共沉淀熔盐法制备SrSiOSm红荧光粉

1、共沉淀-熔盐法制备Sr2SiO4: Sm3+红荧光粉材料专业综合设计实验报告项目名称：共沉淀？熔盐法制备Sr2SiO4 Sm3+红荧光粉 系别：专业班级：学号：学生姓名：指导老师：时间 :年 月 日材料专业综合设计实验报告共沉淀熔盐法制备Sr2SiO4: Sm3红光荧光粉1 实验目的1）熟悉和掌握Sr2SiO4 Sm3+材料制备工艺过程及原理及性能测试 与结构表征；2）理解共沉淀熔盐法工艺因素对材料性质与结构的影响；3）培养学生的创新意识、创新能力、科学态度，使其具有较强动手 实践能力、初步的科研开发能力和科技研究能力；4）培养学生综合设计实验的能力，提高分析问题、解决问题和动手 能力，为学生

2、毕业后从事材料生产与检测工作奠定基础。2 实验原理及步骤2.1 概述白光LED1-3是固体照明的重要光源，它的发展不仅有利于社会和环 境的可持续发展，而且还可以推动LED产业和相关产业的发展，提高我 国照明产业的竞争力。由于激发源是短波紫外、长波紫外或蓝光发射的 半导体，输出功率高，因此对发光材料性能会提出特定要求，而针对这 些特定要求幵展白光LED专用发光材料一一荧光粉的研究，无疑是一个 新的研究课题。LED用荧光粉可分为有机材料和无机材料。综合材料的制备、物理、化学及发光特性等因素后，无机材料荧光粉成为人们研究和应用的 重点。传统的蓝光激发荧光粉不耐高温，发生红移时发光功效也随之降 低。为

3、了获得低成本、高性能的 LED,人们断地研发新的基质荧光粉，主 要包括硫化物、氮化物及氮氧化物、铝酸盐、钼酸盐、硅酸盐等。硫化 物基质荧光粉由于发光亮度低、化学稳定性差、有一定毒性等因素，在 实际应用中受到限制。以氮化物及氮氧化物为基质的荧光粉合成工艺较 复杂、合成条件较苛刻，不适合工业化生产。铝酸盐体系荧光粉有烧成 温度较高、抗湿性差、单相性基质难以制得等缺陷。钼酸盐体系荧光粉 发光强度较弱，在很大程度上限制了其应用范围。硅酸盐作为荧光粉基质材料，具有良好的化学稳定性、热稳定性， 烧结温度至少比铝酸盐体系低 100 C等优点。而且，白光 LED的硅酸盐体 系荧光粉 能够被高效激发，发光亮度高

4、，适合近紫外激发。因而，硅酸 盐白光LED用荧光粉引起了人们的高度关注。近些年来，制备光致发光 材料的方法不断发展，已经有许多种，主要包括制备单晶的浸渍-提拉法和制备多晶粉体的固相反应法，水热合成法，溶胶凝胶法，燃烧法，沉 淀法，熔盐法等。固相反应法一般是在高温下煅烧得到产物；水热合成 法需要较高压力下反应得到产物；溶胶凝胶法是首先制备出溶胶后再凝 胶，再在一定温度下煅烧除去有机物后得到产物的方法；燃烧法的过程是将硝酸盐作为氧化剂、尿素等作为还原剂引燃后，在短 时间内反应完全后得到产物；沉淀法是先制备出含产物所需离子的沉 淀，然后将沉淀置于一定条件下煅烧得到产物的方法；熔盐法是将反应 物与低熔

5、点的盐类混合后，在较低温度下合成粉体的方法。选共沉淀熔盐合成法，有着明显低的合成温度、反应时间短，更 容易控制颗粒的形状、尺寸，容易清洗掉熔盐等优点。在较为全面的了 解了熔盐的热力学和动力学性质后，人们可以根据不同的需要设计不同 的熔盐体系和工艺参数，使得熔盐在工业生产和人们生活中发挥越来越 重要的作用。本实验采用共沉淀一熔盐法制备 Sr2SiO4: Sm荧光粉，考察Sm3+的掺 入量对Sr2SiO4为基质的荧光粉发光性能的影响。并采用日立F-4600荧光光谱仪、Y2000X射线粉末衍射仪和日立 SU8010扫描电镜对样品的发光 性能、结构物相、样品的表面形貌和颗粒尺寸进行测试。 2.2 实验

