燃烧法合成长余辉发光材料1

化学化工学院材料化学专业实验报告 实验名称：燃烧法合成长余辉发光材料

年级：09级材料化学 日期：2010-9-28 姓名： 张洪贵 学号：[**************] 同组人：吴学普

一、预习部分

发光物质即适当的材料吸收高能辐射，接着就发出光，其发射的光子的能量比激发辐射的能量低。具有这种发光行为的物质就称为发光物质。按照不同的激发方式可以分为光致发光材料、阴极射线发光材料、电致发光材料、化学发光材料 等等

发光材料的发光与长余辉机理：

材料在受激停止后继续发出的光

称为余辉。余辉持续的时间称为余辉

时间，小于1 μs的余辉称作超短余辉，1-10μs间的称为短余辉，10μs-1ms间的称为中短余辉，1-100ms间的称为中余辉，100ms-1s间的称为长余辉，大于1s的称为超长余辉。 上图给出了能级陷阱模型可以用来解释长余辉材料的发光机理，其具体机理如下：激活剂（施主）被掺入基质后，在禁带中靠近导带的位置形成一系列杂质能级，对在导带运动的电子起陷阱作用，电子可能在陷阱中停留很长的时间，只有在外力作用下才会被释放；在光子的激发下，电子从激活剂基态跃迁到激发态（过程1）；若电子直接返回基态能级即产生瞬时发光现象（过程2），就是荧光发射；光激发还会使一些电子跃迁到导带上（过程3），并被限制在陷阱中（过程4）；如果处于能级陷阱中的电子得到足够的能量E，它们就会从陷阱中释放出来（过程5），这是，它们可能是被陷阱重新俘获，也可能是通过导带跃迁到激活剂基态（过程6），与发光中心复合，引起长时间的发光即余辉。

余辉的长短与被陷阱俘获的电子的数量N以及这些电子获得的能量E有关：N越多，余辉时间越长；E在一定范围内越多，余辉时间越长，但当达到可以使陷阱中电子全部释放的值是，就不会有助于余辉时间的延长……

长余辉材料是研究得最早的发光材料。发光材料是由作为该材料的主体化合物和特定的少量的杂质离子等组成，激活剂是发光中心，当它收到外界能量的激发而产生发光。二价铕离子激活的铝酸盐系列磷光体，是一种很有前途的发光体材料。当它受到蓝色光、紫色光和近紫色光的激发时，因Eu2+的发光是f6d5-4f7宽带允许的跃迁，而5d电子处于没有屏蔽的外界裸露的状态，受晶场的影响较大，所以其发光特性不但与其化学组成有光，还与制备

方法有光。

本实验通过把高纯度的原料按一定的比例称量混合均匀，形成溶液获得均匀体系之后，强热、发生沸腾、浓缩、冒烟、起火之后迅速燃烧，火焰以燃烧波的形式自我维持蔓延，最重得到泡沫状的粉体来制备。

实验部分：

实验目的：

1、 学会用燃烧法快速合成长余辉材料。

2、 了解长余辉材料及其长余辉原理。

3、 学会用燃烧法快速合成无机氧化物及纳米材料的基本方法。

实验原理：

燃烧法也称自蔓延高温合成法。是一种高放热的化学体系经外部能量诱发局部化学点燃，形成其前沿燃烧波，使化学反应持续蔓延，直至整个体系反应。

本实验是通过利用金属硝酸盐和有机染料的混合体系，通过溶解于熔剂而形成溶液获得均匀混合之后，高温燃烧合成铝酸盐，金属硝酸盐在高温时发生沸腾、浓缩、冒烟、起火之后迅速燃烧，火焰以燃烧波的形式自我维持蔓延，最重得到泡沫状的粉体。

2Al(NO3)3 + Sr(NO3)2 +20/3CO(NH2)2 + 10O2 -——SrAl2O4 + 40/3H2O +32/3N2 + 20/3CO2

实验设备及材料：

主要试剂：Eu2O3,Dy2O3,硝酸锶，硝酸铝，尿素，硼酸，稀硝酸

设备及仪器：分析天平，烧杯，玻璃棒，移液管，马沸炉，玉坩埚，荧光光度计

实验步骤：

（一）、前驱物的制备：准称0.088克Eu2O3；0.093克Dy2O3；2.116克硝酸锶，7.5克硝酸铝，15尿素；0.18克硼酸。

1、 用一定量的硝酸加热溶解溶解稀土氧化物，配成稀土离子硝酸盐离子溶液A.

2、 称好的硝酸锶，硝酸铝，尿素，硼酸，用一定量的水溶解，搅拌状态下加热至70

摄氏度左右，得溶液B。

3、 在搅拌状态下，将A缓慢加入到B中，维持加热搅拌一会儿，使体系混合均匀并

蒸发掉一些水分。

4、 将混合物转移到玉坩埚中，即得到可以用于燃烧的前驱物。

（二）、样品的燃烧合成：先将马沸炉预热至600摄氏度左右，然后将之前的前驱物快速放进去，几分钟后即可观察到反应物剧烈的沸腾、膨胀，随之至上而下蔓延，待反应完后取出，冷却即可得到泡沫状的合成产物——长余辉材料。

（三）、表征：取出后，装样，并用分光光度计测样品的发射光谱和吸收光谱，并得到

相应的数据，整理，通过软件拟合便得到以下图谱。

结果

:

上图就是发射激发波情况的发光情形，由图可知，有两个峰；01处样品出现了一个峰值，约为373nm处，此时发出蓝光光强度最大。同样在520nm处出现峰值，即此时发光强度打到最大。

结果分析：由以上俩图可知，本实验的产物的发光强度不是很大，其原因可能为：

1、操作误差；2、加料的时候出现误差；

分析：要得到本实验的目标产物，首先要提供的是一定的能量，其次就是要提供一个还原气氛。本实验，尿素在实验中扮演着还原剂和助燃剂，为实验提供了足够的能量以及还原气氛，而由实验结果来分析可得，尿素的含量越高，燃烧就越充分；但是含量过高的话，燃烧时放出的气体速度很快，气体的溢出量也很大，从而带走的能量也相应的多，热量损失很大，无法满足反应所需要的能量而导致反应不完全。

除了尿素的含量影响反应的完全与否之外，点火温度也是一大影响因素。

另外，在本实验中，硼酸除了扮演助燃剂的作用之外，还可以延长余辉，提高发光性能。

结论：影响发光材料的发光性能最主要的工艺因素是尿素与硝酸根的比例，其次是还原方式，点火温度，硼酸的含量影响不是很大。

由产物的发光性能检测得到发光性能随各因素的变化规律分析得到其最佳方法：燃烧合成法。