讲义-应用性实验-钼酸钙荧光粉的制备及发光性能

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1、应用性实验－钼酸钙荧光粉的制备及发光性能讲义应用性实验－钼酸钙荧光粉的制备及发光性能一、实验目的1.掌握高温固相合成和水热法制备无机粉体的方法；2.了解荧光粉的发展状况以及发光机理；3.了解发射光谱和激发光谱的基本原理，掌握光谱分析的测试方法；4.了解XRD在物相分析中的应用；三、实验项目所需仪器、药品1．仪器马弗炉2台分析天平2台烘箱1台烧杯(50mL)16只水热反应釜4只刚玉坩埚16个玛瑙研钵4只电磁搅拌器4只荧光分光度计（附固体样品架）X射线粉末衍射仪2.试剂氧化铕(99.99%)，盐酸(G.R.)，钼酸钠(A.R.)，MoO3(A.R.)，

2、CaCl2(A.R.)，CaCO3(A.R.)，氨水，乙醇三、实验原理1.发光现象发光就是物体把吸收的能量转化为光辐射的过程。当材料受到诸如光照、外加电场或电子束轰击等的激发后，吸收外界能量，处于激发状态，它在跃迁回到基态的过程中，吸收的能量会通过光或热的形式释放出来。如果这部分能量是以光的电磁波形式辐射出来，即为发光，而具有这种发光行为的物质就称为发光材料，发光材料也常被称为荧光体或磷光体。通常，发光材料包括基质、发光中心(激活剂)两个主要部分。发光的物理过程从发光行为角度可简单理解为：如图l6应用性实验－钼酸钙荧光粉的制备及发光性能讲义所示，发

3、光中心吸收激发能量，并将其转化为辐射发光和非辐射的晶格热振动能。而从能级跃迁的角度理解则可认为：如图2所示，发光中心吸收激发光的能量跃迁到激发态，然后从激发态又以能级辐射跃迁的形式回到基态并发出光，或以非辐射的形式回到基态。6应用性实验－钼酸钙荧光粉的制备及发光性能讲义图1一种发光中心A在它的基质晶格中的发光行为EX-激发，EM-发射（辐射回到基态），Heat-非辐射回基态图2发光中心A能级示意图R-辐射回到基态，NR-非辐射回到基态6应用性实验－钼酸钙荧光粉的制备及发光性能讲义2.Eu3+的发光特性稀土元素因具有特殊的发光特性，在光致发光、电致发

4、光、X射线发光、阴极射线发光等方面有广泛应用。稀土元素的发光特性取决于其4f轨道上电子的特性，其电子组态为4fn5s25p6，随着n值的增加，表现出不同的电子跃迁形式及众多的跃迁能阶。稀土元素离子的4f亚层外，还有5s2、5p6电子层，由于后者的屏蔽作用，使4f亚层受化合物中的晶体场或配位场影响较小，三价稀土发光中心基本是孤立的。这造成了它的能级结构基本保持自由离子的特征，在不同基质中的变化较小，发光基本都是线谱。4f电子在不同能级之间的跃迁，产生了大量的吸收和荧光光谱跃迁，很适合作为激光和发光材料的激活剂离子。Eu3+离子是研究最多，应用最广泛的

5、一种红色发光激活剂，其能级结构简单，发光单色性好、量子效率高。Eu3+的最外层子组态为4f6，它的发射通常呈现为位于红色区域的线峰，这使得它在照明和显示中得到了重要的应用。图3和图4是Eu3+离子掺杂荧光粉的典型激发光谱和发射光谱图。其发光主要来自于5D0激发态，所产生的谱线有～813nm(5D0→7F6)、～741nm(5D0→7F5)、～700nm(5D0→7F4)、～654nm(5Do→7F3)、～615nm(5D0→7F2)、～592nm(5D0→7F1)、～6应用性实验－钼酸钙荧光粉的制备及发光性能讲义578nm(5D0→7F0)。在无机

6、发光材料中，Eu3+的可见光发射主要为5D0→7FJ(J=0，1，2，3，4，5，6)的跃迁，其中最强的跃迁为5D0→7Fl或5Do→7F2，这取决于Eu3+在该发光材料中所占据位置的对称性的高低。对称性高，以磁偶极跃迁5D0→7F1为主；对称性低，则以电偶极跃迁5D0→7F2为主，而其他跃迁均较弱。6应用性实验－钼酸钙荧光粉的制备及发光性能讲义图3Eu3+掺杂荧光粉的激发光谱图4Eu3+掺杂荧光粉的发射光谱6应用性实验－钼酸钙荧光粉的制备及发光性能讲义3.稀土发光材料的制备方法稀土发光材料颗粒大小、表面形貌、粒径分布对其发光具有重要影响，这也会影

7、响到它们在不同器件上应用效果，因此人们就通过不同的合成方法来研究荧光粉颗粒大小、表面形貌、粒径分布对发光的影响。稀土发光材料的制备方法种类比较多，一般分为固相法、液相法。（一）高温固相反应法高温固相反应法是发光材料的一种传统的合成方法。固相反应通常取决于材料的晶体结构以及缺陷结构，而不仅是成分的固相反应性。固相反应的充分必要条件是反应物必须相互接触，即反应是通过颗粒界面进行的。反应物颗粒越细，其比表面积越大，从而有利于固相反应的进行。另外，其它一些因素如温度、压力、添加剂、射线的辐照等也是影响固相反应的重要因素。固相反应一般抱括以下四个步骤：(1)

8、固相界面的扩散；(2)原子尺度的化学反应；(3)新相成核；(4)固相的输运及新相的长大。决定固相反应的两个重要因素是成核和