纳米粉末Ca0.8Ba0.2TiO3∶Pr的制备与表征.pdf

2 0 1 3 年7 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 5 1 d o i l o ．3 9 6 9 ／j ．i 鹋n ．1 0 0 7 7 5 4 5 ．2 0 1 3 ．0 7 ．0 1 4 纳米粉末C a 吣B a 吣T i 0 3 P r 的制备与表征 牟艳男1 ’2 ，邱敏1 ，皮艳梅1 ，张秀平1 ，杨玉蓉1 ，刘平1 1 ．黑河学院物理化学系，黑龙江黑河1 6 4 3 0 0 ；2 ．吉林大学超硬材料国家重点实验室，长春1 3 0 0 0 0 摘要采用溶胶一凝胶法合成C a 0 ．8 B a 0 ．zT i O 。P r 纳米粉末，分别应用X R D 、S E M 和荧光分光光度计对 样品的结构、形貌和光学特性进行表征。结果表明，纳米粉末C a 。．。B a 0 。T i 0 。P r 形状近似为球形，在 9 0 0 ℃煅烧8h 所得样品的激发主峰位于3 2 3n m ，发射主峰在6 1 2n m 处，对应P r 3 的1 D 。一s H 。跃迁， 并且，在9 0 0 ℃时样品的初始发光强度和余辉时间都是最高的。 关键词B a o ．2 C a 0 ．8 T i 0 。P r ；溶胶凝胶法；发光材料；纳米粉末；制备 中图分类号0 4 6 9文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 3 0 7 一0 0 5 1 一0 3 P r e p a r a t i o na n dC h a r a c t e r i z a t i o n so fB a o ．2C a o ．8T i 0 3 P rN a n o r - P o w d e r M U Y a n n a n l ”，Q I UM i n l ，P IY a n m e i l ，Z H A N GX i u p i n 9 1 ，Y A N GY u r o n 9 1 ，L I UP i n 9 1 1 ．D e p a r t m e n to fP h y s i c sa n dE l e c t r o n i cI n f o r m a t i o nE n g i n e e r i n g ，H e i h eU n i v e r s i t y ，H e i h e16 4 3 0 0 ，H e i l o n 西i a n g ，C h i n a ； 2 ．N a t i o n a lL a bo fS u p e r h a r dM a t e r i a l s ，J 订i nU n i v e r s i t y ，C h a n g c h u n1 3 0 0 1 2 ，C h i n a A b s t r a c t B a 0 ．2C a 0 ．8T i 0 3 P rn a n o _ p o w d e r sw e r ep r e p a r e dw i t hs 0 1 - g e lm e t h o da n dt h e i rs t r u c t u r e ，m o r p h 0 1 0 9 ya n d p h o t o l u m i n e s c e n c ep r o p e r t i e s 、 r e r ec h a r a c t e “z e db yl R D ，S E Ma n df l u o r e s c e n c es p e c t r o p h o t o m e t e r ，r e s p e c t i v e l y ． T h er e s u l t ss h o wt h a tt h ea s p r e p a r e dC a 0 ．8B a 0 ．2T i o b P r 3 p o w d e r sa r es p h e r i c a l Ⅵ五t hs u b m i c r o np a r t i c l es i z e ．T h e p a r t i c l e ss i n t e r e da t9 0 0 ℃f o re i g h th o u r ss h o was t r o n gr e de r n i s s i o n r m i np e a k6 1 2n m ，w h i c hc a nb ea s s i g n e d t ob eat y p i c a l1 耽3H 4t r a n S i t i o no fP r 3 ．T h es a m p l et r e a t e da tal l i g h e rt e m p e r a t u r e 9 0 0 ℃ p r e s e n t st h e h i g h e s ti n i t i a ll u 商n e s c e n ti n t e n s i t ya n dl o r 培e s td e c a yt i m e ． K e yw o r d s C a o ．8B a o ．2T i 0 3 P r ；s o l g e l ；l u m i n e s c e n tm a t e r i a l s ；n a n o p o w d e r ；p r e p a r a t i o n 稀土长余辉发光材料可以把吸收的太阳光或灯 光能量存储起来，再缓慢地将其以可见光的形式释 放【1 ] ，是一种新型节能环保材料，在新光源、显像显 示、分析检测、矿物探测、弱光照明、应急指示、工艺 美术和建筑装饰等领域得到了广泛的应用[ 2 ] 。