铕-月桂酸相变发光材料的制备.doc

北京石油化工学院科学方法训练实验报告题目名称：铕-月桂酸相变发光材料的制备 学生姓名： 孙海旺 专 业：高分子材料与工程系 学 院： 材料科学与工程 年 级： 高 Z11 指导教师： 师 奇 松 2014 年 1 月 2 日铕-月桂酸相变发光材料的制备 孙玉婷北京石油化工学院高分子材料与工程系摘 要：稀土元素铕离子，Y2O2S:Eu3+为白色晶体，具有六方晶体，不溶于水，熔点高（2000以上），化学稳定性好。Y2O2S:Eu3+采取较高的Eu3+掺杂浓度，产生交叉弛豫，使得Eu3+较高能级的蓝光和绿光发射发生猝灭，从而得到较高纯度和强度的红光发射。 相变材料(PCM - Phase Change Material)是指随温度变化而改变物理性质并能提供潜热的物质。转变物理性质的过程称为相变过程，这时相变材料将吸收或释放大量的潜热。 月桂酸（英文：Lauric acid），又称为十二烷酸，是一种饱和脂肪酸。它的分子式是C12H24O2。相变材料实际上可作为能量存储器。这种特性在节能，温度控制等领域有着极大的意义。因此，相变材料及其应用成为广泛的研究课题。 我们的实验主要是用月桂酸为相变基体，通过化学键连上功能性发光基团稀土材料铕离子（ Eu3+ ）。这样我们可以制备出产品的配合物不仅有相变功能，同时具有优异的荧光特性，且具有良好的热稳定性。关键词：相变材料-月桂酸，稀土发光材料铕离子Europium lauric acid phase change luminous material and preparationAbstract：The luminous mechanism and luminous features of rare - earth luminescent materialswere introduced. The chemicalpreparationmethods of rare - earth luminescent materials were re2viewed. Meanwhile, the advantages and disadvantages of these methodswere discussed. The appli2 cation of rare - earth luminescentmaterialswas focused on. At last, the development future of rare- earth luminescentmaterials was prospected.Inorganic nano rare earth luminescent materials as the important luminescent materials owing to their unique electronic , optical and chemical properties , have been widely exploited for us einhigh 2performance magnets ,luminescence devices , displays , biolabeling , optical imaging , phototherapy and so on. The intrinsic properties of rareearth luminescent materials depend strongly on the materialssize and shape. Recently many methods have been used for the preparation of rare earth luminescent nanostructures with different shapes , such as nanowires , nanorods , nanotubes ,nanofibers and nanoplates , etc. In this paper , a comprehensive review is presented on the general preparation methods ofinorganic nano rare earth luminescent materials , including hydrothermal and solvothermal method , organicinorganicprecursers thermal decomposition method , sonication2assisted technique , etc.Our experiment is mainly using lauric acid as phase transition matrix, even on the functional groups of europium ion luminescence of rare earth materials by chemical bonding (Eu3+). So we can prepare the complex product not only has the transformation function, and has good fluorescence, and has good thermal stability.Keywords: phase change material lauric acid, luminescent materials of rare earth europium ion1 前言 自 20世纪 60年代稀土氧化物实现高纯化后 ,稀土发光材料有了重大突破 ,尤其在彩电荧光粉、三基色灯用荧光粉和医用影像荧光粉方面发展迅猛。