無機(jī)熒光粉的制備實(shí)驗(yàn)報告

.\化學(xué)化工學(xué)院材料化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)報告實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱：無機(jī)熒光粉的制備.年級: 2015級材料化學(xué) 日期：2017/10/18姓名：汪鈺博 學(xué)號：222015316210016 同組人:向澤靈感謝閱讀一、預(yù)習(xí)部分(一) 無機(jī)熒光粉簡介無機(jī)紫外熒光粉又稱紫外光致熒光顏料。這種熒光顏料是由金屬(鋅、鉻)硫化物或稀土氧化物與微量活性劑配合，經(jīng)煅燒而成。無色或淺白色，是在紫外光(200～400nm)照射下，依顏料中金屬和活化劑種類、含量的不同，而呈現(xiàn)出各種顏色的可見光(400～800nm)。按激發(fā)光源的波長不同，又可分為短波紫外線激發(fā)熒光顏料(激發(fā)波長為254nm)和長波紫外線激發(fā)熒光顏料(激發(fā)波長為365nm)本系列產(chǎn)品在可見光光源下，呈現(xiàn)白色或接近透明色，在不同波長光源下(254nm、365nm、850nm)顯現(xiàn)一種或多種熒光色澤，熒光粉包括有機(jī)、無機(jī)、余暉等特殊效果，色彩鮮艷亮麗。紫外防偽型熒光粉系列產(chǎn)品色彩種類豐富共有紅色、紫色、黃綠色、藍(lán)色、綠色、黃色、白色、藍(lán)綠色、橙色、黑色。各種顏色搭配，變化無窮，防偽熒光粉。精品文檔放心下載(二) 無機(jī)熒光粉的產(chǎn)品特性.\A.熒光色澤鮮艷，具有良好的遮蓋力(可免加不透光劑)。精品文檔放心下載B.顆粒細(xì)圓球狀，易分散，98%的直徑約1-10u。感謝閱讀C.耐熱性良好：最高承受溫度為600amp#176C，適合各種高溫加工之處理。良好耐溶劑性、抗酸、抗堿、安定性高。感謝閱讀D.沒有色移性(MIGRATION)，不會污染。E.無毒性，加熱時不會溢出福爾馬林(FORMALDEHYDE)，可用之于玩具和食品容器之著色。精品文檔放心下載F.色體不會溢出，在射出機(jī)內(nèi)換模時，可省卻清洗手續(xù)。感謝閱讀紫外線激發(fā)防偽熒光粉具有很好的耐水性和耐溫性，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，使用壽命長達(dá)幾年甚至幾十年。該材料可添加到相關(guān)的材料當(dāng)中，如：塑料、涂料、油墨、樹脂、玻璃等透明或半透明的材料中。該材料在防偽材料、導(dǎo)向標(biāo)志等領(lǐng)域中可廣泛應(yīng)用。特別適用于酒吧、迪廳、等多種娛樂場所的裝飾、工藝品彩繪等。該材料特點(diǎn)：近距離看光亮柔和，夜間遠(yuǎn)距離觀看顯得明亮醒目。在使用上可采用不同手法制作成點(diǎn)、線、面等形式。紫外光的照射下，可發(fā)出各種鮮艷的點(diǎn)、線、面的彩色光。該產(chǎn)品的另一個特點(diǎn)是：節(jié)能、環(huán)保、無毒、無害?？稍诟飨嚓P(guān)領(lǐng)域廣泛、安全地使用。精品文檔放心下載(三) Cu2+摻雜納米ZnS熒光粉的制備及其發(fā)光特性研究謝謝閱讀ZnS是一種電子過剩的本征半導(dǎo)體材料。由于它良好的熒光效應(yīng)感謝閱讀和電致發(fā)光功能(Electro—luminescence)，使其成為目前國內(nèi)外研究開感謝閱讀.\發(fā)的熱點(diǎn)。ZnS具有閃鋅礦型(立方晶型)和纖鋅礦型(六面體型)兩種結(jié)構(gòu)，常用于發(fā)光材料的ZnS為閃鋅礦型。ZnS具有禁帶能寬(3．7eV)，光傳導(dǎo)性好，在可見光及紅外范圍的分散度低等優(yōu)點(diǎn)。