熔盐法合成Sm3+掺杂的CeO2基发光材料

熔盐法合成Sm3+掺杂的CeO2基发光材料专业班级：****学生姓名：****学号：****指导教师：****教授熔盐法合成Sm3+掺杂的CeO2基发光材料共24页，您现在浏览的是第1页!主要内容稀土发光材料简介常用合成方法熔盐法二氧化铈实验部分熔盐法合成Sm3+掺杂的CeO2基发光材料共24页，您现在浏览的是第2页!1.1稀土发光材料简介含稀土元素的发光材料基质、发光材料激活剂、敏化剂或共掺杂剂，均统称为稀土发光材料。因为稀土元素原子的电子构型中存在4f轨道，当4f电子从高的能级以辐射驰骋的方式跃迁至低能级时就发出不同波长的电磁辐射。稀土元素原子具有丰富的电子能级，为多种能级跃迁创造了条件，从而获得多种发光性能，因此被广泛用作激发和发光材料。熔盐法合成Sm3+掺杂的CeO2基发光材料共24页，您现在浏览的是第3页!1.3熔盐法熔盐法是将盐与反应物按一定比例混合均匀后，加热使盐熔化，反应物在盐的熔体中进行反应，冷却后除去熔盐即得所需产物。熔盐法合成粉体分为两个过程，即颗粒的形成和颗粒的生长。

熔盐法合成Sm3+掺杂的CeO2基发光材料共24页，您现在浏览的是第4页!1.5二氧化铈

CeO2的晶体结构熔盐法合成Sm3+掺杂的CeO2基发光材料共24页，您现在浏览的是第5页!Sm2O3+HNO3溶液Ce(NO3)3溶液透明混合液滴加草酸溶液乳白色浑浊液剧烈搅拌白色沉淀80℃恒温陈化3h白色前驱体所需量的KNO3白色粉末过滤、洗涤100℃烘干10h研磨粉红色粉体荧光分析SEMXRD热分析各温度下焙烧熔盐法合成Sm3+掺杂的CeO2基发光材料共24页，您现在浏览的是第6页!2.2物相分析不同煅烧温度所得CeO2:Sm3+的XRD图谱

熔盐法合成Sm3+掺杂的CeO2基发光材料共24页，您现在浏览的是第7页!煅烧所得CeO2:Sm3+的SEM放大图500℃时，前驱体尚未完全分解，结晶程度较低，样品呈块状；600℃和700℃时，煅烧所得样品的分散性差，大量CeO2颗粒之间相互团聚，颗粒间的界限不明显；800℃烧结所得CeO2粒子形貌近似立方体结构，颗粒分散性良好且大小均匀，样品粒径约为600～800nm。

熔盐法合成Sm3+掺杂的CeO2基发光材料共24页，您现在浏览的是第8页!2.5样品的发射光谱组发射峰的主峰位于572nm，对应于Sm3+的4G5/2→6H5/2电子跃迁；第二组发射峰最强发射峰位于615nm处，对应于Sm3+的4G5/2→6H7/2电子跃迁；第三组发射峰是由656nm和669nm处的2个峰组成，属于Sm3+的4G5/2→6H9/2特征发射。

熔盐法合成Sm3+掺杂的CeO2基发光材料共24页，您现在浏览的是第9页!2.7煅烧时间对样品发光强度的影响样品的发光强度随着煅烧时间的增长而不断提高。这是因为随着煅烧时间的增加，晶体的内部缺陷不断减少，结晶程度不断提高，小颗粒逐渐转变为大颗粒，晶体结构趋于完善，故发光强度不断增强。为节约能源考虑，确定煅烧时间为3h。

熔盐法合成Sm3+掺杂的CeO2基发光材料共24页，您现在浏览的是第10页!2.9样品的浓度猝灭在样品CeO2:Sm3+中，CeO2为基质，Sm3+是激活剂，掺杂Sm3+后基质点阵中的晶格发生畸变，从而形成发光中心。当加入少量的Sm3+时，发光中心的数目少，Sm3+与Sm3+之间的能量传递效率不高，故能够被Sm3+本身吸收的能量很少，所以发光强度不高；增加Sm3+的掺杂浓度，Sm3+吸收和传递的能量增多，发光强度随之增强；当掺杂浓度为0.6mol%时，Sm3+与Sm3+的能量传递速率等于Sm3+的发射速率，此时CeO2:Sm3+的发光强度最强。此后再增加Sm3+的掺杂浓度，Sm3+之间的能量传递速率超过了Sm3+的光发射速率，Sm3+还未发生特征辐射能量就被传递到下一个Sm3+上，产生浓度猝灭现象，故CeO2:Sm3+的发光强度降低。