6、原理2.2.1 实验仪器设备及原料3+.3 实验步骤1）准备好实验所需的药品及容器；2）按目标产物Sr2SiO4 Sm3+的化学计量比，准确称量反应原料。将量取好的TEOS加入盛有适量无水乙醇和蒸馏水的坩埚中再加入一定量 NH3 H2O ?，将称量好的Sr?NO3）2和蒸馏水分别加入上述坩埚中；将称量 好的Sm2O3溶解到适量的1:1HNO3中,将溶解完全的Sm2O3加入上述坩 埚中,用超声波震荡至所有原料溶解完全，将上述2种坩埚混合放在磁力搅拌器中搅拌，加入一定量NH4HCO3搅拌一段时间后将试样放入恒温干燥箱中烘干；将烘干的试样加入一定量的NaCI充分研磨；将燃烧后的试样倒入研钵中加入称量

7、好的 NaCI后充分研磨；将研磨好的试剂放入坩 埚中在窑炉中进行焙烧；将焙烧后的产物过滤洗涤除去残留熔盐,然后把产物置于120C恒温干燥箱中干燥得到 Sr2SiO4: Sm荧光粉。3）将粉体用荧光光谱仪、 XRD、SEM 进行表征。实验流程如图 1 所示，具体实验数据见表 12.3 实验过程3+图 1 实验流程图2.4 实验方法原理 共沉淀熔盐法的基本原理是将可溶性盐按一定比例混合后加入去 离子水或蒸馏水配制成盐的水溶液，直接以氨水或碳酸铵NH4HCO3作沉淀剂,从外部滴 入水溶液中并进行化学反应生成沉淀物 ,再经多次过滤与洗涤后进行烘干 并煅烧 ,可以在较低的温度下合成硅酸锶，将结晶物质在高

8、温下溶解于低 熔点的熔融盐中，形成均匀的饱和溶液，然后通降温或蒸发熔剂等方 法，形成过饱和溶液析出晶体。共沉淀熔盐法的优点 :工艺简单 ,操作方便 ,对设备的要求不高 ,投资少 ,生产成本低 ,产物纯度 高,成分可控 ,组分均匀 ,易于实现工业化生产 ,并且生产出来的粉体分散性 好等优点。此外 ,由于共沉淀法可以精确控制各组分的含量 ,使不同组分实 现分子或原子水平的混合 ,且反应物溶液浓度高 ,有较高的粉末产出比。但 是,阴离子的洗涤较为困难 ,粉体易团聚是该方法的存在的主要问题。（ 1）适用性很强，几乎对所有材料，都能找到一些适当的熔盐从中 将其单晶生长出来。（ 2）可以明显的降低生长温度

9、和缩短反应时间。（3）通过共沉淀熔盐法可以更容易的控制粉体颗粒的形状和尺 寸。此外，共沉淀熔盐法在反应过程以及随后的清洗过程中，有利于 杂质的清除，形成高纯的反应产物。这种方法的缺点是在制备过程中不 易观察生长现象，许多熔盐都具有不同程度的毒性，其挥发物还常常腐 蚀或污染炉体。2.5 表征方法及原理2.5.1 物相组成测试（ XRD）X身寸线衍射分析是当今研究晶体结构、物相分析、晶粒集合和取向等 问题的最有效的方法之一。X-射线衍射线的位置取决于晶胞的形状和大 小，也即取决于各晶面的面间距，而衍射的相对强度则取决于晶胞内原 子的种类、数目及排列方式。每种晶态物质都有其特有的结构，不是前 者有异

10、，就是后者有别，因而也就有其独特的衍射花样。当试样中包含 两种或两种以上的结晶物质时，它们的衍射花样将同时出现，而不会相 互干涉。于是当我们在待分析试样的衍射花样中，发现了和某种结晶物 质相同的衍射花样时，就可断定试样中包含着这种这种结晶物质。再则 混合物中某相的衍射线强度取决于它在试样中的相对含量，因此，若测 定了各种结晶物质的衍射线的强度比，还可以推算出它们的相对含量 来，以上就是X射线物相定量分析的理论依据。X射线衍射仪（XRD主要用来分析合成的 Sr2SiO4: Sm3荧光粉的晶 相组成。2.5.2 扫描电子显微镜（ SEM）扫描电子显微镜是用聚焦电子束在试样表面逐点扫描成像。试样为

