本科论文答辩：磁光晶体TbPO4的合成及性质研究ppt课件

1、磁光晶体磁光晶体TbPO4TbPO4的合成及性质研讨的合成及性质研讨 争辩人：导师：一一二二三三研讨内容研讨内容结论结论选题根据选题根据内容内容: :CONTENTSCONTENTS选题选题根据根据稀土含量较高稀土含量较高性能优良性能优良运用广泛运用广泛国内外晶国内外晶体生长、体生长、磁光性能磁光性能研讨较少研讨较少晶体构造对晶体构造对称性高称性高稀土离子特殊稀土离子特殊的电子层构造的电子层构造有望成为四有望成为四方相具有较方相具有较高费尔德常高费尔德常数的优质磁数的优质磁光晶体资料光晶体资料 一一. .选题根据选题根据1.1.多晶原料的合成与表征多晶原料的合成与表征2.TbPO42.TbPO

2、4多晶粉体性能表多晶粉体性能表征征 3.TbPO43.TbPO4晶体生长的水热法晶体生长的水热法探求探求 4.TbPO44.TbPO4晶体生长助熔剂体系探晶体生长助熔剂体系探求求 研讨内容研讨内容图1-1 TbPO4原料粉末的DSC-TGA谱 TbPO4TbPO4多晶原料的合成与表征多晶原料的合成与表征 1.1 DSC-TGA 1.1 DSC-TGA分析分析020040060080010001200140016007580859095100 DSC/(mW/mg)Mass/%Temp./C-2.0-1.8-1.6-1.4-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20.00.20.40.60

3、.81.0 2103168681360 1.2 1.2 固相法合成多晶原料的固相法合成多晶原料的XRDXRD表征表征 图2-2 采用固相烧结0-20h得到TbPO4白色粉末 1020304050607080 PDF#32-12921350C-TbPO4 1.3 1.3 红外光谱分析红外光谱分析 图1-4 固相合成TbPO4多晶的IR图 图1-5 磷酸水热合成TbPO4的IR图40003500300025002000150010005000.00.30.6 wave number/cm-1103062251840003500300025002000150010005000.20.40.60.8

4、wave number/cm-110116225181.4 1.4 能谱能谱(EDS)(EDS)分析分析024681012141618?keV0100200300400500600?x?0.001?cps/eV?O?P?Tb?Tb?Tb?Tb? 图2-1 TbPO4粉体的能谱分析表表表1-4 1-4 元素含量百分比元素含量百分比元素元素物质量百分物质量百分比比质量百分比质量百分比P P12.61%12.61%10.61%10.61%O O 74.16%74.16%32.24%32.24%Tb Tb 13.24%13.24%57.16%57.16% 由以上数据可知，由以上数据可知，P P、TbT

5、b元素的含量摩尔比接元素的含量摩尔比接近近1:11:1。 1.5 1.5 共沉淀共沉淀XRDXRD分析分析 图1-5 共沉淀合成TbPO4粉体的XRD谱图与TbPO4规范谱图对比0.5mol/L0.5mol/L的的TbTbNO3NO33 3胶体胶体10ml 10ml 参与参与1ml1ml浓磷酸浓磷酸参与氨水，洗涤、参与氨水，洗涤、烘干沉淀烘干沉淀放入刚玉锅，马弗放入刚玉锅，马弗炉炉10001000煅烧煅烧5h5h共沉淀步骤：共沉淀步骤：优点：产物的晶相较好、操作简单缺陷：反响温度较高高温固相法优点：反响温度较低、产物颗粒小、均匀性好纯度较高缺陷：不易大量合成，操作比较复杂液相共沉淀法高温固相法

6、和液相共沉淀法都能合成高温固相法和液相共沉淀法都能合成TbPO4TbPO4多晶原料多晶原料图1-7 TGG和TbPO4多晶原料的磁化率图表1-6多晶粉末的单位质量磁化率241.6 1.6 多晶原料的恒温磁化率测试多晶原料的恒温磁化率测试多晶粉末多晶粉末单位质量磁化率（单位质量磁化率（m m3 3/kg/kg）TGGTGG1.48E-41.48E-4TbPOTbPO4 42.10E-42.10E-420)-(2WBghWWm空管空管样品 2.1 2.1 漫反射分析漫反射分析 ：图图2-2 TbPO42-2 TbPO4粉体的粉体的UV-Vis UV-Vis 漫反射漫反射30040050060070

