稀土硫化物的合成工艺与光色性能分析

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1、-------独创性说明本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得内蒙古科技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并 表示了谢意。签名：___________日期：____________关于论文使用授权的说明本人完全了解内蒙古科技大学有关保留、使用学位论文的规定， 即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩

2、印或其他复制手段保 存论文。（保密的论文在解密后应遵循此规定）签名：___________导师签名：___________日期：____________-----------内蒙古科技大学硕士学位毕业论文引言目前使用的镉系和铅系等传统无机颜料，大多含有对人体极为有害的重金属元素，其应用范围受严格限制，人们迫切寻找无毒性的高性能无机颜料制备工艺，以适应社会对环境保护和产品性能的要求。红色颜料硫化铈(Ce2S3)，由于其无毒性，具备高遮盖力、好的耐热性和耐光性，广泛应用于塑料、玻璃、油漆的着色，凡是铬酸铅颜料和镉系颜料可用的场合，硫化铈颜料都可应用，所以稀土颜料是取代有毒红色颜料的首选材料

3、。虽然稀土颜料以其优异的性能，受到人们的青睐，但是由于稀土硫化物的合成难度大，而且这一领域长期处于技术垄断地位，使稀土颜料的应用受到了很大的限制。稀土颜料的技术突破关键是合成硫化物方法的技术突破，目前，稀土硫化物合成方法主要有微波法和直接法。这些方法都采用高温气固相法合成，高温气固相法合成条件苛刻，对设备要求高，反应温度较高，产物粒径较大，需要研磨才能进一步使用。法国罗纳－普朗和北京有色金属研究总院在高温固相合成硫化物方面作了很大工作，取得了一定的进展，但仍然有些问题不能解决。本论文采用干湿联合法制备稀土硫化物的合成方法，主要是通过加入高表面活性的硫化性试剂，降低稀土硫化物的合成温度，

4、减少硫化性气体的使用量，减少对环境的污染。1-----------内蒙古科技大学硕士学位毕业论文1文献综述1.1稀土硫氧化物发光材料研究综述1.1.1稀土硫氧化物的物理性质稀土硫氧化物（Y2O2S）都具有共同的六角晶型结构（六方晶系），其化学键呈 现为离子键－共价键的混合态，这种结构与A型的稀土倍半氧化物（Y2O3）相同， 只是三个氧原子中的一个氧原子被硫取代，硫原子形成了垂直于晶体c轴的分立平 面。其结构如下图1.1。图1.1稀土硫氧化物的晶体结构实心球代表三价稀土离子空心球和画斜线球分别代表氧和硫原子稀土硫氧化物的性质非常稳定，不溶于水中，熔点达2000-2200℃，例如Ce2O2

5、S 熔点2000±200℃，抗氧化性强，La2O2S与潮湿的空气不起反应，而La2O3则迅速 水解。La2O2S在空气中加热到500℃才发生氧化反应，如果在惰性气氛中加热，2070℃时稳定地熔融。仅在真空中熔融时，才逐渐随着失硫而发生分解。硫氧化物在空气中加热，在500－600℃范围内它们的质量增加，这是氧化成硫氧酸盐（Y2O2SO4）化 合物的结果，进一步分解成氧化物，伴随有失重。Y2O2S是六方晶体结构，浅灰色， 非常稳定，不溶于水。其六方晶格常数a=0.3788nm，c=0.6591nm，其密度为4.90g/cm3。 比较Y2O2S的晶胞参数和Eu2O2S的晶胞参数a=0.386

6、8nm，c=0.6685nm-----------，可以发现 Eu的掺杂可以引起了Y2O2S晶胞的增大[1]。Y2O2S，Gd2O2S，La2O2S和Lu2O2S都可作为发光材料的基质，但经常使用的是前三种材料，因为镥的价格昂贵，所以很少使用，这四种硫氧化物都是白色或微带黄色。其他稀土元素Pr、Nd、Sm、Tb，Dy、Ho、Er、Tm和Yb用作为激活剂，可2-----------内蒙古科技大学硕士学位毕业论文ο以在很宽的浓度范围内与基质形成同晶系的固溶体。对从3500A左右的紫外线到8µm以上的红外线，Y、La和Gd的硫氧化物全部呈现出高的透明度，因此是极好的光学基质材料。1.1稀土离

7、子的发光原理(1)三价稀土离子的电子组态与光谱项镧系原子的电子组态为：1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f"5s25p65dm6s2，可以简单 的用氙（Xe）的电子组态与4fn5dm6s2组合：[Xe]4fn5dm6s2，n=1～14，m=0或1， 镧系离子Ln3+(常见为三价离子)的电子组态则可以写为：1 s22s22p63s23p63d104s24p64d104fn5s25p6即[Xe]4fn(n=1～14)Ln3