本文關(guān)鍵詞： 無(wú)機(jī)功能材料 超細(xì)粉體 高溫球磨法 光催化性能 壓電材料 稀土摻雜 紅色熒光粉 發(fā)光性　出處：《東北大學(xué)》2011年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：無(wú)機(jī)功能材料是一大類具有特殊電、磁、光、聲、熱、力、化學(xué)以及生物功能的新型材料,伴隨著微納米技術(shù)的不斷發(fā)展與完善,無(wú)機(jī)功能材料已經(jīng)成為以微納米技術(shù)和微納米材料為基礎(chǔ)和支撐的新型材料學(xué)科。無(wú)機(jī)功能材料種類繁多,用途廣泛,是信息技術(shù)、生物技術(shù)、能源技術(shù)、交通運(yùn)輸、環(huán)境保護(hù)、國(guó)防建設(shè)等領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)材料,正在形成一個(gè)規(guī)模宏大的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)群,有著十分廣闊的市場(chǎng)前景和極為重要的戰(zhàn)略意義。目前,有很多制造微納米材料的方法已經(jīng)建立起來(lái),普遍存在的問(wèn)題是納米級(jí)顆粒分散性差,極易凝結(jié),且不易保存。為此,人們?cè)趐H值、溫度、加入添加劑等控制反應(yīng)條件方面做了大量工作,但有些反應(yīng)的控制條件不具有普遍性和適用性,技術(shù)難度大,材質(zhì)要求高,成本高。為了尋求工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、產(chǎn)品性能優(yōu)良且易于工業(yè)化生產(chǎn)的制備技術(shù),本論文采用新型高溫球磨法進(jìn)行氧化物基-無(wú)機(jī)功能微納米材料的制備研究,并采用高分子網(wǎng)絡(luò)凝膠法或化學(xué)沉淀法等對(duì)相關(guān)材料進(jìn)行了對(duì)比制備研究,利用XRD、TEM、SEM、UV-Vis、PL等測(cè)試技術(shù)對(duì)所制備材料的結(jié)構(gòu)、形貌及性能進(jìn)行了表征。論文的主要研究工作和結(jié)果如下： (1)采用高分子網(wǎng)絡(luò)凝膠法進(jìn)行TiO2/ZnFe2O4納米復(fù)合材料的制備研究,考察了摻雜ZnFe2O4和不同焙燒方式對(duì)TiO2平均粒徑、晶型及其光催化性能的影響。結(jié)果表明,摻雜的ZnFe2O4納米晶高度分散、均勻地分布在Ti02表面,抑制了晶粒的長(zhǎng)大,促進(jìn)了Ti02向穩(wěn)定的金紅石相轉(zhuǎn)變,馬弗爐焙燒時(shí)的相轉(zhuǎn)變溫度為450℃,高溫球磨焙燒時(shí)的相轉(zhuǎn)變溫度為400℃;ZnFe2O4摻雜量為2%的TiO2/ZnFe2O4粉體在可見(jiàn)光范圍內(nèi)具有最佳的次甲基蘭降解效果,降解率達(dá)到100%,ZnFe2O4的摻雜擴(kuò)展了TiO2的光譜響應(yīng)范圍；同是太陽(yáng)光照下降解次甲基蘭,馬弗爐焙燒制備的TiO2/ZnFe2O4納米粉降解率達(dá)100%需3h,而球磨機(jī)焙燒制備的Ti02/ZnFe2O4納米粉僅需1小時(shí)。可見(jiàn)高溫球磨法很大程度上促進(jìn)了粉體的細(xì)化和分散,提高了粉體的光催化活性。 (2)高溫球磨法制備納米BaTiO3粉體的合適工藝條件為：以碳酸鋇和偏鈦酸為原料,球料比30：1,700℃球磨3h。此條件下制備了粒度分布范圍窄、分散性好、平均粒徑32nm的球形納米BaTiO3粉體。而BaCO3和TiO2混合,經(jīng)常規(guī)高溫焙燒,1150℃尚未得到單一的BaTiO3粉體；900℃焙燒草酸氧鈦鋇和700℃球磨法均可得到晶型完整的納米BaTiO3粉體,兩種方法制備的粉體均為球形,平均粒徑大小相近,但高溫球磨法省去了制備前驅(qū)體草酸氧鈦鋇的工序,在更低的焙燒溫度下制備了分散性更好的納米BaTiO3粉體；采用相同原料,高溫固相法制備納米BaTiO3粉體所需的溫度比高溫球磨法高出300℃,而僅采用高能球磨無(wú)法得到BaTiO3粉體,球磨和逐步升高反應(yīng)器溫度同時(shí)進(jìn)行,促進(jìn)了反應(yīng)的進(jìn)行及材料的晶型發(fā)育。 (3)化學(xué)沉淀法制備稀土摻雜發(fā)紅光材料BaMoO4:Eu3+的合適工藝條件為：以鉬酸銨、硝酸鋇和三氧化二銪為原料,Eu3+摻雜量8%,反應(yīng)溶液pH值6,反應(yīng)溫度80℃,焙燒溫度1000℃。 高溫球磨法制備稀土摻雜發(fā)紅光材料BaMoO4:Eu3+的合適工藝條件為：以碳酸鋇、鉬酸銨和硝酸銪為原料,Eu3+摻雜量15%,球料比20：1,600℃球磨4h。 