11、块状或粉末状颗粒，成像信号可以是二次电子、背散射电子或吸收电 子。其中二次电子为最重要的成像信号。由电子枪发射的能量为 5-35KeV 的电子，以其交叉斑作为电子源，经二级聚光镜及物镜的缩小形成具有 一定能量、一定束流强度和束斑直径的微细电子束，在扫描线圈驱动 下，于试样表面按一定时间、空间顺序作栅网式扫描。聚焦电子束与试样相互 作用，产生二次电子发射，二次电子发射量随试样表面形貌而变化。二 次电子信号被探测器收集转化成为电讯号，经视频放大后输入到显象管 栅极，调制与入射电子束同步扫描的显像管的亮度，得到反映试样表面 形貌的二次电子像。扫描电镜就是这样采用逐点成像的方法把样品表面 的特征，按顺

12、序、成比例的转换为视频传号完成一幅图像，从而使我们 在荧光屏上观察到样品表面的各种特征图像。扫描电镜主要可以用来分析合成的Sr2SiO4: Sm3荧光粉的微区形貌、晶体结构和化学组成。2.5.3 荧光光谱测试 通过扫描激发单色器以使不同波长的入射发样品，并让所产生的荧 光通过固定波长的发射单色器而照射到检测器上，由检测器检测相应的 荧光强度，由X-Y记录仪记录荧光强度对激发波长的关系曲线，即为激发 光谱；通过保持激发光的波长和强度不变，让样品产生的荧光通过发射 单色器后照射于检测器上，扫描发射单色器并检测各种波长所对应的荧 光强度，由X-Y记录仪记录荧光强度对发射波长的关系曲线，即为发射光 谱

13、.(1) 激发光谱激发光谱反映了合成Ca2AI2SiO7:Dy3晶体所吸收的激发光波长中, 哪些波长的光对材料的发光更有效 .这对分析发光的激发过程很有意义， 也为确定哪些波段范围内的激发光对材料的发光提供了更有效的直接依 据。(2) 发射光谱 发光材料的发光能量按波长的分布称作发射光谱。发射光谱的组成主要决定于发光中心的结构。光谱由多个发光带组成时，不同的发光带来源于不同的发光中心温度、激发光波长及强度都会影响发射光谱的变 化。3 实验数据记录及分析3.1 数据记录3.2 数据分析与讨论321 Sr1.98SiO4:Sm3+0.02样品的激发光谱和发射光谱图图1为用日立F-4600荧光光谱仪

14、所测出的 Sr1.98SiO4:Sm3+0.02样品 的激发光谱和发射光谱图。图1 （左）是Sr1.98SiO4:Sm3+0.02激光光谱（监测波长为600nm），样品的激发峰波长主要分布在300nm500nm之间，主要激发峰有： 318nm、333nm、345nm、360nm、375nm、403nm、414nm、423nm、438nm、460nm、469nm、473nm。在激发波长 为 403nm 处，样品具有最大的发光强度。图1 （右）是Sr1.98SiO4:Sm3+0.02的发射光谱（激发波长为403nm ）。由图可知，制备的 Sr1.98SiO4:Sm3+0.02荧光粉可以被波长为 4

15、03nm 的紫外光有效激发，所得发射峰为： 561nm、 569nm、 583nm、 600nm、645nm五个发射峰强度相近。通过对Sr1.98SiO4:Sm3+0.02的发射光谱进行计算得出 Sr1.98SiO4:Sm3+0.02的色度坐标值进而做出 Sr1.98SiO4:Sm3+0.02的色度坐标图如图 2所示。通过对550nm-650nm间 Sr1.98SiO4:Sm3+0.02的发射光谱数据进行计算得出色度坐标为（0.0582，0.4158），在色度坐标图（图 2）中位于红光区；证明了Sr1.98SiO4:Sm3+0.02在403nm紫外光激发下具有强的吸收而发射橘红 光。图1Sr1.98SiO4:Sm3+0.02样品的激发光谱和发射光谱图图2 Sr1.98SiO4:Sm3+0.02的色度坐标图3.2 .2Sm3+烧结温度对Sr2SiO4: Sm3+发光强度的影响在Sr2SiO4: Sm3+荧光粉中，Sm3+为发光中心，其温度对荧光粉的发光强度有着重要影响，不同烧结温度下所得 Sr2SiO4：Sm3+（T=950、 1000、1050、1100、1150、1200、1250、1300 C）