7、080025303540 Reflectance/%Wavelength/nmf-ff-f跃迁跃迁489nm 489nm 4f-5d4f-5d跃迁跃迁2. TbPO42. TbPO4多晶粉体性能表征多晶粉体性能表征 2.2 2.2 粉体的变温磁化率粉体的变温磁化率 图2-3 TbPO4多晶粉体磁化率与温度的关系曲线0501001502002503000.00.20.40.60.81.01.21.41.61.8 Mass Susceptilibity (emug-1T-1)Temperature (K)050100150200250300-2024681012141618202224261/x

8、(gTemu-1)Temperature (K) 居里外斯定律居里外斯定律(CurieWeiss)(CurieWeiss)： 经计算，铽的原子磁距j为9.76b 12.9K居里外斯温度反铁磁性转变为顺磁性。3.1 3.1 简介简介3. TbPO43. TbPO4晶体生长的水热法探求晶体生长的水热法探求 水热法又称热液法，晶体的热液生长是在高温高压过饱和溶液中进展结晶的方法。 为提高组分在水中的溶解度，常参与易溶于水的酸、碱或其它能与难溶组分构成络合物的可熔性物质，这些物质就是所谓矿化剂。3.2 3.2 水热法实验步骤水热法实验步骤 实验采用Tb(NO3)3作为TbPO4中铽的原料，分别用柠檬酸

9、，磷酸，冰醋酸溶液作为矿化剂。反响容器为25ml带聚氯乙烯内衬的不锈钢高压釜。实验的详细操作如下：将配制好的前驱物按一定的填充比加去离子水，配成混合液体，调理特定的pH指定值，参与高压釜中，在一定的温度和保温时间下进展水热反响。反响终了后，晶体或粉体经去离子水冲洗，然后烘干得到TbPO4晶体粉体。 图3-1 磷酸浓度为8mol/LXRD图图3-2 混酸与规范XRD图对比3.3 3.3 粉体粉体XRDXRD表征表征结论：柠檬酸、磷酸和醋酸均可以作为合成四方相的目的物质的矿化剂，磷酸作为矿化剂比较优良。 3060010002000300040005000 intstensity图3-3 不同温度磷

10、酸XRD图 图3-4 不同浓度磷酸XRD图1020304050607080 PDF#20-1244TbPO4nH2O140C160C180C200C12mol8mol1020304050607080 Apdf结论：比较好的合成条件：结论：比较好的合成条件：180180，8mol/L8mol/L磷酸为矿磷酸为矿化剂，化剂，100h100h慢降。但只得到粉末，需进一步探求。慢降。但只得到粉末，需进一步探求。 #32-#32-1292129212mol/L12mol/L8mol/L8mol/L4.1 4.1 根本原理根本原理4.TbPO44.TbPO4晶体生长的助熔剂体系探求晶体生长的助熔剂体系探求

11、 熔盐法是将结晶物质在高温下溶解于低熔点的熔融盐中，构成均匀的饱和溶液，然后经过降温或蒸发熔剂等方法，构成过饱和溶液析出晶体。 助熔剂应有低粘度，低熔点，高沸点，化学稳定性高，不与反响物发生反响，或只生成中间产物，对产物有较大溶解度。4.2 4.2 熔盐法实验步骤熔盐法实验步骤 自发成核的实验步骤：将Tb4O7(4N)和NH4H2PO4(分析纯)按化学计量比研磨均匀，与助熔剂混合，放入铂金坩埚，置于熔盐炉内，缓慢升温(1100)；待助熔剂完全熔化，恒温一段时间，使溶质完全溶解；10/h缓慢降温，使晶体从饱和熔体中自发成核；最后根据不同的助熔剂体系采用水或稀酸溶液煮锅，抽滤，烘干，对所得产品进展

