1、毕业设计 开题报告 高分子材料与工程 稀土长余辉发光材料 SrAl2O4:Eu2+,Dy3+的制备及性能研究 一、选题的背景、意义 碱土铝酸盐长余辉发光材料是一种光致蓄光型发光材料，可通过吸收各种可见光发现自发光功能。它可以作为一种添加剂，均匀的分布到各种介质中，制成发光涂料、发光油墨、发光纤维、发光塑料、发光树脂、发光纸张、发光玻璃、发光陶瓷、发光搪瓷和发光大理石等。从而，广泛应用于安全应急、交通运输、建筑装演、仪器仪表、电力、矿山、服装和工艺品等诸多领域 1-9。 目前关于 Eu2+激 活的绿色碱土铝酸 盐长余辉发光材料的研究十分活跃，其材料及相关的发光品种己经工业化和商品化。 以 SrA
2、12O4:Eu2+, Dy3+为代表 的铝酸盐长余辉材料，激发光谱范围广，发射光谱在可见光区，发光亮度高，余辉时间长，化学稳定性好，无毒无放射性，是一种环境友好材料。因此在安全应急、交通运输、建筑装演、仪器仪表、电力、矿山、服装和工艺品等诸多领域有广泛应用。目前，研究制备新工艺提高发光粉的发光强度和余辉性能，完善长余辉发光机理，增加发光颜色品种以扩大发光材料应用范围是这一领域的研究热点。 根据前面的文献综述，关于碱土铝酸盐长余 辉发光材料的研究己有广泛的报道，但仍有许多理论和应用上的问题有待于解决。首先，在发光粉的合成与制备方面，采用传统的高温固相法合成发光粉体，热处理时间长，合成的粉体颗粒太
3、大，须经球磨工艺碾磨成较细颗粒才具有实用价值。球磨工艺不但增加制造成本，同时还破坏粉体晶粒结构，降低粉体长余辉发光性能。因此，开发新的合成工艺，降低合成温度，缩短合成时间，制造出无须碾磨的超细发光粉有着很大的实际应用价值 ;其次，长余辉发光材料中铁杂质的存在是影响发光性能的一个重要因素，因此研究铁杂质对发光体的碎灭作用，将有利于提高材料发光性能 ，为实现对其它杂质的定向控制提供理论依据 ;第三，为了提高长余辉发光性能，将纳米的氧化铕原料应用到制备中，有利于全方位思考，全面提高商品发光性能。 二、相关研究的最新成果及动态 2.1 制备工艺 1.高温固相反应法 10-14 高温固相法是合成发光材料
4、中应用最早和最多的一种方法。固相反应通常取决于材料的晶体结构和缺陷结构，而不仅仅是成分的固有反应性能，固相反应的充要条件是反应物必须相互接触，即反应是通过颗粒间界面进行的。反应物颗粒越细，其比表面积也就越大，有利于固相反应的进行。因此，将反应物 充分混合和研磨均匀，可增加反应物之间的接触面积，使原子或离子的扩散输运比较容易进行，以增大反应速率。 2.溶胶一凝胶 (Sol-Gel)法 是 20 世纪 60 年代发展起来的一种制备无机材料的新工艺，它是一种具有广阔应用前景的软化学合成方法，正在开始代替传统的高温固相反应来制备无机材料。 3.燃烧法 15-19 燃烧法是指通过前驱物的燃烧合成材料的一
5、种方法，其具体过程是 :当反应物达到放热反应的点火温度时，以某种方法点燃，随后的反应由放出的热量维持，燃烧产物就是所制备的材料。 4.水热合 成法 水热合成是研究无机发光材料中又一种新兴的合成方法。水热合成法是指以水溶液作为反应体系，通过将反应体系加热到 (或邻近 )临界温度产生高压环境，利用绝大多数反应物在高压下 (液态水或气态水作为传递压力的介质 )均能溶于水的特性，使反应在液相或气相中进行的一种无机材料制备方法。 5.溶液沉淀 法 20-22 溶液沉淀法利用缓冲溶液作为一种沉淀介质，使金属醇盐溶液与之相混合，生成沉淀，然后再洗涤、干燥，在还原气氛下烧结制备发光粉。 2.2 发光机理 目前