现在稀土发光几乎覆盖了整个固体发光的范畴。稀土发光材料广泛应用于照明、显示和检测三大领域 ,形成了很大的工业生产和消费市场规模 ,并正向着新兴领域拓展。 稀土元素的光学性能主要来源于电子在 4f 壳层内部的部分禁阻跃迁 ,其发射光谱呈线状 ,具有色彩鲜艳、发光寿命长、耐高温、高激发能量密度、高流明当量的特点。另外 ,稀土发光材料具有其它发光材料所不具备的发光亮度高、余辉时间长、发射光波长可调、无辐射无污染等优点 ,因此它在彩色电视荧光粉、基色灯用荧光粉、医用影像荧光粉、计算机显示器、核物理、辐射场和军事等方面得到了广泛的应用。相变材料是指随温度变化而改变物理性质并能提供潜热的物质。转变物理性质的过程称为相变过程，这时相变材料将吸收或释放大量的潜热。月桂酸（英文：Lauric acid），又称为十二烷酸，是一种饱和脂肪酸。它的分子式是C12H24O2。相变材料实际上可作为能量存储器。这种特性在节能，温度控制等领域有着极大的意义。因此，相变材料及其应用成为广泛的研究课题。我们的实验主要是用月桂酸为相变基体，通过化学键连上功能性发光基团稀土材料铕离子（ Eu3+ ）。这样我们可以制备出产品的配合物不仅有相变功能，同时具有优异的荧光特性，且具有良好的热稳定性。2 实验部分1.实验试剂与仪器试剂：氧化铕 0.2g 浓盐酸 99.7%乙醇 邻菲罗啉 1mmol（0.198g） 氢氧化钠 月桂酸3mmol（0.6g）仪器： 油浴锅 电子天平 量筒 PH试纸 搅拌器 烧杯 烘箱2.实验步骤（1）氯化铕的制备1）将浓盐酸加入等体积的水中制成盐酸溶液，再将0.2g氧化铕与盐酸溶液混合，加上封口膜搅拌至溶液无色透明。2）将溶解后的氯化物溶液在85下油浴加热7-8小时至溶液完全蒸干3） 蒸干后可见一层白色薄膜附着在烧杯底部为六水合氯化铕EuCl36H2OEu2O3+6HCl2EuCl3+3H2O（2）相变发光材料的制备1）配制溶液1：将1mmol (0.3665g )EuCl36H2O与5ml 99.7%乙醇混合，搅拌2）配制溶液2：将1mmol(0.198g)的邻菲罗啉与10ml 99.7%乙醇混合，搅拌3）配置溶液3：将1mmol (0.6g)月桂酸与10ml 99.7%乙醇混合，并在50下搅拌至溶解，溶解后逐滴加入NaOH溶液调至PH为78溶液1与溶液2混合在50下搅拌30min，加入至溶液3中混合液搅拌2小时后，室温下搅拌48小时，放入烘箱中蒸干3实验样品分析：此图为实验做得的产品，产品在室内为白色粉末，在紫外线下为红色（稀土离子铕的荧光颜色）Temperature/ ?20406080100120140160Heat Flow/ mW-20.0-17.5-15.0-12.5-10.0-7.5-5.0-2.50.0ExoFig. :Experiment :LA-EU2Mass (mg) :10.912-26-13Procedure :20120606 PET01 (Seq 1)Atm. :N2Crucible :Al 30 ?DSC 131Onset point : 43.22 ?Peak 1 top : 50.36 ?Enthalpy / J/g : 83.1083 (Endothermic effect)由产品的DSC曲线可以看出，月桂酸为基体稀土材料为发光体的材料产品的相变焓为83.1083J/g，相变温度为50.36。分析：加入了稀土离子铕与月桂酸后材料的相变焓大幅度下降，相变温度升高得出的产品即有了相变材料的特性，又有了稀土材料发光的特性，所以实验的产品是成功的4.参考文献 1 Park S J , Taton T A , Mirkin C A. Science , 2002 , 295: 1503 1506 2 Bell A T. Science , 2003 , 299: 1688 1691 3 Huang M H, Mao S, Feick H, et al. Science , 2001 , 292: 1897 1899 4 Law M, Kind H, Messer B , et al. Angew. Chem. Int. Ed. , 2002 ,114: 2511 2514 5 Law M, Kind H, Messer B , et al. Angew. Chem. Int. Ed. , 2002 ,41: 2405 2408 6 Wang X, Li Y D. Angew. Chem. Int. Ed. , 2002 , 41: 4790 4793 7 Wang X, Sun X M, Li Y D , et al. Adv. Mater. , 2003 , 15:1442 1445 6赵春燕,等. BaBeF4: Sm3+的温和水热合成与光谱性质研究J.高等学校化学学报,1998,19(7): 1023- 1025.7于亚勤,周誓红,张思远. La1- xPrxP5O14晶体的研究J.人工晶体学报,2002,31(6): 529- 532.8 TaoYe, ZhaoGuiwen, etal. combustionsynthesisandphoto2luminescenceof nanocrastallineY2O3: Eu3+phosphorsJ.Materials researchBulletin,1997,32(5): 501- 506.9姚疆,等.稀土纳米复合氧化物RE2O3: Eu(RE=Y, Gd)的制备和特性J.中国稀土学报,2001,19(5):426- 429.10刘胜利,陈征,郭舜