专题训练实验报告

1、合 肥 学 院Hefei University专题训练实验报告题 目：红色长余辉发光材料制备学 号： 姓 名： 专 业： 系 别： 指导老师： 化工系专题研究训练实 验 报 告姓 名学 号班 级实验类别综合型实验题 目红色长余辉发光材料的制备指 导 教 师 评 语 指导教师（签章）： 年 月 日实 验 报 告 正 文实验报告内容： 1. 实验名称（三号，加黑； 其他全为小四宋体）2. 班级、姓名 3. 前言（研究意义）4. 实验原理5. 仪器和试剂6. 实验步骤、测试方法7. 实验数据处理与分析 （实验结果、谱图分析）8. 参考文献9. 感受与建议 红色长余辉发光材料的制备1、前言长余辉发光材

2、料, 是一类储光功能材料, 可以在太阳光辐照下储存能量，它可以吸收紫外光、自然光、或人工可见光并将光能储存起来, 撤去光源后有较长时间的发光。作为美化和清洁光源在发光陶瓷、交通安全标志、紧急突发事件的照明设施、工艺美术涂料等众多领域得到越来越广泛的应用, 近年来又逐渐拓展到光信息存储、辐射探测、成像显示等高科技领域， 引起了人们的重视。在长余辉发光材料中，绿色和蓝色长余辉发光材料余辉性能优良且已经达到了工业化生产水平，而红色长余辉发光材料仍处于研究阶段，初始亮度和余辉时间都不理想。稀土Pra+掺杂的碱土金属钦酸盐是一类发光强，化学性能稳定以及色纯度(x一0.680，y一0.311)高的红色长余

3、辉发光材料，然而CaTio3:Pr3+的余辉时间较短，只有几分钟，且初始亮度较低。大量的研究集中于通过掺杂来提高红色长余辉发光材料CaTi03:Pr3+的余辉性能。1997 年 Diallo 等首次报道了 CaTiO3 Pr3 +具有红色长余辉特性，与传统的硫化物相比 CaTiO3 Pr3+红色发光材料具有良好的稳定性及其色坐标值( x =0.68，y =0.31) 与 NTSC 的理想红色坐标( x =0.67，y =0.33)非常接近，引起了人们广泛的关注。但是其本身的发光亮度低，余辉时间短，人们采用各种方法提高其发光性能。其中一种方法是改变基质掺杂提高其发光性能，在这些研究中，Ca0.8

4、Zn0.2TiO3Pr3+，Na+是性能比较理想的一种材料。另一种方法是改变合成工艺提高其发光性能，目前主要的合成方法有高温固相法和液相法7，10-12。然而这些方法存在着一些不足，高温固相法制备 CaTiO3:Pr3+红色长余辉发光材料所需要的烧结温度高，制备的样品颗粒尺寸大且分布不均匀，经研磨后发光性能下降; 液相法中主要是溶胶凝胶法制备 CaTiO3 Pr3+红色发光材料，一般都需要湿凝胶制备干凝胶的过程，导致生产周期长，但是它制备发光材料煅烧温度低，制备的样品颗粒尺寸小。溶胶凝胶燃烧法是一种新兴的制备纳米材料的方法，它继承了溶胶凝胶法的优点，煅烧温度低，制备的样品的颗粒尺寸小，同时也克

5、服了溶胶凝胶法的缺点，不需要湿凝胶制备干凝胶的过程，很大程度上缩短了生产周期，节时、节能。目前还未发现文献上报道用此方法制备 CaTiO3 Pr3+红色长余辉发光材料。本文采用溶胶凝胶燃烧法制备了Ca0.8Zn0.2TiO3：Pr3+，纳米红色长余辉发光材料 。2、实验原理：溶胶 凝胶(sol gel)法作为一种湿化学法用于制备稀土发光材料是在近 20 年才兴起的，该法相较于高温固相法可在较低的温度下合成产品，且产品粒径小、均匀度较好。S. Okamoto等利用 sol gel 法研究了共掺 Al3 +的 SrTiO3:Pr3 +红色发光效率的增强机制，并得到在 Al 离子掺杂 23mol%

6、时样品具有最佳的发光性能，同时相较于未掺杂样品其发光强度提高约 200 倍。Yin等用 sol gel 法，采用柠檬酸作螯合剂合成 CaTiO3:Pr3 +，Al3 +，并比较了磁力搅拌和超声分散对发光性质的影响，同时发现因柠檬酸的分散作用，使得样品的粒径更小更均匀，发光性能更好，对比高温固相法激发峰出现了“红移”现象。后来，Zhang等也用该法合成了 SrTiO3:Pr3 +红色长余辉发光材料，并探讨了发光强度与烧结温度之间的关系，结果表明煅烧温度低于 900时，发光强度变化很小，随着温度的升高，发光强度聚升。3、仪器和试剂仪器：马弗炉；磁力搅拌器；分析天平；坩埚，烧杯，分析仪器：光谱性能的

7、测试: 采用Perkin Elmer LS-55 荧光光谱仪测量CaTiO3 : Pr3+ 发光粉体的激发光谱和发射光谱.余辉性能的测试: 采用PR-305 长余辉荧光粉测试仪测量CaTiO3 : Pr3+ 发光粉体的发光亮度、余辉时间及余辉亮度曲线.试剂：Mg(NO3)2.6H2O :1.170g Ca(NO3)2.4H2O :4.320g Pr6O11 :0.0036g 钛酸丁酯：7.83ml 柠檬酸：9.555g 聚乙二醇：0.0378g4、实验步骤和测试方法实验所用原料为Mg(NO3)2.6H2O、Ca(NO3)2·4H2O、Pr6O11、柠檬酸、浓HNO3、钛酸丁酯、聚二乙