化學(xué)沉淀法合適工藝條件下制備的BaMoO4:Eu3+為平均粒徑3.96μm的不規(guī)則多面體形紅色熒光粉；高溫球磨法合適工藝條件下制備的BaMoO4:Eu3+為粒度分布范圍窄、平均粒徑1.06μm、分散性好的球形紅色熒光粉,相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度較高；該熒光粉可被394nm的紫外光和465nm的可見(jiàn)光有效激發(fā),發(fā)射光譜在616nm處發(fā)光強(qiáng)度最大,是以電偶極躍遷5D0→7F2為主導(dǎo)地位的紅光發(fā)射。 (4)化學(xué)沉淀法制備稀土摻雜發(fā)紅光材料SrMoO4:Eu3+的合適工藝條件為：以鉬酸銨、硝酸鍶和三氧化二銪為原料,Eu3+摻雜量12%,反應(yīng)溶液pH值7,反應(yīng)溫度80℃,焙燒溫度800℃。 高溫球磨法制備稀土摻雜發(fā)紅光材料SrMoO4:Eu3+的合適工藝條件為：以碳酸鍶、鉬酸銨和硝酸銪為原料,Eu3+摻雜量20%,球料比20：1,600℃球磨2h。 化學(xué)沉淀法合適工藝條件下制備的SrMoO4:Eu3+為平均粒徑3.15μm的不規(guī)則多面體形紅色熒光粉；高溫球磨法合適工藝條件下制備的SrMoO4:Eu3+為粒度分布范圍窄、平均粒徑0.86μm、分散性好的球形紅色熒光粉,相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度較高；該熒光粉可被394nm的紫外光和465nm的可見(jiàn)光有效激發(fā),發(fā)射光譜在616nm處發(fā)光強(qiáng)度最大,是以電偶極躍遷5D0→7F2為主導(dǎo)地位的紅光發(fā)射。 (5)化學(xué)沉淀法制備稀土摻雜發(fā)紅光材料CaMoO4:Eu3+的合適工藝條件為：以鉬酸銨、硝酸鈣和三氧化二銪為原料,Eu3+摻雜量25%,反應(yīng)溶液pH值7,反應(yīng)溫度60℃,焙燒溫度900℃； 高溫球磨法制備稀土摻雜發(fā)紅光材料CaMoO4:Eu3+的合適工藝條件為：以碳酸鈣、鉬酸銨和硝酸銪為原料,Eu3+摻雜量33%,球料比15：1,600℃球磨2h。 化學(xué)沉淀法合適工藝條件下制備的CaMoO4:Eu3+為平均粒徑2.95gm的不規(guī)則多面體形紅色熒光粉；高溫球磨法合適工藝條件下制備的CaMoO4:Eu3+為粒度分布范圍窄、平均粒徑0.71μm、分散性好的球形紅色熒光粉,相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度較高；該熒光粉可被394nm的紫外光和465nm的可見(jiàn)光有效激發(fā),發(fā)射光譜在616nm處發(fā)光強(qiáng)度最大,是以電偶極躍遷5D0→7F2為主導(dǎo)地位的紅光發(fā)射。 (6)由于高溫球磨過(guò)程中是球磨和溫度產(chǎn)生的能量同時(shí)作用于反應(yīng)物,顯著提高了反應(yīng)體系的活化能,促進(jìn)反應(yīng)的快速進(jìn)行,實(shí)現(xiàn)了高溫機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)。因此,能在低于化學(xué)沉淀法400℃、200℃和300℃的條件下分別制備出發(fā)光性能更好的BaMoO4:Eu3+、SrMoO4:Eu3+和CaMoO4:Eu3+紅色熒光粉,Eu3+的猝滅濃度分別提高了7%、8%和8%；高溫球磨法制備紅色熒光粉的工藝簡(jiǎn)單、反應(yīng)時(shí)間短、反應(yīng)溫度低,可在提高Eu3+猝滅濃度的條件下獲得相對(duì)發(fā)光性能最強(qiáng)的紅色熒光粉。 (7) CaMoO4:Eu3+粉體的發(fā)光性能要遠(yuǎn)優(yōu)于BaMoO4:Eu3+和SrMoO4:Eu3+粉體。激活劑離子存在于晶格時(shí),由于形變力的作用,其d電子云被迫發(fā)生形變,穿過(guò)價(jià)帶,處于亞穩(wěn)基態(tài)而具有發(fā)光的能力,起決定作用的形變力大小是激活劑離子鄰近的基質(zhì)晶格中陰陽(yáng)離子共同作用的結(jié)果。Eu3+取代了Ba2+、Sr2+、Ca2+進(jìn)入基質(zhì)晶格,受到O2-和Mo6+的共同極化作用,由于離子半徑是rBa2+＞RSr2+＞REu3+＞RCa2+,而發(fā)光性正好相反,說(shuō)明基質(zhì)02-和Mo6+聯(lián)合起來(lái)產(chǎn)生的壓迫激活劑Eu3+電子云收縮的作用力要遠(yuǎn)大于誘導(dǎo)其電子云膨脹的作用力。
[Abstract]:Inorganic functional material is a new type of material with special electric , magnetic , light , sound , heat , force , chemistry and biological function . It has become a new material subject based on micro - nano - technology and micro - nano - material . ( 1 ) The preparation of TiO2 / ZnFe2O4 nano - composites was carried out by high molecular network gel method . The effects of