酸盐晶体的合成、结构鉴定和性能表征(2)

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1、掺杂钒酸盐晶体的合成、结构鉴定和性能表征一、实验研究目的自然界的晶体（矿物）具有规则的外形，色彩绚丽，人们对其精心加工成各种装饰品和收藏品，用于我们的生活。而随着科学技术的发展，一些晶体发现了重要的物理性能，如金刚石、单晶硅、压电水晶等。但是，天然的晶体在品种、数量和质量上却非常有限，不能满足科学技术发展的需要。因此，人工晶体作为一门科学迅速地发展起来，它包括了材料制备、晶体生长机理和结构与性能的表征等，体现了材料科学、凝聚态物理和固体化学等多学科交叉的特点。掺稀土的钒酸盐晶体是重要的激光晶体，近年来人们一直在不断地改进Re:YVO4激光晶体的原料合成、晶体

2、生长工艺，以获得高光学质量、大尺寸晶体。本实验研究目的是研究钒酸盐晶体的合成方法；研究掺入不同的稀土离子后，钒酸盐晶体的结构的鉴定和相关的性能表征。二、实验药品与仪器1、试剂：Y2O3（99.995%）；La2O3（99.995%）；；NH4VO3（A.R.）。2、仪器：精密酸度计；离心沉淀机；循环水式真空泵；箱式电炉（马弗炉）；PE－TGA7热重分析仪；P－E983G型傅立叶变换红外和拉曼谱仪；X－Pert－MPD多晶衍射仪；Perkin-ElmerLarnda900型紫外分光光度计；FLS920荧光光谱仪；WFX-110原子吸收分光光度。三、基础知识与研

3、究背景人工晶体研究的主要目标是探索发现具有光、电、声、磁、热、力等不同功能的材料以及它们之间不同能量形式的相互作用和转换。已经发现一些钒酸盐晶体有重要的光学性能。如掺Nd的YVO4激光晶体是应用于中低功率激光器上的主要工作物质。晶体的光学质量直接决定了激光器的工作效率、稳定性、输出光束质量等重要参数。掺Nd的CaxLa1-x(VO4)2晶体同时具有激光和非线性光学性能，有望用作激光自倍频材料。上述两类晶体是激光技术发展中起关键性的晶体材料，一直受到科学技术领域和高科技企业的高度重视。因此，在制备具有物理性能的晶体材料的研究中，需具备如下基础知识和实验技能：1

4、、晶体学和晶体结构知识；71、化学合成实验和有关表征技能；2、晶体生长原理和方法基础；3、晶体的吸收光谱、荧光光谱、红外光谱、拉曼光谱等光学和非线性光学性质知识；4、晶体结构与性能测试和性能表征的基本方法与技能。三、实验结果与讨论：（一）、液相法合成激光晶体Nd:YVO4的多晶原料1、实验原理：晶体生长原料制备方法的研究，对晶体生长有相当重要的影响，有时甚至起着主要作用。本实验采用液相法合成激光晶体Nd:YVO4多晶原料：液相合成原料的反应原理[1]由起始原料Y2O3(Nd2O3)液相制备YVO4，有如下过程：Y2O3(Nd2O3)溶解于热稀硝酸中，化学反应

5、式：Y2O3+6HNO3=2Y(NO3)3+3H2O；同时，NH4VO3也溶解于沸腾的蒸馏水中，在适当的温度下，往NH4VO3溶液中加入Y(NO3)3（Nd(NO3)3）溶液，用氨水调节pH≈7.00，可生成白色沉淀YVO4（或兰紫色NdVO4），化学反应式如下：Y(NO3)3+NH4VO3+H2O=YVO4↓+NH3NO3+2HNO3Nd(NO3)3+NH4VO3+H2O=NdVO4↓+NH3NO3+2HNO3掺Nd3+的YVO4的离子反应式：xY3++(1-x)Nd3++VO3-+2OH-=Nd1-xYxVO4↓+H2O2、实验步骤：采用液相法合成5g1

6、.0at%Nd:YVO4多晶原料。在红外灯下干燥NH4VO3和Y2O3，除去水分。按反应的化学计量比准确称取NH4VO3和Y2O3。将Y2O3溶解于适量的接近100℃的稀硝酸，可得到Y(NO3)3溶液，控制其浓度约为0.1～0.5mol/l。将NH4VO3溶解于适量的接近100℃的蒸馏水中，其浓度与Y(NO3)3溶液浓度相近，减压过滤后，再将滤液加热到接近100℃。在适当的温度下，边搅拌边往过滤后的NH4VO3溶液中加入Y(NO3)3溶液，用1:3氨水调节溶液pH≈77.0，并不断搅拌，生成大量的沉淀。反应后，加入适量沸水以保持温度，继续控制适当pH值并搅拌

7、1h，使得反应完全。将沉淀静置过夜，用倾析法分离、洗涤沉淀，加蒸馏水，充分搅拌后静置沉降。再以倾析法分离出沉淀，并将其离心脱水。将其余的YVO4沉淀盛在刚玉杯中，置于马弗炉内，于适当的温度下烧结6～8h，得到生长YVO4晶体所用的多晶粉末原料。3、实验现象：边搅拌边往过滤后的NH4VO3溶液中加入Y(NO3)3溶液时开始有黄色沉淀生成，随着NH4VO3溶液沉淀的颜色逐渐变成乳白色。静置后分层，上层为清夜，下层为乳白色沉淀。烧结后得到乳白色晶体，颗粒较固体的来的大。4、试验结果与讨论：钒酸盐在不同的pH值下容易缔合成不同的多钒酸盐[1].故原料制备的关键在于防

8、止多钒酸盐的形成。pH>8时,VO4缩合为V4O12