它可以發(fā)出黃綠兩種基色光，是傳統(tǒng)陰極射線管發(fā)光材料(Cathode—raytubeLuminescentmaterials)的重要組成部分。ZnS的這些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使之成為很多發(fā)光材料的基體，現(xiàn)階段以ZnS為基體的發(fā)光材料已廣泛應(yīng)用于多種儀器儀表中，如平板顯示器、光激發(fā)二極管、太陽能電池等。但由于純ZnS材料自身的一些局限和缺陷，阻礙了它的進(jìn)一步應(yīng)用研究。純ZnS材料的主要缺點(diǎn)有：ZnS不規(guī)則顆粒間產(chǎn)生“織交作用(Textureeffect)使ZnS發(fā)光效果降低；純ZnS自身電阻偏高，在受到激發(fā)時，可能分解生成氣體SO2；純ZnS材料所能激發(fā)的光波范圍有限。常溫下ZnS材料所能激發(fā)的最大波長約為340nm。純ZnS材料抵抗沖擊(如雨淋，風(fēng)蝕，撞擊等)的能力有待提高。感謝閱讀從上世紀(jì)90年代開始，人們在大量實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)，對ZnS顆粒采用適當(dāng)元素的摻雜活化，能使ZnS半導(dǎo)體材料具有與其處于微觀狀態(tài)或宏觀物塊時完全不同的光電性質(zhì)，在光電學(xué)領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。同時，通過摻雜處理還可增強(qiáng)其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，增大其穩(wěn)定性及抗沖擊能力，減少ZnS材料在激發(fā)態(tài)時分解生成SO2氣體的趨勢。精品文檔放心下載ZnS由于禁帶寬度較高，理論上它是一種性能優(yōu)異的絕緣體，但實(shí)際上無論是自然產(chǎn)生的ZnS晶體還是工藝制備的ZnS材料，均存謝謝閱讀.\在S元素流失的現(xiàn)象，導(dǎo)致部分Zn原子化學(xué)鍵非飽和，因此造成非摻雜情況下ZnS晶體呈n型性質(zhì)。這種情況下，有文獻(xiàn)認(rèn)為制備n-ZnS較p-ZnS顯得容易，因?yàn)樽匀粻顟B(tài)下的n型雜質(zhì)或缺陷對摻入的p型雜質(zhì)具有補(bǔ)償作用，同時p型雜質(zhì)受ZnS中固溶度的影響，因而相對而言，目前對ZnS材料的p型摻雜相對較難。精品文檔放心下載根據(jù)摻雜類型的不同，ZnS的摻雜研究可分為n型、p型、n-p型共摻幾種，其中共摻技術(shù)對p-ZnS材料的發(fā)展研究尤其值得關(guān)注。謝謝閱讀ZnS作為發(fā)光材料的摻雜：除作為半導(dǎo)體材料外，目前ZnS材料更多作為一種發(fā)光材料而被廣泛研究。ZnS的發(fā)光光譜會因摻雜物的不同而變化，如以ZnS作為基質(zhì)材料時，ZnS：Mn和ZnS：Tb可分別用于制備紅色和綠色電致發(fā)光器件；ZnS：Tm和ZnS：Cu可用于藍(lán)色發(fā)光器件的制備。因而以ZnS為基質(zhì)的發(fā)光材料的色彩目前由紅至藍(lán)可以覆蓋整個可見光范圍，采用ZnS制備的器件已經(jīng)逐步實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化。謝謝閱讀從發(fā)光機(jī)理看，摻雜ZnS材料的發(fā)光可分為兩大類：一類是屬于分立中心的發(fā)光，如以Mn和稀土元素為激活劑的ZnS；另一類是摻入的雜質(zhì)本身不發(fā)光，但可以影響基質(zhì)的發(fā)光情況。但無論是何種發(fā)光機(jī)制，ZnS的發(fā)光性能均與摻入的雜質(zhì)息息相關(guān)。根據(jù)研究與實(shí)際應(yīng)用需求，常用的雜質(zhì)可分為如下幾種。