＢａＡｌ2Ｏ
:Ｅｕ荧光体余辉发光最有效的稀土离子是Ｎｄ3+、Ｄｙ3+、Ｈｏ3+等。
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[参考文献]
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