BISEu的制備及測(cè)試

1、BaAI 2S4:Eu3+的制備及測(cè)試指導(dǎo)老師：申連春班級(jí)：2007級(jí)3班姓名：陳曦、汪小焦、鄧劍 學(xué)號(hào)：、2010年8月28日BaALSxEf的制備及測(cè)試摘要:綜合性的開(kāi)設(shè)發(fā)光材料的合成及測(cè)試，全面了解性能及應(yīng)用前 景關(guān)鍵詞：開(kāi)設(shè)綜合性實(shí)驗(yàn);制備BaAI2S4:Eu發(fā)光粉;測(cè)定XRD, PL, DT, DTA科學(xué)研究是科學(xué)家探索科學(xué)問(wèn)題、發(fā)現(xiàn)科學(xué)規(guī)律的基本活動(dòng)。學(xué)生的 科學(xué)探究與科學(xué)家所進(jìn)行的科學(xué)探究在本質(zhì)上是一致的，是指學(xué)生用類似 于科學(xué)家探索科學(xué)問(wèn)題的方式以獲取科學(xué)知識(shí)與技能，領(lǐng)悟科學(xué)思想觀念, 學(xué)習(xí)科學(xué)研究方法而進(jìn)行的各種活動(dòng)，在綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生在親身 經(jīng)歷和體驗(yàn)科學(xué)探究的活動(dòng)中

2、，可以理解并且實(shí)踐各種儀器分析方法的原 理及過(guò)程，既可獲得知識(shí)、技能、又能激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)動(dòng)手能力，提 高科學(xué)素質(zhì)。讓學(xué)生親自動(dòng)手合成樣品，利用現(xiàn)代化儀器分析測(cè)試，使學(xué) 生能夠以不同智力和認(rèn)識(shí)策略來(lái)學(xué)習(xí)和整合知識(shí)，也避免了理論聯(lián)系實(shí)際 的弊端。通過(guò)綜合性實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生查資料、做實(shí)驗(yàn)、測(cè)試、寫(xiě)報(bào)告、養(yǎng)成 科學(xué)的態(tài)度，獲得科學(xué)的方法，逐步形成終身學(xué)習(xí)的意識(shí)和能力。實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，培養(yǎng)動(dòng)手能力和思考能力，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，操作實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表征中， 開(kāi)闊知識(shí)面。2, 掌握用溶膠一凝膠法合成膠體及固相法制備SrA1204:Euz/原理。3, 產(chǎn)物表征過(guò)程中了解和學(xué)會(huì)X射線衍射儀，發(fā)射光譜，.激發(fā)光譜， 差熱分析儀和

3、溫度控制系統(tǒng)。4, 了解藍(lán)光，紅光對(duì)發(fā)光材料波長(zhǎng)的影響。實(shí)驗(yàn)原理BaAl2S.:Eu3-是目前使用在日光燈，路標(biāo)，電視顯示屏上使用的發(fā)光粉, 制備分二步進(jìn)行(1)膠體的制備Al (N03)5 9H20(99- 99%), Ba(N03)2 (AR), Eu20s (AR), (NH2)2CS, HNO3 (AR),蒸鐳水按摩爾比加入到燒杯中，用稀硝酸慢慢溶解，溫度保持在 80 °C,攪拌的過(guò)程中硝酸和水不斷的蒸發(fā)，產(chǎn)物有稀變透明粘稠狀液體， 這就叫膠體。(2)高溫焙燒1, 制備好的膠體研磨后裝入剛玉增鍋，放在管式爐中緩慢升溫，于 850°C反應(yīng)5h,在緩慢降溫冷卻后，取出產(chǎn)

