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基本信息

項(xiàng)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
簡介：
本項(xiàng)目主要研究天然發(fā)光礦物Baghdadite和白鎢礦BaMoO4的合成與光學(xué)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(xiàng)目的提出與具體研究將具有重要的理論與實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。這一項(xiàng)目成果也將推動(dòng)稀土資源的綜合利用。與此同時(shí)，通過該項(xiàng)目獲得的新型稀土熒光材料，它將為照明光源領(lǐng)域提供更多的多光色熒光粉樣品。
詳細(xì)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(yùn)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(duì)粉體相結(jié)構(gòu)、形貌和發(fā)光性能的影響，并對(duì)比了直接采用共沉淀法合成BaMoO4:Eu3+的結(jié)構(gòu)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(zhì)材料中，摻雜稀土離子Sm3+, Eu3+及Dy3+均可產(chǎn)生相應(yīng)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(zhì)白光發(fā)射材料體系。

作品圖片

  • 稀土摻雜Baghdadite礦物及白鎢礦BaMoO4的合成與發(fā)光性能研究
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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(fù)合堿金屬鹵化物作為熔鹽，考察熔鹽的添加量、燒結(jié)溫度及燒結(jié)時(shí)間等因素，對(duì)合成出的稀土發(fā)光材料組成、結(jié)構(gòu)、形貌和發(fā)光特性的影響，總結(jié)出實(shí)驗(yàn)規(guī)律，得出可行的技術(shù)路線；摻雜稀土離子Eu3+，總結(jié)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(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)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(yīng)用價(jià)值。天然礦物發(fā)光材料的雜質(zhì)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(shí)間縮短、產(chǎn)物純度提高、顆粒無團(tuán)聚并可控制顆粒尺寸與形貌。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

從礦物材料應(yīng)用角度來看，可以作為合成稀土發(fā)光材料的廉價(jià)原料。從礦物發(fā)光的本征特性來看，可以作為一種地質(zhì)找礦的技術(shù)。通過該項(xiàng)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(lán)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與技術(shù)支持。該項(xiàng)目成果將推動(dòng)稀土資源的綜合利用。

學(xué)術(shù)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(yùn)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(duì)粉體相結(jié)構(gòu)、形貌和發(fā)光性能的影響，并對(duì)比了直接采用共沉淀法合成BaMoO4:Eu3+的結(jié)構(gòu)與發(fā)光性能。結(jié)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(dāng)KCl-NaCl復(fù)合熔鹽焙燒溫度大于700 oC，BaMoO4晶粒在熔鹽中實(shí)現(xiàn)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(qiáng)，樣品發(fā)出明亮的紅色發(fā)射光。

獲獎(jiǎng)情況

1、共沉淀-熔鹽法制備BaMoO4:Eu3+及其發(fā)光性能研究,無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào),2011,27(1):25-29. 2、礦物發(fā)光材料Ca3（Zr,Ti）Si2O9的合成與光學(xué)性能研究,激光與光電子學(xué)進(jìn)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(jié)果

所提交三篇論文內(nèi)容為課外科技活動(dòng)作品，無抄襲現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)

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(xué)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(shù)未來追求的目標(biāo)。影響非金屬礦物功能的主要因素是礦物的組成、化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)。高純度的非金屬礦物材料具有較好的應(yīng)用價(jià)值。采用溶膠-凝膠和共沉淀-熔鹽等軟化學(xué)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(shí)間縮短、產(chǎn)物純度提高、顆粒無團(tuán)聚并可控制顆粒尺寸與形貌。 鉬酸鹽作為重要的光學(xué)材料，具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。近年來，人們陸續(xù)開發(fā)了一系列鉬酸鹽基質(zhì)的紅色熒光粉，將其用于白光LED用光轉(zhuǎn)換材料。其中，白鎢礦結(jié)構(gòu)的BaMoO4(M = Ca, Sr, Ba)結(jié)構(gòu)具有相對(duì)好的穩(wěn)定性，是很好的基質(zhì)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(qiáng)的電荷轉(zhuǎn)移吸收帶，特別適合于Eu3+、Sm3+、Pr3+等三價(jià)稀土離子摻雜，并產(chǎn)生有效的f-f 躍遷發(fā)射?；诖?，人們廣泛開展了對(duì)此類白鎢礦結(jié)構(gòu)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(dá)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(zhì)的稀土摻雜發(fā)光材料具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，從而成為一類應(yīng)用廣泛的發(fā)光材料基質(zhì)。眾所周知，人類對(duì)發(fā)光的認(rèn)識(shí)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(rèn)識(shí)，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(diǎn)。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(chǎn)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(zhuǎn)換材料領(lǐng)域的研究又使得硅酸鹽礦物發(fā)光材料成為新的熱點(diǎn)。
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