近年 来，以稀土镨作为激活中心的钛酸盐材料的化学稳 定性好且颜色纯正而受到广泛关注。 目前，蓝、绿色发光材料已达到实际工业生产的 要求，但红色长余辉材料距工业生产还有相当距 离[ 3 { ] 。目前广泛研究的钙钛矿型P r 3 掺杂荧光体 M T i 0 3 M C a ，S r ，B a 利用P r 3 的1 D 2 3 H 4 跃迁 收稿日期2 0 1 2 1 1 3 0 基金项目黑龙江省教育厅科学技术面上研究项目 1 2 5 1 1 3 5 0 作者简介牟艳男 1 9 8 3 一 ，女，吉林德惠人，讲师，硕士． 产生红色发光[ 6 - 8 ] 。 由于碱土离子的半径较接近，共掺杂后的材料 仍然是类钙钛矿晶体结构嗍。为进一步探究碱土离 子共掺杂过程中晶体的形成，本文以钛酸钙为基体， 采用溶胶一凝胶法进行钡离子和镨离子共掺杂，采 用不同的测试手段来分析合成的纳米粉末的结构以 及光学性质。 1 试验部分 1 ．1 样品合成 以分析纯C a N 0 3 2 、B a N O 。 2 、T i O C 。H 。 。 万方数据 5 2 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 3 年7 期 和P r 。O ，。等为原材料，采用溶胶一凝胶法制备名义 组成为C a 0 8 B a 0 2 T i 0 3 P r 的纳米粉末[ 10 | 。 1 ．2 样品测试 采用X ’P e r tP R DM P D 型X 射线衍射仪进行物 相分析，采用J S M E M P 一8 0 0 型扫描电镜进行形貌观 察，样品的激发光谱、发射光谱及余辉性能曲线采用 C a r y ．E e l i p s e 型荧光分光光度计在室温下测定。 2 结果与讨论 2 ．1 X R D 结果分析 图1 为在不同温度下煅烧得到的C a ㈣B a 呲 T i 0 3 P r o 。％粉末的X R D 谱。 由图1 可看出，干凝胶粉体在6 0 0 ℃煅烧时已 经形成定形粉体，通过衍射峰位比对，证实生成B a C O 。 J C P D S7 1 2 3 9 4 ，当煅烧温度为7 0 0 ℃时，出 现C a T i O 。 J C P D S2 2 一0 1 5 3 的衍射峰。随着煅烧温 度的升高，纳米C a T i O 。的峰形更尖锐，强度更大， 说明C a T i 0 。粒子逐渐长大。当煅烧温度达到9 0 0 ℃时，主要是C a T i O 。，但在2 3 。附近出现与B a C O 。 最强衍射峰相对应的衍射峰，而B a C O 。其他特征峰 并不存在。由于掺杂的P r 离子量很少，在图1 中未 见与P r 相关的衍射峰。 图1B a 0 ．2 C a 0 ．8 T i 0 3 P r 0 ．5 ％在 不同温度下煅烧8h 的x R D 谱 n 昏1 Ⅺm 咖o fC a 0 ．8B a 0 ．2 吣‰．5 ％ 咖盱p 帆船咖删a tV 砌吣细岬劬嗍f o r 8h 2 ．2 S E M 结果分析 图2 为经9 0 0 ℃煅烧后C a 0 8 B a 。．2 T i 0 3 P r o ．5 ％ 的S E M 形貌，C a 0 8 B a 。．2 T i 0 3 P r o ．5 ％颗粒经9 0 0 ℃ 煅烧后基本呈球形，晶粒尺寸在1 0 0n m 左右，且可 见部分样品发生团聚。 图29 0 0 ℃煅烧后C a 0 ．8 B a 0 ．2 T i 0 3 P r 0 ．5 ％的S E M 形貌 F i g ．2S E Mm i c r o s t r u c t u r eo fC a 0 ．8B a 0 ．2T i 0 3 P r 0 ．5 ％s i n t e r e da t9 0 0 ℃ 2 ．3光学性质 图3 为C a 0 8 B a 0 2 T i O 。P r 0 5 ％纳米粉末在最佳 条件下合成样品的激发光谱和发射光谱。 由图3 可看出，C a 0 8 B a 。2 T i 0 3 P r 。．5 ％在紫外区 有较强的宽带吸收。在3 2 3n m 处有很强的吸收 带，超过4 0 0n m 对光的吸收能力很差，并随着波长 的增加呈现持续下降的趋势。而最大发射谱峰位于 6 1 2n m 处，说明样品有比较强的红色光发射，对应 于P r 计的1 D 2 3H 4 跃迁。图4 为C a o8B a 0 2T i 0 3 P r o 。％分别在7 0 0 、8 0 0 、9 0 0 ℃煅烧后的余辉曲线。 图4 表明，发光强度和余辉时间随着煅烧温度 的升高都有所增加，这与C a 。．。B a 。．T i O 。P r 的晶型 趋于完善有关。在相同的镨离子含量下，9 0 0 ℃时 样品的初始发光强度和余辉时间都是最高的。 3结论 采用溶胶一凝胶法在较低温度下成功制备了 C a ⅢB a 叫T i O 。P r 纳米粉末，粉体颜色为白色，结晶 较好，颗粒比较均匀，形状为近似球形。7 0 0 ℃煅烧 后出现C a T i 0 3 的衍射峰。C a 。．8B a 0 2T i 0 3 P r 在 9 0 0 ℃煅烧8h 所得样品的激发主峰位于3 2 3n m 、 发射主峰在6 1 2n m 处，对应P r 3 的1 D 。一3 H 。跃 万方数据 2 0 1 3 年7 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 5 3 3 2 3 n m 6 1 2n I I l w a v e l e n g t I 妇“ 图3 C a o ．3 B a o ．2 T i 0 3 P r 0 ．