稀土掺杂铝酸盐、钼酸盐发光材料的条件优化与性能研究

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稀土掺杂的铝酸盐、钼酸盐基质无机纳米发光材料可以被外部光源激发,同时自身接受的能量以不同颜色的可见光形式发射出来,是目前荧光性能较好,理化性质较为稳定且又是环保友好型的发光材料。因其表现出的极具潜在应用价值的特点,多年来一直被相关行业研究人员密切关注,尤其在建筑幕墙装饰、路口应急指示、涂料等领域得到了广泛发展与应用。若对其进行表面包覆后在生物医药领域也取得了突破性进展,但这两种材料目前还存在发光亮度不够,形貌不规则,颗粒尺寸过大等一些问题。因此,研究和制备发光性能好、形貌规则、纳米级的目标材料具有迫切的现实需要和广阔的应用前景。
  本文通过单因素优选试验实验考察了不同的制备条件对两种目标材料荧光强度的影响规律,并均继续实施正交试验优化了合成条件。同时本文对这两种材料的组成、尺寸与荧光强度进行了全面的考察,具体研究简述:
  (1)通过共沉淀-水热反应制备了Eu2+,Dy3+共掺杂(Eu2+作为激活剂,Dy3+作助激活剂)的以铝酸锶基质无机发光材料,首先利用单因素优选试验考察了每个实验因素(共6个)对目标材料荧光强度的影响,包括激活剂Eu2+用量(nEu/nSr)、助激活剂Dy3+用量(Dy3+相对激活剂Eu2+的的摩尔比)、基质组成(铝和锶的摩尔比)、高温煅烧时间、水热反应时间、助熔剂的用量(固体H3BO3)。在此基础上选取对材料荧光强度影响较大的四个制备条件(激活剂的掺杂量nEu/nSr、助激活剂的掺杂量nDy/nEu、固体H3BO3掺杂量MB/MP和水热时间t),继续实施正交实验对制备条件进行优化,得到正交试验优选条件:激活剂Eu2+用量nEu/nSr=0.03∶1,助激活剂Dy3+相对激活剂Eu2+的的摩尔比nDy/nEu=2.5∶1,水热反应时间t=9h,助熔剂与前驱体质量比MB/MP=0.09∶1。在正交试验优选件的基础上,通过进行多次重复实验对目标产物荧光性能、组成结构、形貌尺寸进行的深入考察,实验结果表明:合成的材料的基质主要晶相只有SrAl2O4,同时扫描电镜观察下目标材料主要为尺寸大小100-200nm区间的多边形片状结构;目标材料荧光发射光谱显示发射峰在460nm附近,而这与二价铕4f65d→4f7跃迁相符合,室内观察呈现较为明亮的绿色,并存在余辉现象。
  (2)通过共沉淀-水热反应制备了Eu3+掺杂的钼酸锶基质无机发光材料。首先采取单因素试验探究了激活剂Eu3+的含量、共沉淀反应温度、水热反应温度、高温煅烧时间、共沉淀反应pH以及高温煅烧温度共6个制备条件对目标材料荧光强度的影响规律,包括在此基础上选取对材料荧光强度影响较大的四个制备条件激活剂Eu3+的含量、共沉淀反应温度、煅烧反应温度、水热反应温度),继续实施正交实验对制备条件进行优化,在此基础上得到了正交试验优选条件:Eu3+离子的含量为0.25,共沉淀温度40℃,煅烧反应温度1100℃,水热反应温度145℃。在优选条件的基础上,通过进行多次重复实验对目标材料荧光强度、组成结构、形貌尺寸进行的深入考察,实验结果表明:XRD显示掺杂了Eu3+的钼酸盐基质发光材料只有SrMoO4(JCPDS No.08-0482)一个主要晶相,因此可以得出结论,进入基质内部的发光中心Eu3+并不改变基质材料的主要结构;SEM显示材料是粒径平均直径介于50-100nm近乎球状的纳米颗粒,可以满足下一步进行表面修饰之后修饰其他亲水亲蛋白基团之后的应用;目标材料的荧光发射光谱显示其发射峰在616nm左右,这与Eu3+的5D0→7F2跃迁相匹配,肉眼观察呈现红色。
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