4、物研磨，制得BaAlS：Eu*發(fā)光 粉。Ef在高溫下替代Ba格位生成發(fā)光材料。BaAl2S.(: Ef發(fā)光機(jī)理的討論：硫代鋁酸做具有發(fā)光性能，與合成過(guò)程中化合物晶格里產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)缺 陷和雜志缺陷有關(guān)，由于發(fā)光材料基質(zhì)的熱歧化作用出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)缺陷所引 起的發(fā)光是非激活發(fā)光，產(chǎn)生這種發(fā)光不需加激活雜質(zhì)。在高溫下向基質(zhì) 品格中摻入另一種元素的離子或原子時(shí)會(huì)出現(xiàn)雜質(zhì)缺陷，有這種缺陷引起 的發(fā)光是激活發(fā)光，而激活雜質(zhì)叫激活劑。實(shí)際上非常重要的發(fā)光材料大 部分是激活型的。這種發(fā)光材料中的微量雜質(zhì)一般都充當(dāng)發(fā)光中心。因此 發(fā)光中心的概念是和激活劑相聯(lián)系的。摻到基質(zhì)晶格的激活劑價(jià)態(tài)、在晶 格中的位置、點(diǎn)陣間的位置

5、、激活劑周?chē)那闆r、是否有共激活劑，所有 這些決定了發(fā)光中心的結(jié)構(gòu)和它的性質(zhì)。激活發(fā)光材料的紫外線能量可以 直接被發(fā)光中心吸收（激活劑或雜質(zhì)吸收），也可以被發(fā)光材料的基質(zhì)所吸 收。第一種情況下吸收或伴有激活劑的電子殼層內(nèi)的電子向較高能級(jí)的躍 遷，或電子與激活劑完全脫離及激活劑躍遷到離化態(tài)第二種情況下，基質(zhì) 吸收能量時(shí)，在基質(zhì)中形成空穴和電子，孔穴可能沿著晶體移動(dòng)，并被束 捕在各個(gè)發(fā)光中心上。輻射是由于電子返回到較低能級(jí)或電子的離化中心 在結(jié)合所致，某些材料的發(fā)光只和發(fā)光中心內(nèi)的電子躍遷有關(guān)，這種材料 叫做發(fā)光材料過(guò)度元素和稀土金屬離子以及類汞離子是這種發(fā)光材料的 激活劑。本實(shí)驗(yàn)中Ef是激活劑。

6、Eu"稀土離子在通常情況下產(chǎn)生4f65d- 4f,容許的電偶極寬帶躍遷，在BaAl2S.,:Eu3-磷光體中，當(dāng)275nm紫外光激 發(fā)時(shí)，產(chǎn)生4f5d躍遷。在4f基態(tài)產(chǎn)生的空穴通過(guò)熱能釋放到價(jià)帶， 與此同時(shí)假設(shè)E+轉(zhuǎn)換成Ef,產(chǎn)生的空穴通過(guò)價(jià)帶遷移，被Ba'捕獲，Ba2+ 轉(zhuǎn)化為Ba3當(dāng)紫外激發(fā)停止后，由于熱激發(fā)，被B捕獲的孔穴又釋放 到價(jià)帶，孔穴在價(jià)帶中遷移至激發(fā)態(tài)的Eu邙付近并被Eu，捕獲，這樣電子 和孔穴進(jìn)行復(fù)合，于是產(chǎn)生了長(zhǎng)余輝光。捕獲的孔穴脫離陷阱經(jīng)歷以下三 個(gè)階段：（1）捕獲的孔穴有熱激發(fā)通過(guò)Ba'*釋放到價(jià)帶；（2）孔穴在價(jià)帶中 遷移；孔穴與Ef進(jìn)行復(fù)合

