熔盐法合成sm3掺杂的ceo2基发光材

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1、熔盐法合成Sm3+掺杂的CeO2基发光材料专业班级：****学生姓名：****学号：****指导教师：****教授主要内容稀土发光材料简介常用合成方法熔盐法二氧化铈实验部分1.1稀土发光材料简介含稀土元素的发光材料基质、发光材料激活剂、敏化剂或共掺杂剂，均统称为稀土发光材料。因为稀土元素原子的电子构型中存在4f轨道，当4f电子从高的能级以辐射驰骋的方式跃迁至低能级时就发出不同波长的电磁辐射。稀土元素原子具有丰富的电子能级，为多种能级跃迁创造了条件，从而获得多种发光性能，因此被广泛用作激发和发光材料。1.2稀土发

2、光材料的合成方法1、高温固相法2、溶胶-凝胶法3、化学共沉淀法4、水热法其他方法有：燃烧法、微波合成法1.3熔盐法熔盐法是将盐与反应物按一定比例混合均匀后，加热使盐熔化，反应物在盐的熔体中进行反应，冷却后除去熔盐即得所需产物。熔盐法合成粉体分为两个过程，即颗粒的形成和颗粒的生长。1.4熔盐法的优点明显缩短了反应时间和降低了反应温度。能够容易地控制粉体颗粒的形状和尺寸。熔盐法的清洗、过滤过程有助于清除杂质，从而获得高纯产物。1.5二氧化铈CeO2的晶体结构实验部分本文以Ce(NO3)3·6H2O为原料，Sm2O3

3、为激活剂，KNO3为熔盐，采用熔盐法合成Sm3+掺杂的CeO2基发光材料，以期研究其合成工艺条件，探讨煅烧温度、煅烧时间和掺杂量对CeO2发光性能的影响。Sm2O3+HNO3溶液Ce(NO3)3溶液透明混合液滴加草酸溶液乳白色浑浊液剧烈搅拌白色沉淀80℃恒温陈化3h白色前驱体所需量的KNO3白色粉末过滤、洗涤100℃烘干10h研磨粉红色粉体荧光分析SEMXRD热分析各温度下焙烧2.1前驱体热分析前驱体粉末的TG-DSC曲线第一阶段是从室温至200℃左右第二阶段是200～400℃、400～600℃左右第三阶段是在

4、600～900℃左右2.2物相分析不同煅烧温度所得CeO2:Sm3+的XRD图谱2.3形貌分析煅烧所得CeO2:Sm3+的SEM放大图500℃时，前驱体尚未完全分解，结晶程度较低，样品呈块状；600℃和700℃时，煅烧所得样品的分散性差，大量CeO2颗粒之间相互团聚，颗粒间的界限不明显；800℃烧结所得CeO2粒子形貌近似立方体结构，颗粒分散性良好且大小均匀，样品粒径约为600～800nm。2.4样品的激发光谱在250～300nm之间有一个宽带弱激发峰，峰值位于275nm处，对应于O2−的2p轨道电子跃迁至Sm

5、3+的4f轨道上所形成的电荷迁移带；在320～400nm之间还有一个明显的宽带激发强峰，峰值位于358nm处，对应于O2−的2p轨道电子跃迁至Ce4+的4f轨道形成的电荷迁移吸收。2.5样品的发射光谱第一组发射峰的主峰位于572nm，对应于Sm3+的4G5/2→6H5/2电子跃迁；第二组发射峰最强发射峰位于615nm处，对应于Sm3+的4G5/2→6H7/2电子跃迁；第三组发射峰是由656nm和669nm处的2个峰组成，属于Sm3+的4G5/2→6H9/2特征发射。2.6煅烧温度对样品发光强度的影响500℃，样

6、品的发光强度很弱，前驱体粉末尚未完全分解，且生成的CeO2结晶不完全，之后随着温度的升高前驱体的分解反应不断进行，生成的CeO2不断增多，且晶体内部的缺陷不断减少，晶粒逐渐长大，形成了具有良好结晶度和较大晶粒尺寸的完整晶体，样品的发光强度增强。2.7煅烧时间对样品发光强度的影响样品的发光强度随着煅烧时间的增长而不断提高。这是因为随着煅烧时间的增加，晶体的内部缺陷不断减少，结晶程度不断提高，小颗粒逐渐转变为大颗粒，晶体结构趋于完善，故发光强度不断增强。为节约能源考虑，确定煅烧时间为3h。2.8Sm3+掺杂量对样品

7、发光强度的影响不同Sm3+的掺杂浓度没有改变样品发射峰的位置，这说明在此掺杂浓度范围内CeO2:Sm3+的结构没有发生明显的变化。Sm3+的最佳掺杂浓度为0.6mol%，此时CeO2:Sm3+的发光强度最大，之后再增加Sm3+的掺杂浓度，发光强度反而逐渐降低。2.9样品的浓度猝灭在样品CeO2:Sm3+中，CeO2为基质，Sm3+是激活剂，掺杂Sm3+后基质点阵中的晶格发生畸变，从而形成发光中心。当加入少量的Sm3+时，发光中心的数目少，Sm3+与Sm3+之间的能量传递效率不高，故能够被Sm3+本身吸收的能量很

8、少，所以发光强度不高；增加Sm3+的掺杂浓度，Sm3+吸收和传递的能量增多，发光强度随之增强；当掺杂浓度为0.6mol%时，Sm3+与Sm3+的能量传递速率等于Sm3+的发射速率，此时CeO2:Sm3+的发光强度最强。此后再增加Sm3+的掺杂浓度，Sm3+之间的能量传递速率超过了Sm3+的光发射速率，Sm3+还未发生特征辐射能量就被传递到下一个Sm3+上，产生浓度猝灭现象，故CeO2: