基本信息
- 項目名稱：
- 稀土摻雜Baghdadite礦物及白鎢礦BaMoO4的合成與發(fā)光性能研究
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 本項目主要研究天然發(fā)光礦物Baghdadite和白鎢礦BaMoO4的合成與光學性能，采用溶膠-凝膠和共沉淀-熔鹽法制備出高純的非金屬礦物材料，通過稀土摻雜使非金屬礦物材料功能化。因而，該項目的提出與具體研究將具有重要的理論與實際應用價值。這一項目成果也將推動稀土資源的綜合利用。與此同時，通過該項目獲得的新型稀土熒光材料，它將為照明光源領域提供更多的多光色熒光粉樣品。
- 詳細介紹：
- 以KCl-NaCl為熔鹽，采用共沉淀前軀體-熔鹽輔助焙燒法合成了紅色發(fā)光材料BaMoO4:Eu3+。運用X射線粉末衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)及熒光光譜(PL)等測試手段，研究了熔鹽輔助焙燒溫度對粉體相結構、形貌和發(fā)光性能的影響，并對比了直接采用共沉淀法合成BaMoO4:Eu3+的結構與發(fā)光性能。 分別采用高溫固相與溶膠-凝膠法人工合成了不同Ti含量的Baghdadite礦物Ca3（Zr,Ti）Si2O9，并在Baghdadite礦物Ca3（Zr,Ti）Si2O9基質材料中，摻雜稀土離子Sm3+, Eu3+及Dy3+均可產生相應的稀土離子躍遷特征發(fā)射，該天然礦物材料有可能作為一類新型的短波紫外激發(fā)的單一基質白光發(fā)射材料體系。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 目的：共沉淀-熔鹽法制備出高純的白鎢礦BaMoO4，通過稀土摻雜使非金屬礦物材料功能化,制備出發(fā)光性能優(yōu)良的紅色發(fā)光材料。 基本思路:采用NaCl/KCl復合堿金屬鹵化物作為熔鹽，考察熔鹽的添加量、燒結溫度及燒結時間等因素，對合成出的稀土發(fā)光材料組成、結構、形貌和發(fā)光特性的影響，總結出實驗規(guī)律，得出可行的技術路線；摻雜稀土離子Eu3+，總結出稀土離子Eu3+的發(fā)光特征，合成出優(yōu)良的紅色熒光粉。
科學性、先進性及獨特之處
- 功能化是非金屬礦物材料未來的發(fā)展趨勢。高純度的非金屬礦物材料具有較好的應用價值。天然礦物發(fā)光材料的雜質含量一般比較高，從而影響從自然界直接獲得發(fā)光材料的性能，采用人工合成礦物發(fā)光材料更具前景。作品采共沉淀-熔鹽法替代傳統(tǒng)的高溫固相，從而使操作簡單、合成溫度降低、時間縮短、產物純度提高、顆粒無團聚并可控制顆粒尺寸與形貌。
應用價值和現實意義
- 從礦物材料應用角度來看，可以作為合成稀土發(fā)光材料的廉價原料。從礦物發(fā)光的本征特性來看，可以作為一種地質找礦的技術。通過該項目獲得的新型稀土熒光材料，最終得到一系列發(fā)光性能優(yōu)良的能夠被藍光和紫外光芯片激發(fā)的紅色熒光粉，為白光LED的發(fā)展提供一定的實驗數據與技術支持。該項目成果將推動稀土資源的綜合利用。
學術論文摘要
- 共沉淀-熔鹽法制備BaMoO4:Eu3+及其發(fā)光性能研究論文摘要 以KCl-NaCl為熔鹽，采用共沉淀前軀體-熔鹽輔助焙燒法合成了紅色發(fā)光材料BaMoO4:Eu3+。運用X射線粉末衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)及熒光光譜(PL)等測試手段，研究了熔鹽輔助焙燒溫度對粉體相結構、形貌和發(fā)光性能的影響，并對比了直接采用共沉淀法合成BaMoO4:Eu3+的結構與發(fā)光性能。結果表明：采用兩種方法制備的BaMoO4:Eu3+均是純相，粒徑隨溫度升高而增大。當KCl-NaCl復合熔鹽焙燒溫度大于700 oC，BaMoO4晶粒在熔鹽中實現了(111)面取向生長，得到均一的尖晶石型BaMoO4:Eu3+微晶。光譜研究表明：共沉淀前軀體-熔鹽輔助焙燒法合成樣品在615 nm處的Eu3+的5D0-7F2發(fā)射明顯得到加強，樣品發(fā)出明亮的紅色發(fā)射光。
獲獎情況
- 1、共沉淀-熔鹽法制備BaMoO4:Eu3+及其發(fā)光性能研究,無機化學學報,2011,27(1):25-29. 2、礦物發(fā)光材料Ca3（Zr,Ti）Si2O9的合成與光學性能研究,激光與光電子學進展,2010,47(10):101601 1-5. 3、Facile Morphology-controlled Synthesis and Luminescence Properties of BaMoO4:Eu3+ Microparticles and Micro-rods Obtained by a Molten-salt Reaction Route被Journal of Nanoscience & Nanotechnology錄用，于2011年第六期發(fā)表。
鑒定結果
- 所提交三篇論文內容為課外科技活動作品，無抄襲現象。
參考文獻
- 一、共沉淀-熔鹽法制備BaMoO4:Eu3+及其發(fā)光性能研究 1.Nakamura S, Fasol G, The Blue Laser Diode, Springer, Berlin 1997 2.Henning A. H?ppe, Angew. Chem. Int. Ed., 2009, 48: 3572-3582 3.CHAN Y, Zimmer J P, Stroh M, et al. Adv. Mater., 2004, 16: 2092-2096 二、礦物發(fā)光材料Ca3（Zr,Ti）Si2O9的合成與光學性能研究 1.M. Gaft, R. Renata, P. Gerard. Modern Luminescence Spectroscopy of Minerals and Materials [M]. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2005. 2.Yu Lixin, Cao Lin, Zhang Dongli. Study situation of luminescence performance of natural minerals [J]. World Geology, 2000, 19 (4): 342~345. 三、Facile Morphology-controlled Synthesis and Luminescence Properties of BaMoO4:Eu3+ Microparticles and Micro-rods Obtained by a Molten-salt Reaction Route 1. S. Nakamura and G. Faso, The Blue Laser Diode: Springer, Berlin, (1997). 2. Henning, A. H?ppe. Angew. Chem. Int. Ed., 48, 3572 (2009). 3. Huh Y.; Shim, J.; Kim, Y.; Do Y. J. Electrochem. Soc. 150, H57 (2003).
同類課題研究水平概述
- 功能化是非金屬礦物材料未來的發(fā)展趨勢和非金屬礦物材料加工技術未來追求的目標。影響非金屬礦物功能的主要因素是礦物的組成、化學成分和結構。高純度的非金屬礦物材料具有較好的應用價值。采用溶膠-凝膠和共沉淀-熔鹽等軟化學合成方法替代傳統(tǒng)的高溫固相，從而使操作簡單、合成溫度降低、時間縮短、產物純度提高、顆粒無團聚并可控制顆粒尺寸與形貌。 鉬酸鹽作為重要的光學材料，具有良好的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性。近年來，人們陸續(xù)開發(fā)了一系列鉬酸鹽基質的紅色熒光粉，將其用于白光LED用光轉換材料。其中，白鎢礦結構的BaMoO4(M = Ca, Sr, Ba)結構具有相對好的穩(wěn)定性，是很好的基質材料，在白光LED 用熒光粉的研制中越來越受到重視。BaMoO4在近紫外區(qū)具有寬而強的電荷轉移吸收帶，特別適合于Eu3+、Sm3+、Pr3+等三價稀土離子摻雜，并產生有效的f-f 躍遷發(fā)射?；诖耍藗儚V泛開展了對此類白鎢礦結構鉬酸鹽材料的研究。 硅酸鹽類礦物是地球礦物種類最多的一類，已知的硅酸鹽礦物多達600余種，約占所有已知礦物的1/6。硅酸鹽類礦物是以多種形式的硅酸根和金屬陽離子鍵合而成，使得以硅酸鹽為基質的稀土摻雜發(fā)光材料具有良好的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，從而成為一類應用廣泛的發(fā)光材料基質。眾所周知，人類對發(fā)光的認識和研究也是從天然礦物的發(fā)光研究開始的。因此，基于天然礦物的發(fā)光特性的認識，人們通過稀土摻雜人工合成出各種新型礦物發(fā)光材料成為熱點。近年來，由于硅酸鹽發(fā)光材料具有較寬的激發(fā)譜，可以被紫外線、近紫外線激發(fā)而產生多色光發(fā)光，成為白光LED熒光粉的重要組成部分，這一白光LED光轉換材料領域的研究又使得硅酸鹽礦物發(fā)光材料成為新的熱點。