7、。因此，Ef的長(zhǎng)余輝發(fā)光實(shí)際上就是孔穴 的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)移和復(fù)合的過(guò)程。位移坐標(biāo)模型圖為位型坐標(biāo)模型A和B分別是Eu的基態(tài)和激發(fā)態(tài)能級(jí)，位于A和B之間的C能級(jí)為 陷阱能級(jí)。陷阱能級(jí)可以是摻入的雜質(zhì)離子(RE3'),也可以是基質(zhì)中的一 些其他缺陷如氧空位所產(chǎn)生。C可以捕獲電子，當(dāng)電子受激發(fā)從基態(tài)到激 發(fā)態(tài)后，一部分電子躍遷回低能級(jí)發(fā)光，另一部分通過(guò)弛豫過(guò)程儲(chǔ)存在陷 阱能級(jí)C中，當(dāng)C中的電子吸收能量時(shí)，從新回到激發(fā)態(tài)能級(jí)B躍遷回基 態(tài)而發(fā)光，長(zhǎng)余輝時(shí)間的長(zhǎng)短與存在陷阱能級(jí)C中的電子數(shù)和吸收的熱能 有關(guān)。(2)樣品在275nm紫外燈激發(fā)時(shí)發(fā)鮮艷的紅光，這是因?yàn)榧せ顒〦u3 取代硫代鋁酸鎖中Ba&#

8、39;位置成為本征的E十發(fā)光中心呈現(xiàn)特征的紅色發(fā)射。如果試驗(yàn)成功，其產(chǎn)物的XRD與熱重分析曲線如下圖所示。2()304050602曲)Fg 1 XKD patterns of the as-prepared BaAlS4 Eu2 samples cakhed at dfferent temperature/: a 600: b 800; u 100QI(IU9J9(>X5200400 MKI JIM)Fjg 2 Dynam r thermogravinetry( T*G) and differen- tn! tbennaL ana lysis (D TA) of the BaAl S&#

9、171; : Eu2* precursor儀器與藥品電磁攪拌器，馬福爐，烘箱，ZRY-2P差熱分析儀，日本島津一 6000 型衍射儀，電子天平，RF-5301PC型發(fā)射光譜儀和激發(fā)光譜儀，Al (N03) 3 9H：0, Ba(NO3)EuO, (NHJ：CS, HN0?均為 GR 試劑。實(shí)驗(yàn)操作BaAl$:Eu的制備釆用溶膠凝膠法。1、準(zhǔn)確稱量放入50mL小燒杯中，向其中加入3mL HNO3溶解完全，備用。2、再準(zhǔn)確稱量AL (NOs) 39H20, Ba(N0s)2, (NH2)2CS,把三種樣品都放在 500mL燒杯中慢慢加入300mL蒸飾水，加入備用的Eu的溶液。3、將轉(zhuǎn)溶液的燒杯放在

10、磁力攪拌器上，開(kāi)始加電壓80V,逐漸增加到 80100V,控制反應(yīng)溫度在100°C以內(nèi)。此時(shí)溶液是透明的。4、反應(yīng)進(jìn)行到大約3h之后，燒杯內(nèi)容也約還剩下70mL時(shí)，溶液開(kāi) 始進(jìn)入過(guò)飽和狀態(tài)，同時(shí)燒杯底部開(kāi)始出現(xiàn)白色晶體。繼續(xù)蒸發(fā)水分，溶 液逐漸變得粘稠，局部顏色開(kāi)始變黃(可能是有S的析出)，并有少量的 黃色的煙放出。待水分基本揮發(fā)完全時(shí)，將燒杯從加熱套中拿出，燒杯內(nèi) 迅速開(kāi)始發(fā)煙。煙的顏色從白色變?yōu)辄S色，最后又重新變?yōu)榘咨?，同時(shí)有 大量刺激性氣味。我們推斷這應(yīng)該是析出的單質(zhì)硫。繼續(xù)講固體炒干，固 體的顏色也從黃色變?yōu)榘咨勰?、將得到的粉末放入研缽中研成粉末，產(chǎn)品此時(shí)在275nm激發(fā)下并 不發(fā)光。6、將粉末放入圮坍中，先在120°C下烘干2h,然后直接轉(zhuǎn)入馬弗爐 中，800°C下焙燒2h,緩慢冷卻至室溫。7、將樣品放在275nm紫外燈下激發(fā)，發(fā)出鮮艷的紅色，證明產(chǎn)品制 備成功。樣品的表征