12、表征。4.3 MoO3-Na2CO34.3 MoO3-Na2CO3助熔剂体系助熔剂体系PDF#32-1292102030405060708005001000150020002500300035004000 IntensityNaCO3-MoO3图图4-14-1电镜电镜100100倍下的晶体照片倍下的晶体照片图图4-2 Na2CO3-MoO34-2 Na2CO3-MoO3助熔剂体系缓冷法助熔剂体系缓冷法所得样品所得样品XRDXRD谱图与谱图与TbPO4TbPO4规范谱图比规范谱图比对对 结论：能明显降低原料的反响温度制备出四方相TbPO4粉体晶体未到达毫米级，与粉体分别，易于获得，但需进一步探求

13、该助熔剂体系。4.44.4MoO3-Na2CO3-NH4H2PO4MoO3-Na2CO3-NH4H2PO4助熔剂体系助熔剂体系图图4-3 4-3 偏光显微镜偏光显微镜4040倍下的晶体照片倍下的晶体照片图图4-4 MoO3-Na2CO3-NH4H2PO44-4 MoO3-Na2CO3-NH4H2PO4助熔剂助熔剂体系自发成核所得晶体体系自发成核所得晶体XRDXRD谱图与谱图与TbPO4TbPO4规范谱图比对规范谱图比对 结论：在该助熔剂体系下，结论：在该助熔剂体系下，TbPO4TbPO4的相稳定，降温析出的相稳定，降温析出1.2mm1.2mm的四方相的四方相TbPO4TbPO4晶体。但随着晶体

14、。但随着P P含量的添加，助溶剂的粘度加大，析出晶体量有一定含量的添加，助溶剂的粘度加大，析出晶体量有一定程度的添加。程度的添加。 PDF#32-12921020304050607080-3000300600900 IntensityMoO3-Na2CO3- NH4H2PO42()1采用高温固相法和液相法都能合成TbPO4多晶原料。TbPO4多晶粉体为顺磁性物质，单位质量磁化率大于TGG；并经过测得的M-T曲线计算出Tb3+的原子磁矩为9.76b 。 2采用水热法生长TbPO4四方相粉体，分别以磷酸、柠檬酸和醋酸为矿化剂，调理不同的水热反响条件，得到比较好的合成条件：180，8mol/L磷酸为

15、矿化剂，100h慢降。但没有得到较大的晶体，需经过探求新型矿化剂或改良实验条件对水热法进展进一步探求。三三. .结结 论论 由于实验时间和条件的限制，目前我们所做的任务中还存在许多缺乏之处，针对实验中遇到的问题，今后将开展以下任务：1.改良水热条件(如反响温度，pH，反响时间等)、探求新的矿化剂、改动反响釜内胆，实现晶体生长。 2.优化助熔剂体系及尝试新型助熔剂体系，研讨TbPO4在MoO3-Na2CO3- NH4H2PO4助熔剂体系中的自发成核习性。有待进一步开展的任务：有待进一步开展的任务：3采用熔盐法生长晶体，以MoO3-Na2CO3作复合助熔剂能明显降低原料的反响温度，但采用自发成核法

16、析出的晶体尺寸较小(为0.1mm0.1mm1mm的四方相TbPO4单晶)；以MoO3-Na2CO3-NH4H2PO4作复合助熔剂，析出1.2mm四方相的TbPO4晶体。随着P含量的添加，析出晶体量有一定程度的添加，但助熔剂的粘度也逐渐加大，因此，对于TbPO4在助熔剂体系中的自发成核习性，还需进展大量研讨。 由于实验时间和条件的限制，目前我们所做的任务中还存在许多缺乏之处，针对实验中遇到的问题，今后将开展以下任务：1.改良水热条件(如反响温度，pH，反响时间等)、探求新的矿化剂、改动反响釜内胆，实现晶体生长。 2.优化助熔剂体系及尝试新型助熔剂体系，研讨TbPO4在 助熔剂体系中的自发成核习性。有待进一步开展的任务：有待进一步开展的任务：致谢致谢 在导师