doped ZnFe2O4 and different calcination methods on average particle size , crystal type and photocatalytic properties of TiO2 were investigated . The TiO2 / ZnFe2O4 nano - powder prepared by the roasting of the muffle furnace has the best degradation rate of 100 % , the degradation rate reaches 100 % , and the TiO2 / ZnFe2O4 nano - powder prepared by the roasting of the muffle furnace has the best degradation rate of 100 % . ( 2 ) The proper technological conditions for preparing nano - 3 powders by high - temperature ball milling were as follows : barium carbonate and metatitanic acid were used as raw materials , and the spherical nano - 3 powders with narrow particle size distribution and good dispersibility and average particle size of 32nm were prepared . ( 3 ) The proper process conditions for preparing the rare earth doped red light material BaMoO4 : Eu 3 + by the chemical precipitation method are as follows : ammonium molybdate , barium nitrate and europium sesquioxide are taken as raw materials , 3 + doping amount is 8 percent , the pH value of the reaction solution is 6 , the reaction temperature is 80 DEG C , and the roasting temperature is 1000 DEG C . The proper process conditions for preparing the rare earth doped red - emitting materials BaMoO4 : Eu 3 + by high temperature ball milling are as follows : barium carbonate , ammonium molybdate and europium nitrate are used as raw materials , the doping amount of Eu & lt ; 3 + & gt ; is 15 % , the ball material ratio is 20 : 1 , and the ball mill is ball milled for 4h at 600 DEG C . BaMoO4 : Eu & lt ; 3 + & gt ; prepared under appropriate technological conditions of chemical precipitation method is an irregular polyhedral red fluorescent powder having an average particle size of 3.96 . m u.m ; BaMoO4 : Eu & lt ; 3 + & gt ; prepared under the conditions of high temperature ball milling method is a spherical red fluorescent powder having a narrow particle size distribution range , an average particle size of 1.06 . mu.m and good dispersibility ; and the fluorescent powder can be effectively excited by ultraviolet light of 394 nm and visible light of 465 nm , and the emission spectrum is high in luminous intensity at 616nm , and is a red light emission dominated by the electric dipole transition 5D0 鈫，

本文編號(hào)：1500391