熔盐法合成Sm3+掺杂的CeO2基发光材料共24页，您现在浏览的是第11页!1、实验以Ce(NO3)3·6H2O和Sm2O3为主要原料，以KNO3为熔盐，采用熔盐法合成了CeO2:Sm3+橙红色发光粉，其为立方萤石结构，与国际标准晶体结构一致，粒子形貌近似为立方体结构，粒径大小约为600～800nm。熔盐法合成Sm3+掺杂的CeO2基发光材料共24页，您现在浏览的是第12页!3、根据TG-DSC曲线、XRD结果、SEM图谱和荧光光谱结果确定合成CeO2:Sm3+的煅烧温度为800℃，煅烧时间为3h。当样品发光强度最强时，Sm3+的掺杂浓度为0.6mol%。熔盐法合成Sm3+掺杂的CeO2基发光材料共24页，您现在浏览的是第13页!1.2稀土发光材料的合成方法

1、高温固相法2、溶胶-凝胶法3、化学共沉淀法4、水热法

其他方法有：燃烧法、微波合成法熔盐法合成Sm3+掺杂的CeO2基发光材料共24页，您现在浏览的是第14页!1.4熔盐法的优点明显缩短了反应时间和降低了反应温度。能够容易地控制粉体颗粒的形状和尺寸。熔盐法的清洗、过滤过程有助于清除杂质，从而获得高纯产物。

熔盐法合成Sm3+掺杂的CeO2基发光材料共24页，您现在浏览的是第15页!实验部分本文以Ce(NO3)3·6H2O为原料，Sm2O3为激活剂，KNO3为熔盐，采用熔盐法合成Sm3+掺杂的CeO2基发光材料，以期研究其合成工艺条件，探讨煅烧温度、煅烧时间和掺杂量对CeO2发光性能的影响。熔盐法合成Sm3+掺杂的CeO2基发光材料共24页，您现在浏览的是第16页!2.1前驱体热分析

前驱体粉末的TG-DSC曲线

阶段是从室温至200℃左右第二阶段是200～400℃、400～600℃左右第三阶段是在600～900℃左右

熔盐法合成Sm3+掺杂的CeO2基发光材料共24页，您现在浏览的是第17页!2.3形貌分析

熔盐法合成Sm3+掺杂的CeO2基发光材料共24页，您现在浏览的是第18页!2.4样品的激发光谱

在250～300nm之间有一个宽带弱激发峰，峰值位于275nm处，对应于O2−的2p轨道电子跃迁至Sm3+的4f轨道上所形成的电荷迁移带；在320～400nm之间还有一个明显的宽带激发强峰，峰值位于358nm处，对应于O2−的2p轨道电子跃迁至Ce4+的4f轨道形成的电荷迁移吸收。熔盐法合成Sm3+掺杂的CeO2基发光材料共24页，您现在浏览的是第19页!2.6煅烧温度对样品发光强度的影响500℃，样品的发光强度很弱，前驱体粉末尚未完全分解，且生成的CeO2结晶不完全，之后随着温度的升高前驱体的分解反应不断进行，生成的CeO2不断增多，且晶体内部的缺陷不断减少，晶粒逐渐长大，形成了具有良好结晶度和较大晶粒尺寸的完整晶体，样品的发光强度增强。

熔盐法合成Sm3+掺杂的CeO2基发光材料共24页，您现在浏览的是第20页!2.8Sm3+掺杂量对样品发光强度的影响不同Sm3+的掺杂浓度没有改变样品发射峰的位置，这说明在此掺杂浓度范围内CeO2:Sm3+的结构没有发生明显的变化。Sm3+的最佳掺杂浓度为0.6mol%，此时CeO2:Sm3+的发光强度最大，之后再增加Sm3+的掺杂浓度，发光强度反而逐渐降低。

熔盐法合成Sm3+掺杂的CeO2基发光材料共24页，您现在浏览的是第21页!结论论文以硝酸铈为原料，以硝酸钾为熔盐，采用熔盐法成功制备了橙红色发光粉CeO2:Sm3+，运用X-射线衍射、扫描电镜和荧光光谱分析等方法对所得样品的物相、形貌及发光特点等进行了表征。通过研究煅烧温度、煅烧时间及离子掺杂浓度对其发光性质的影响得出如下结论：

熔盐法合成Sm3+掺杂的CeO2基发光材料共24页，您现在浏览的是第22页!2、CeO2:Sm3+在紫外波长λex=358nm的激发下发出强烈的橙红光，样品的发射光谱由3组Sm3+的特征光谱组成，各组发射峰在晶体场的作用下都有不同程度的劈裂峰，最强峰位于572nm和615nm处，分别与Sm3+的4G5/2→6H5/2和4G5/2→6H7/2电子跃迁相对应。熔盐法合成Sm3+掺杂的CeO2基发光材料共24页，您现在浏览的是第23页!致谢自从选定***老师作为导师以来，无论是在我课程学习还是考研中遇到的一些问