5 ，‘ 9 0 0 ℃煅烧后的激发光谱和发射光谱 F i 晷3E x d t a t i 伽叩伐 h Ⅵma n d 既嘣s s i 衄s p 伐I t I m m o fC a o ．。B a o ．2 m 现．5 ％s i n t e r e da t 姗℃ 12 0 0 1 0 0 0 g 8 0 0 曼6 0 0 越 豫4 0 0 2 0 0 O 02 04 06 08 01 0 0 时间，m 图4C a o ．。B a o ．2 T i O j P r o ．5 ％ 在不同煅烧温度下的余辉曲线 F i g ．4D 嘲yc u r v 鹤o fC a 0 ．8 B a 0 ．2 T i 0 3 P r 0 ．5 ，‘ s i n t e r e da td i f f e 他n tt e m p e r a t u r 髑 迁，并且，在9 0 0 ℃煅烧样品的初始发光强度和余辉 时间都是最高的。 参考文献 [ 1 ] 唐辉，李玲玲．纳米材料的制备方法研究进展[ J ] ．科技 资讯，2 0 0 7 5 6 ． [ 2 ] 程光煦．拉曼布里渊散射原理及应用[ M ] ．北京 科学出版社，2 0 0 1 3 2 8 ． [ 3 ] L e c o i n t r eA ，B e s s i e r eA ，B o sAJJ ，e ta 1 ．D e s i g n i n ga r e dp e r s i s t e n tl u m i n e s c e n c ep h o s p h o r t h ee x a m p l eo f Y P 0 4 P r 3 ，L n 3 L n N d ，E r ，H o ，D y [ J ] ．J ． P h y s ．C h e m ．C ，2 0 1 1 ，1 1 5 1 0 4 2 1 7 4 2 2 7 ． [ 4 ] B o u t i n a u d aP ，P i n e lE ，D u b o i sM ．U V 二t or e dr e l a x a t i o n p a t h w a yi nC a T i 0 3 P r 3 [ J ] ．J o u r n a lo fL u m i n e s c e n c e ， 2 0 0 5 ，1 1 1 6 9 ． [ 5 ] 廉世勋，林建华，苏勉曾．C a 。一。Z n 。T i 0 。P r ”，R R 一 “ ，N a 十，K ，R b ，c s ，A g 的合成和发光性质[ J ] ． 中国稀土学报，2 0 0 1 ，1 9 6 6 0 2 ． [ 6 ] H EF e i ，Y A N GP i a o p i n g ，w A N GD o n g ，e ta 1 ．P r e p a r a t i o na n dU p - C o n v e r s i o nL u m i n e s c e n c eo fH o l l o w L a 20 3 L n L n Y b ／E r ，Y b ／H o M i c r o s p h e r e s [ J ] ． L a n g m u i r ，2 0 1 1 ，2 7 9 5 6 1 6 5 6 2 3 ． [ 7 ] L I A NS h i - x u n ，Q IY u a n ，R O N Gc h u n - y i n g ，e ta 1 ．E f f e c t i v e l yL e v e r a g i n gS o l a rE n e r g yt h r o u g hP e r s i s t e n t D u a lR e dP h o s p h o r e s c e n c e P r e p a r a t i o nC h a r a c t e r i z a t i o n a n dD e n s i t yF u n c t i o n a lT h e o r yS t u d yo fC a 2Z I l 4T i l 60 3 8 P r 3 [ J ] ．J ．P h y s ．C h e m ．c ，2 0 1 0 ，1 1 4 1 5 7 1 9 6 7 2 0 4 ． [ 8 ] P i n e lE ，B o u t i n a u dP ，M a h i o uR ．W h a tm a k e st h el u m i n e s c e n c eo fP r 3 ，d i f f e r e n ti nc a T i 0 3a n dc a z r 0 3 [ J ] ． J o u r n a lo fA l l o ya n dC o m p o u n d s ，2 0 0 4 ，3 8 0 2 2 5 ． [ 9 ]“J u a n ， K u w a b a r aM ． P r e p a r a t i o na n dl u m i n e s c e n t p r o p e r t i e so fE u d o p e dB a T i 0 3t h i nf i l m sb ys o l g e l p r o c e s s [ J ] ． S c i e n c ea n dT e c h n o l o g yo fA d v a n c e dM a t e r i a l s ，2 0 0 3 ，4 1 4 3 ． [ 1 0 ] 牟艳男，韩奇钢，张秀梅．新型纳米材料C a 。．。S r 0 ．z T i 0 。P r 的合成及表征[ J ] ．超硬材料工程，2 0 0 7 ，1 9 6 3 4 3 6 ． 万方数据