蘇吉益，曲銘鐳，馬宏圖*

(1.吉林化工學(xué)院 材料科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 吉林 132000；2.吉林化工學(xué)院 理學(xué)院,吉林 吉林 132000)

納米材料，通常是指晶粒尺寸為納米級(jí)(10-9m)的超細(xì)材料.通常泛指1～100 nm范圍內(nèi)的微小固體粉末.納米微粒具備體材料所不具備的小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等，該特點(diǎn)使得它們在磁、光、電等方面表現(xiàn)優(yōu)異.對(duì)于納米稀土材料光學(xué)性質(zhì)的研究不僅能夠從微觀的尺度理解稀土離子中能量傳遞和轉(zhuǎn)移過程，更重要的是其在高清晰度顯示、集成光學(xué)系統(tǒng)、特別是生物標(biāo)記和防偽技術(shù)等領(lǐng)域有著光明的應(yīng)用前景.自20世紀(jì)60年代稀土氧化物實(shí)現(xiàn)高純化后，稀土發(fā)光材料有了重大突破，現(xiàn)在稀土發(fā)光幾乎覆蓋了整個(gè)固體發(fā)光的范疇.稀土化合物的功能和應(yīng)用技術(shù)是21世紀(jì)化學(xué)化工的重要研究課題，而發(fā)光是稀土化合物光、電、磁三大功能中最突出的功能，因此稀土發(fā)光材料的研究具有格外重要的意義.過去幾年中，對(duì)稀土摻雜上轉(zhuǎn)換納米熒光材料的研究主要集中在探尋高效納米熒光材料的制備途徑(如氣相法、化學(xué)蒸發(fā)合成法、溶膠凝膠法等合成方法的研究).而對(duì)于制備過程中的各種環(huán)境因素的影響并沒未見到詳細(xì)的分析.鑒于不同反應(yīng)條件對(duì)稀土發(fā)光材料的發(fā)光機(jī)理及發(fā)光特性的影響尚未明確.因此本文通過改變實(shí)驗(yàn)條件生產(chǎn)多組樣品并對(duì)其發(fā)光性能逐一分析，最終得以獲得發(fā)光性能最好的稀土摻雜納米發(fā)光晶體[1-5].

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1　試劑與儀器

本實(shí)驗(yàn)中所用到的主要藥品及試劑見表1.

表1　主要藥品及試劑一覽表

1.2　實(shí)驗(yàn)過程

表2　制備不同配比BaWO4Yb3+,Tm3+納米晶所需部分原料的質(zhì)量

2　結(jié)果與討論

2.1　pH值對(duì)制備結(jié)果的影響

采用水熱法合成鎢酸鋇納米粉的過程中，存在很多因素都對(duì)BaWO4納米粉的晶化結(jié)果有一定的影響，如反應(yīng)時(shí)間，晶化溫度以及pH環(huán)境.因此在BaWO4粉體的制備過程中，通過改變實(shí)驗(yàn)條件以及一系列重復(fù)實(shí)驗(yàn)來確定其最佳制備工藝.首先按實(shí)驗(yàn)配方：BaWO4+2Na2WO4·2H2O制備BaWO4基質(zhì)材料，然后在采用水熱法制備納米粉體時(shí)，為確定反應(yīng)的pH環(huán)境對(duì)樣品的晶相有什么影響.實(shí)驗(yàn)過程中，設(shè)計(jì)了不同的pH環(huán)境并制備一系列BaWO4樣品，最終通過XRD測試，見圖1，確定了合成BaWO4粉體的最佳pH值.

2θ/degree

2θ/degree(A) pH=7和pH=8時(shí)樣品的XRD圖像

2θ/degree

2θ/degree(B) pH=9和pH=10時(shí)樣品的XRD圖像

2θ/degree(C)XRD標(biāo)準(zhǔn)卡片圖1　不同pH值下樣品BaWO4的XRD圖

在pH值分別為7，8，9，10，180 ℃條件下晶化12 h得到的BaWO4粉體的X射線衍射圖.將圖1中各圖與標(biāo)準(zhǔn)卡片進(jìn)行比對(duì)可以發(fā)現(xiàn)，pH值分別為7，8，9，10的情況下均生成了BaWO4納米晶，衍射峰的位置與標(biāo)準(zhǔn)卡片一致.測試結(jié)果表明所制得的樣品均為四方晶系結(jié)構(gòu).根據(jù)不同pH值下樣品的XRD圖譜對(duì)比，BaWO4納米晶易在堿性環(huán)境中制得，堿性越強(qiáng)得到的晶體越理想，當(dāng)pH=9時(shí)，所制備樣品的峰位最準(zhǔn)確，衍射峰較尖銳且強(qiáng)度最強(qiáng)，與標(biāo)準(zhǔn)卡能較好的吻合，誤差FOM值最小.無雜峰存在說明產(chǎn)物物相純度較高，形成的晶相比較完整.因此在此實(shí)驗(yàn)過程中，樣品制備的最佳pH值為9.

