稀土发光材料的合成方法(4)

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稀　　土　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第24卷

　　图2是典型的微波加热系统方框图。其中的直流电源提供微波发生器的磁控管所需的直流功率,微波发生器产生一个交替变化的电场,作用在处于微波加热器内的被加热物体上,被加热物体内的极性分子因此随外电场变化而摆动,又因为分子本身的热运动和相邻分子之间的相互作用,使分子随电场变化而摆动的规则受到了阻碍和干扰,从而产生了类似于摩擦的效应,使一部分能量转化为分子杂乱运动的能量,使分子运动加剧,从而使被加热物质的温度迅速升高。所以,与传统加热方法不同,在微波加热过程中,热从材料内部产生而不是从外部热源吸收。由于从内部加热,所以被加热物质的温度梯度和热流与传统加热方法中的相反,因此,被加热物体不受大小及形状的限制,大小物体都能被加热。

由于物质的不同,微波场的频率不同,物质所吸收的功率也会随之而发生改变,其吸收的功率可用下式来表示:

2

rtgD×10-12(W/cm3)P=1.8fEE

式中:f表示微波的频率(Hz);E表示电场强度(V/cm);tgD表示物质的损耗正切,是表征物质吸收微波能量本领的物理量;Er表示物质的介电常数。

利用微波技术合成稀土发光材料已成为今天的科研热点之一。一些学者已经用微波辐照法合成了

2+3+2+

(Y,SrAl2O4∶Eu,Dy、BaMgAl10O17∶Eu、Gd)BO3∶Eu3+、Y2O3∶Eu3+、(Ce0.67Tb0.33)MgAl11,其合成方法是在微波O19等多种稀土发光粉

加热条件下进行固相反应。按一定量的化学计量配比分别称取反应物,充分混合后放入坩埚内,然后置于微波炉中加热一定时间,取出冷却即可。例如SrAl2O4∶Eu,Dy发光粉的合成,按一定化学配比分别称取SrCO3,Al(OH)3,Eu2O3及少量助溶剂H3BO3,适量敏化剂Dy2O3,混合均匀后,充分研磨,然后装入容器中,放入微波炉中在还原气氛下加热20min,自然冷却后取出,再经过后处理即可得到

2+3+

SrAl2O4∶Eu,Dy发光粉。又如以800W微波加

2+

3+

[24～29]

350nm)、色泽纯正、发光效率高。此方法避免或减少了掺杂Mn2+离子的团聚情况,有利于增强发光中心离子的浓度。

微波加热作为一种新的合成技术具有以下优点:

(1)选择性加热。微波加热与介质的tgD是密切相关的。tgD大的介质易用微波加热,tgD小的介质不易被加热。因此,整个微波装置只有试样处于高温而其余部分仍处于常温状态,所以可以经济、简便地实现高温加热。

(2)受热均匀,副反应减少,产物相对单纯。

(3)加热速度快、省时、能耗小。与传统加热方法不同,微波加热是材料内部整体同时发热,升温速度较快,从而显著缩短加热时间。另外,微波能转换为热能的效率可达80%～90%,所以,微波烧结可以有效节省能源。

(4)改进合成材料的结构与性能。由于微波加热速度快,避免了材料合成过程中晶粒的异常长大,能够在短时间、低温下合成纯度高、结晶较好、晶形发育较完整、粒度细、分布均匀的材料,一般不用研磨即可直接应用。另外,微波加热试样是从内部开始的,因此无论颗粒大小都能快速加热,并可以减小处理过程中引起裂纹的热应力。

(5)热惯性小。微波加热的一个明显特点是热惯性小,只要在微波管加上灯丝15s后,就可以加高压,立即使被加热物体瞬间加热,而关闭电源,试样即可在周围的低温环境中实现较快速降温。

(6)改善工作环境和工作条件。微波加热是从加热物品自身开始,而不是靠传导或其它介质(如空气)的间接加热,所以设备本身基本上不辐射热量,同时不会有环境高温,可改善工作环境和工作条件。

但大多数发光材料采用的原料为极少吸收微波的氧化物,必须采取一定的措施,如在被加热原料外覆盖微波吸收介质,才能有效地利用微波法合成发光材料。其存在的问题与软化学方法相类似。3.2　CO2激光加热气相沉积合成法

采用CO2激光加热气相沉积合成手段可以获得粒径更小的稀土纳米发光材料,也可以通过控制蒸发室的气压来调整纳米微粒粒径的大小(4nm～18nm)。TissueBM等人利用该方法获得了

3+

Y2O3∶Eu纳米发光材料,但这种方法也存在一个问题,当Y2O3∶Eu纳米微粒中Eu的含量超过33+

[31]

热40min即可得到单相(Ce0.67Tb0.33)MgAl11O10荧光粉。

溶胶-凝胶法与微波烧结技术相结合,成为近年来合成发光材料的一种先进技术。张迈生等人[30]首次利用此两种方法相结合的合成技术合成了亚纳米级的ZnSiO4∶Mn,Er

2+

3+

等高效绿色荧光粉,所

得