感謝閱讀摻入過渡金屬元素常見的用于摻雜的過渡離子包括Cu、Mn、Fe、Mg、Ag等，這些感謝閱讀.\元素在ZnS晶體內(nèi)部會生成具有高禁帶和高電導(dǎo)率的“發(fā)光中心（LuminescenceCenter）”，提高材料的發(fā)光性能。如Mn2+離子作為分立發(fā)光中心，產(chǎn)品的發(fā)光位置比較穩(wěn)定，一般是位于590nm附近的橙色光；ZnS：Cu納米發(fā)光材料中，Cu+離子作為復(fù)合發(fā)光中心，產(chǎn)品一般發(fā)出綠色光；ZnS：Ag產(chǎn)品發(fā)出藍(lán)色或綠色光。精品文檔放心下載摻入稀有金屬元素經(jīng)實(shí)際研究發(fā)現(xiàn)，摻雜適當(dāng)?shù)南∮性兀ㄈ鏕a、Tb、Sm等）可以改變ZnS吸收和發(fā)射的光譜范圍，使材料具有多種色彩和發(fā)射光強(qiáng)度。如將Tb摻雜的ZnS薄膜應(yīng)用于電致發(fā)光得到了很強(qiáng)的綠光，摻Tm可發(fā)藍(lán)光，摻Sm可發(fā)紅光等。謝謝閱讀多種元素共摻雜一種元素的摻雜能改善ZnS材料的性能，但效果有限，而多種元素的摻雜可以從多個方面對ZnS材料的性能進(jìn)行改善，使ZnS獲得一些新的性質(zhì)。目前共摻通常是以Cu、Ag、Au為激活劑，Cl、Br、I或Al、Ga、In為共激活劑，來制備ZnS納米顆粒復(fù)合材料，如Chen等用高溫固相法制備ZnS：Cu，Cl和ZnS：Cu，Al等獲得綠光發(fā)射，發(fā)光強(qiáng)度與Cu離子濃度有關(guān)；JeHongPark等采用Mn、Cu、Cl共摻雜的方法實(shí)現(xiàn)了白光發(fā)射；此外，楊等人研究了過渡金屬離子和稀土離子共摻的ZnS納米粒子發(fā)光情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：采用化學(xué)共沉淀法合成的Cu2+與稀土元素共摻雜的ZnS納米晶，其發(fā)射光譜既不同于Cu2+摻雜的ZnS納米晶，也不同于單一稀土元素?fù)诫s的ZnS納米晶，謝謝閱讀.\而是形成了穩(wěn)定的非常強(qiáng)烈的可見發(fā)光，激發(fā)光譜藍(lán)移，發(fā)射光譜紅移（540～550nm）。精品文檔放心下載ZnS作為一種發(fā)展前景非常看好的半導(dǎo)體材料/發(fā)光材料，要發(fā)揮其最大應(yīng)用潛力，除要制備出高質(zhì)量ZnS薄膜外，研究ZnS的摻雜技術(shù)更是其中的關(guān)鍵。現(xiàn)實(shí)中可能是受到多方面因素的影響，目前關(guān)于半導(dǎo)體材料ZnS的摻雜研究明顯較少，這對ZnS的實(shí)用化明顯不利，因而需在實(shí)驗(yàn)上加大研究力度。此外，由于摻雜過程中雜質(zhì)本身會影響ZnS薄膜本身質(zhì)量，因而在制備過程中，需充分注意摻雜帶來的這些不利影響。目前的研究進(jìn)展表明，過往對ZnS的摻雜技術(shù)較集中于雜質(zhì)種類、濃度的選擇、工藝條件優(yōu)化等，但對ZnS的理論略嫌不足。目前實(shí)驗(yàn)經(jīng)常缺乏理論的支撐，研究具有一定的盲目性，除此之外，不同工藝間的結(jié)果亦有一定的差異性，這些需要理論和實(shí)驗(yàn)相互配合方可能獲得滿意驗(yàn)證。精品文檔放心下載二、實(shí)驗(yàn)部分（一）實(shí)驗(yàn)原理1. Cu2+摻雜納米ZnS的制備所謂摻雜改性，就是向ZnS基質(zhì)中引入其它元素，在其禁帶中產(chǎn)生附加能級，從而使ZnS基質(zhì)某方面的性質(zhì)(如結(jié)構(gòu)、形態(tài)、強(qiáng)度等)由于與引入元素的相互作用而得到提高，使ZnS材料的光電性能及結(jié)構(gòu)性能得到改善。