6、，有空穴转移模型、发光动力学模型、位型坐标模型、能量 传递模型等理论正在发展着，各有优缺点。 2.3 铝酸盐长余辉发光材料 研究中有待解决的问题 关于 Eu2+激活的碱土铝酸盐长余辉发光材料的研究十分活跃，其材料及相关的发光品种己经工业化和商品化。尽管如此，对于铝酸盐长余辉发光材料的研究和应用，在以下方面还有待进一步深入和发展。 (1)制备方法向多种制备技术复合的方向发展，实现低温快速合成。现有的制备技术各有优缺点，将各种制备方法优化组合，扬长避短，降低合成温度也将是稀土发光材料制备技术的发展方向之一 (2)发光机理尚不十分清楚，有待继续深入研究。以往对机理的研究 更多地是通过对材料自身性能的
7、测试、分析来探讨，应结合材料内部结构与发光性能间的关系，进一步完善发光机理。 (3)制备过程中所需原料的纯度，颗粒尺寸对材料发光性能具有很大的影响，进行这方面的研究有助于改善产品的化学稳定性，提高发光材料的发光性能 (4)铁杂质对材料的发光性能影响很大，但定量的研究往往很少。因此研究微量铁杂质对发光粉的碎灭作用，不仅有利于提高发光材料性能，降低生产成本，而且也可以为其它杂质的定向控制提供理论依据。 三、课题的研究内容及拟采取的研究方法、技术路线及研究难点，预期达到的目标 3.1 研 究内容及拟采取的研究方法、技术路线 3.1.1 纳米发光粉体 的 制备 (1) 按化学计量比称取所需的 Eu2O
8、3、 Dy2O3、 Sr(NO3)2 和 Al(NO3)39H2O。将 Eu2O3 和Dy2O3 溶于适量的 HNO3 中，制备成硝酸盐溶液，控制加水量，然后将其它基质元素的硝酸盐溶于水，混合成硝酸盐溶液，并进行超声分散。 （ 2）称取适量的柠檬酸溶于水中，制成柠檬酸溶液，然后超声分散。 （ 3）将（ 1）中的金属离子的硝酸盐溶液倒入（ 2）中的柠檬酸溶液中，调节溶液的 PH值。 （ 4）将上述溶液转移至 MMR-12MicroSYNTH（微波合成系统）中，在冷凝回流的条件下，使之在一定的温度条件下反应，制得溶胶。 （ 5）反应完毕后，将所得溶胶置于敞口容器，放入家用微波炉中，在一定的功率条件
9、下制得凝胶。 （ 6）凝胶经干燥后，取出研磨，转入马弗炉中，高温除去有机质； （ 7）在氢气还原气氛炉中灼烧。 3.1.2 纳米发光粉体 的表征 用日本 RIGAKU D/Max-3B 粉晶衍射仪对样品进行物相分析；用 Philips CM12 透射电镜观察样品的粒度及形貌；用 F-4500 型荧光分光光度计对样品进行荧光检测。 3.2 研究 难点 实验 过程中 将所得溶胶 制备成凝胶是在家用微波炉中进行的， 但是 目前市售家用微波炉没有实际温度指示系统，因此，微波加热最佳时间和功率必须通过 系列 试验筛选来确定。 3.3 预期达到的目标 将微波法与超声波法、溶胶 凝胶法相结合，快速合成高效的
10、 SrAl2O4:Eu2+, Dy3+发光材料，为优化生产制备工艺开辟新的途径。 四、论文详细工作进度和安排 2010 年 11 月 18 日 2010 年 12 月 31 日 完成毕业论文过程材料（文献综述、开题 报告、外文翻译） 2011 年 1 月 1 日 2010 年 4 月 9 日 样 品的制备工作 2011 年 4 月 10 日 2011 年 4 月 30 日 结果表征及讨论 2011 年 5 月 1 日 2011 年 5 月 18 日 整理毕业论文 2011 年 5 月 19 日 毕业论文答辩 准备毕业论文答辩材料 五、主要参考文献 1张玉军 , 刘援朝 , 朱仲力等 .发光搪瓷
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