2.2　晶化溫度對(duì)制備結(jié)果的影響

當(dāng)反應(yīng)pH值為9時(shí)以不同的晶化溫度制備BaWO4粉體，通過XRD測試，見圖2.

pH=9，晶化溫度分別為140 ℃、160 ℃、180 ℃、200 ℃時(shí)的BaWO4樣品的X射線衍射圖.將圖2中各圖與標(biāo)準(zhǔn)卡片進(jìn)行比對(duì)可以發(fā)現(xiàn)，在不同晶化溫度條件下都獲得了BaWO4納米晶，衍射峰的位置與PDF#43-0646標(biāo)準(zhǔn)卡片一致，結(jié)果表明制備的BaWO4樣品為四方晶系結(jié)構(gòu).

2θ/degree

2θ/degree(A) 晶化溫度為140 ℃和160 ℃時(shí)XRD圖像

2θ/degree

2θ/degree(B) 晶化溫度為180 ℃和200 ℃時(shí)XRD圖像

2θ/degree(C) XRD標(biāo)準(zhǔn)卡片圖2　不同晶化溫度下樣品BaWO4的XRD圖

隨溫度升高晶化結(jié)構(gòu)與PDF卡片吻合的較好，且在晶化溫度為200 ℃時(shí)，樣品的衍射峰比較尖銳且強(qiáng)度最強(qiáng)，峰位無偏差，與PDF卡片吻合最好，誤差FOM值最小，無雜峰存在說明所得產(chǎn)物物相純度較高，形成的晶相比較完整.因此在此實(shí)驗(yàn)過程中，樣品制備的最佳晶化溫度為200 ℃.

2.3　晶化時(shí)間對(duì)制備結(jié)果的影響

當(dāng)pH值為9，晶化溫度為200 ℃時(shí)，以不同的晶化時(shí)間制備BaWO4粉體，通過XRD測試，見圖3.

在pH=9，200 ℃晶化溫度條件下時(shí)，晶化時(shí)間分別為4 h、8 h、12 h的BaWO4樣品的X射線衍射圖.將圖3中各圖與標(biāo)準(zhǔn)卡片進(jìn)行比對(duì)可以發(fā)現(xiàn)，在不同晶化時(shí)間下都獲得了BaWO4納米晶，衍射峰的位置與PDF#43-0646標(biāo)準(zhǔn)卡片一致，結(jié)果表明表明制備的BaWO4樣品為四方晶系結(jié)構(gòu).隨時(shí)間的增加晶化結(jié)構(gòu)與PDF卡片吻合的較好，且在晶化時(shí)間為12 h時(shí)，衍射峰較尖銳且強(qiáng)度最強(qiáng)，峰位無偏差，與PDF卡片吻合最好，無雜峰存在說明所得產(chǎn)物物相純度較高，形成的晶相比較完整.因此在此實(shí)驗(yàn)過程中，選取樣品制備的晶化時(shí)間為12 h.

2θ/degree

2θ/degree(A) 晶化時(shí)間為4 h和8 h時(shí)XRD圖像

2θ/degree(B) 晶化時(shí)間為12 h時(shí)XRD圖像

2θ/degree(C) XRD標(biāo)準(zhǔn)卡片圖3　不同晶化時(shí)間下樣品BaWO4的XRD圖

通過對(duì)上述BaWO4納米晶樣品的X射線衍射圖進(jìn)行分析，最終確定了制備BaWO4樣品的最佳工藝參數(shù)，在pH=9，200 ℃條件下晶化12 h得到的BaWO4粉體與標(biāo)準(zhǔn)卡片吻合的最好，誤差FOM值最小.在此實(shí)驗(yàn)條件下，向其中加入稀土元素，通過改變稀土離子的濃度與配比制備出發(fā)光性能優(yōu)越的稀土摻雜納米上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料.

2.4　摻雜濃度及比例對(duì)發(fā)光效果的影響

2θ/degree

2θ/degree(A) Yb3+/Tm3+比值為51和61時(shí)XRD圖像

2θ/degree(B) Yb3+/Tm3+比值為71時(shí)XRD圖像

2θ/degree(C) XRD標(biāo)準(zhǔn)卡片圖4　BaWO4Yb3+,Tm3+樣品與標(biāo)準(zhǔn)卡片的XRD圖譜

Wavelength/nm圖5　Yb3+和Tm3+離子不同濃度配比BaWO4Yb3+,Tm3+納米晶樣品的發(fā)射光譜

Wavelength/nm圖6　不同Tm3+摻雜濃度的BaWO4Yb3+,Tm3+納米晶樣品的發(fā)射光譜

3　結(jié)　　論

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