8、醇和去离子水。按照Mg0.2Ca0.8TiO3:0.001Pr3+,0.001Na+化学计量比称取各物质，柠檬酸的物质的量为总金属离子的2倍，HNO3的用量以完全溶解稀土氧化物为准，聚二乙醇的用量以钛酸丁脂体积的2倍。将Ca(NO3)2·4H2O、Mg(NO3)2和柠檬酸溶于适量的去离子水中，得到混合液A，并置于衡温（8090）磁力搅拌机上搅拌，同时将Pr6O11溶于硝酸中，待Pr6O11完全溶解后将其溶液缓慢倒入A溶液中一起搅拌，接着缓慢加入C16H36O4Ti，溶液出现白色絮状物，最后加入分散剂聚二乙醇，搅拌约40min后溶液变成淡黄色的溶胶，搅拌2h后形成无色透明凝胶，装入氧化

9、铝坩埚中，放入炉温已达到600的马弗炉中，让其凝胶自燃并充分燃烧至不冒火焰，再将炉温升至900，恒温3h，得到样品。5、实验数据处理与分析图1 余辉亮度随时间的变化图从图中可以看到Ca0.8Zn0.2TiO3：Pr3+ 发光粉体开始有一快速衰减过程, 随着时间的延长, 衰减开始越来越慢，直至保持不变。余辉时间长达140s.为了提高余辉的初始亮度和延长余辉时间, 我们对CaTiO3 : Pr3+ 共掺杂了Mg2+离子.离子的加入在一定程度上增强了初始亮度延长了余辉时间, 使得余辉性能能得以改善.图2 Ca0.8Zn0.2TiO3：Pr3+ 的激发和发射光谱图中的激发光谱在波长为 613 nm 的

10、可见光监测下所测得，主峰值均为 290 nm，此激发带是由 O( 2p)Ti( 3d) 电荷跃迁引起的。图中的发射光谱均在波长为 290 nm 的紫外光激发下所测得，峰值均为 613 nm，对应于Pr3 +的1D23H4特征发射，这与 Diallo 等的结果一致，为三价稀土离子典型的 4f-4f 能级跃迁发光。 紫外灯照射前 紫外灯照射后图3 紫外灯照射前后的样品6、参考文献l徐叙璐，苏勉曾.发光学与发光材料M.北京:化学工业出版社，2004:2-3.21秦英德，王可嘉，邹旋，张伟.稀土掺杂红色长余辉发光材料的研究进展J.化工技术与开发，2008，37(l):22一25.3srivastava

11、 A M.The electronic Structure of Er3+J.Materials chemistry and Physics，1988，19(7):199一201.4戴国瑞，郑雁，张英兰.非放射性红色荧光粉的合成和发光J.吉林大学自然科学学报，1993，(1):97一00.5袁剑辉，袁红辉，张振华，等.痕量双掺sm3+和Gd3+对YZOZs:Eu3+发光特性的影响J.中国稀土学报，2005，23(4):421一424.6杨志平，王文杰，郭智，等.红色长余辉材料caTio3:P尸十中两种电子陷阱的研究J.光电子激光，2004，15(3):332.7李治霞，张玉奇，廖亮.CaTio

12、3:Pr红色磷光体余辉性能的改进J.重庆大学学报，2004，27(7):53一55.8沈雷军，赵增棋，韩莉，等.Zn，Cd对CaTio3:Pr的发光性质的影响J.发光学报，2007，28(l):74一78.9宋春燕，刘应亮，张静娴，等.微波法合成橙红色长余辉磷光粉Gd202S:Sm3+J. 暨南大学学报(自然科学版)，2003，24(5):93.10陆佩文.无机材料科学基础M.湖北:武汉理工大学出版社，19%:308一 309.11陈一诚，陈登铭，詹益松.杂质的添加对SrA12o4二Eu2+，Dy3+余辉发光特性的改善J.中国稀土学报，2001，19(6):502一506.12 Ji H M,

13、 Xie G J, Lü Y, et al. J. Sol-Gel Sci. Techn., 2007,44(2):133-13713Xu Y C, Chen D H. Ceram. Int., 2008,34(8),2117-21207、感受与建议感受：红色、绿色、蓝色作为三基色缺一不可，绿色、蓝色长余辉材料的研究已经达到了实际应用的要求，并且实现了工业化生产，然而红色长余辉材料在余辉时间及亮度方面与蓝、绿色相差较大，还一直处于研发阶段，对红色长余辉材料的研究还有很长的路要走，我们要站在巨人的肩膀的继续前进。化学是一门以实验为基础的学科，化工又以化学的研究和发展为前提，也就突出了实验与研究在化工领域的重要性。化学实验室是培养学生的科学道德、创新精神和实践能力的基地。化学实验的良好开展必须有一定经费作保障，否则，实验所需要的场地、设备、仪器、药品试剂和实验材料就没法满足，化学课堂教学就会流于纸上谈兵，成为无源之水。通过此次实验，我明白细心与耐心很重要。想要把实验做好，就需要有足够的细心