基本信息
- 项目名称：
- 稀土掺杂Baghdadite矿物及白钨矿BaMoO4的合成与发光性能研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本项目主要研究天然发光矿物Baghdadite和白钨矿BaMoO4的合成与光学性能，采用溶胶-凝胶和共沉淀-熔盐法制备出高纯的非金属矿物材料，通过稀土掺杂使非金属矿物材料功能化。因而，该项目的提出与具体研究将具有重要的理论与实际应用价值。这一项目成果也将推动稀土资源的综合利用。与此同时，通过该项目获得的新型稀土荧光材料，它将为照明光源领域提供更多的多光色荧光粉样品。
- 详细介绍：
- 以KCl-NaCl为熔盐，采用共沉淀前躯体-熔盐辅助焙烧法合成了红色发光材料BaMoO4:Eu3+。运用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及荧光光谱(PL)等测试手段，研究了熔盐辅助焙烧温度对粉体相结构、形貌和发光性能的影响，并对比了直接采用共沉淀法合成BaMoO4:Eu3+的结构与发光性能。 分别采用高温固相与溶胶-凝胶法人工合成了不同Ti含量的Baghdadite矿物Ca3（Zr,Ti）Si2O9，并在Baghdadite矿物Ca3（Zr,Ti）Si2O9基质材料中，掺杂稀土离子Sm3+, Eu3+及Dy3+均可产生相应的稀土离子跃迁特征发射，该天然矿物材料有可能作为一类新型的短波紫外激发的单一基质白光发射材料体系。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的：共沉淀-熔盐法制备出高纯的白钨矿BaMoO4，通过稀土掺杂使非金属矿物材料功能化,制备出发光性能优良的红色发光材料。 基本思路:采用NaCl/KCl复合碱金属卤化物作为熔盐，考察熔盐的添加量、烧结温度及烧结时间等因素，对合成出的稀土发光材料组成、结构、形貌和发光特性的影响，总结出实验规律，得出可行的技术路线；掺杂稀土离子Eu3+，总结出稀土离子Eu3+的发光特征，合成出优良的红色荧光粉。
科学性、先进性及独特之处
- 功能化是非金属矿物材料未来的发展趋势。高纯度的非金属矿物材料具有较好的应用价值。天然矿物发光材料的杂质含量一般比较高，从而影响从自然界直接获得发光材料的性能，采用人工合成矿物发光材料更具前景。作品采共沉淀-熔盐法替代传统的高温固相，从而使操作简单、合成温度降低、时间缩短、产物纯度提高、颗粒无团聚并可控制颗粒尺寸与形貌。
应用价值和现实意义
- 从矿物材料应用角度来看，可以作为合成稀土发光材料的廉价原料。从矿物发光的本征特性来看，可以作为一种地质找矿的技术。通过该项目获得的新型稀土荧光材料，最终得到一系列发光性能优良的能够被蓝光和紫外光芯片激发的红色荧光粉，为白光LED的发展提供一定的实验数据与技术支持。该项目成果将推动稀土资源的综合利用。
学术论文摘要
- 共沉淀-熔盐法制备BaMoO4:Eu3+及其发光性能研究论文摘要 以KCl-NaCl为熔盐，采用共沉淀前躯体-熔盐辅助焙烧法合成了红色发光材料BaMoO4:Eu3+。运用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及荧光光谱(PL)等测试手段，研究了熔盐辅助焙烧温度对粉体相结构、形貌和发光性能的影响，并对比了直接采用共沉淀法合成BaMoO4:Eu3+的结构与发光性能。结果表明：采用两种方法制备的BaMoO4:Eu3+均是纯相，粒径随温度升高而增大。当KCl-NaCl复合熔盐焙烧温度大于700 oC，BaMoO4晶粒在熔盐中实现了(111)面取向生长，得到均一的尖晶石型BaMoO4:Eu3+微晶。光谱研究表明：共沉淀前躯体-熔盐辅助焙烧法合成样品在615 nm处的Eu3+的5D0-7F2发射明显得到加强，样品发出明亮的红色发射光。
获奖情况
- 1、共沉淀-熔盐法制备BaMoO4:Eu3+及其发光性能研究,无机化学学报,2011,27(1):25-29. 2、矿物发光材料Ca3（Zr,Ti）Si2O9的合成与光学性能研究,激光与光电子学进展,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录用，于2011年第六期发表。
鉴定结果
- 所提交三篇论文内容为课外科技活动作品，无抄袭现象。
参考文献
- 一、共沉淀-熔盐法制备BaMoO4:Eu3+及其发光性能研究 1.Nakamura S, Fasol G, The Blue Laser Diode, Springer, Berlin 1997 2.Henning A. Höppe, 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、矿物发光材料Ca3（Zr,Ti）Si2O9的合成与光学性能研究 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. Höppe. Angew. Chem. Int. Ed., 48, 3572 (2009). 3. Huh Y.; Shim, J.; Kim, Y.; Do Y. J. Electrochem. Soc. 150, H57 (2003).
同类课题研究水平概述
- 功能化是非金属矿物材料未来的发展趋势和非金属矿物材料加工技术未来追求的目标。影响非金属矿物功能的主要因素是矿物的组成、化学成分和结构。高纯度的非金属矿物材料具有较好的应用价值。采用溶胶-凝胶和共沉淀-熔盐等软化学合成方法替代传统的高温固相，从而使操作简单、合成温度降低、时间缩短、产物纯度提高、颗粒无团聚并可控制颗粒尺寸与形貌。 钼酸盐作为重要的光学材料，具有良好的热稳定性和化学稳定性。近年来，人们陆续开发了一系列钼酸盐基质的红色荧光粉，将其用于白光LED用光转换材料。其中，白钨矿结构的BaMoO4(M = Ca, Sr, Ba)结构具有相对好的稳定性，是很好的基质材料，在白光LED 用荧光粉的研制中越来越受到重视。BaMoO4在近紫外区具有宽而强的电荷转移吸收带，特别适合于Eu3+、Sm3+、Pr3+等三价稀土离子掺杂，并产生有效的f-f 跃迁发射。基于此，人们广泛开展了对此类白钨矿结构钼酸盐材料的研究。 硅酸盐类矿物是地球矿物种类最多的一类，已知的硅酸盐矿物多达600余种，约占所有已知矿物的1/6。硅酸盐类矿物是以多种形式的硅酸根和金属阳离子键合而成，使得以硅酸盐为基质的稀土掺杂发光材料具有良好的化学稳定性和热稳定性，从而成为一类应用广泛的发光材料基质。众所周知，人类对发光的认识和研究也是从天然矿物的发光研究开始的。因此，基于天然矿物的发光特性的认识，人们通过稀土掺杂人工合成出各种新型矿物发光材料成为热点。近年来，由于硅酸盐发光材料具有较宽的激发谱，可以被紫外线、近紫外线激发而产生多色光发光，成为白光LED荧光粉的重要组成部分，这一白光LED光转换材料领域的研究又使得硅酸盐矿物发光材料成为新的热点。