乙酸鋅與硫化鈉混合發(fā)生以下反應(yīng)：感謝閱讀Zn2S2ZnS.\在整個過程中控制反應(yīng)物的濃度即可得到納米級硫化鋅。如果在納米ZnS的沉淀過程中，加入適量的摻雜元素，使雜質(zhì)與基質(zhì)一起沉淀出來，這樣就可達(dá)到對納米ZnS進(jìn)行摻雜，這中方法成為共沉淀法，摻雜后得到樣品可表示為，ZnS:Cu精品文檔放心下載光致發(fā)光特性分析外界光源對材料進(jìn)行激勵后，將固體中電子的能量提高到“激發(fā)態(tài)”；而這些處于激發(fā)態(tài)的電子在隨后的自發(fā)向低能態(tài)躍遷時，發(fā)射光子，這種以光為激發(fā)源的發(fā)光方式成為光致發(fā)光。能夠?qū)Σ牧袭a(chǎn)生激發(fā)的光源必須滿足一定的條件，這些光的波長可以從材料的激發(fā)光譜中得到。所謂激發(fā)光譜是指材料發(fā)射某一種特定譜線或譜帶的發(fā)光強(qiáng)度隨激發(fā)光的波長而變化的曲線。當(dāng)然能夠引起材料發(fā)光的激發(fā)波長也一定是材料可以吸收的波長；但是有的材料吸收光之后不一定會發(fā)射光，就是說它可能把吸收的能量轉(zhuǎn)化為熱能而耗散掉，對發(fā)光沒有貢獻(xiàn)的吸收是不會在激發(fā)光譜上得到反映的。因此，激發(fā)光譜又不同于吸收光譜。通過激發(fā)光譜的分析可以找出，要使材料發(fā)光采用什么波長進(jìn)行光激勵最為有效。謝謝閱讀同樣，發(fā)光材料吸收光后，其能量又將以一定波長的光釋放出來，即發(fā)射一定波長的光，這些光對應(yīng)的光譜即為發(fā)射光譜。通過發(fā)生光譜的分析，可以得到材料發(fā)光的顏色以及強(qiáng)度等。發(fā)射光譜可以為材料的應(yīng)用提供必不可少的信息。謝謝閱讀吸收光譜特性分析.\發(fā)光材料只有在吸收一定的能量之后才能處于一定的激發(fā)態(tài)，當(dāng)精品文檔放心下載然也就對應(yīng)于一定波長的光。對材料而言，其吸收的光能必須大于或精品文檔放心下載等于材料的禁帶寬度。因此，通過對材料的吸收光譜的分析，即可以感謝閱讀得出材料的禁帶寬度。當(dāng)用連續(xù)變化的光照射半導(dǎo)體時，如果光子能精品文檔放心下載量處于禁帶寬度Eg附近，其吸收光譜將有一明顯的吸收邊存在。吸謝謝閱讀收極限λ（nm）與禁帶寬度Eg(eV)的關(guān)系為：感謝閱讀Ehc1240g式中h為普朗克常數(shù)6.62610－34JSc為光速3.0108m/s.感謝閱讀/通用格式/通用格式/通用格式sb/通用格式A/通用格式/通用格式/通用/格通式用/格通式用/格通式用/格通式用/格通式用/格通式用/格通式用/格通式用/格通式用/格通式用格式精品文檔放心下載nm其中，吸收極限λ可以通過對吸收光譜的吸收邊做切線得到，謝謝閱讀如圖所示。（二）實(shí)驗(yàn)步驟1. 取0.041mol硫化鈉配成50ml溶液A；取0.04mol乙酸鋅配成感謝閱讀.\50ml溶液B，同時取按摩爾比1％摻雜計的氯化銅溶入B溶液。感謝閱讀加熱100ml去離子水到60℃，把A溶液和B溶液等速滴加到去離子水中，滴完后在80℃保溫30min,整個過程充分?jǐn)嚢?。謝謝閱讀反應(yīng)結(jié)束后，室溫下陳化2h并洗滌產(chǎn)物；在105℃烘2h。感謝閱讀取樣做熒光光譜和紫外可見光譜分析分析光譜以及計算材料的能帶注意：硫化鈉與乙酸鋅采取同時滴加，保證陳化時間。三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析1、熒光光譜（1）激發(fā)光譜Ex：.\ataD

800700600500400300200220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440精品文檔放心下載nm由圖和數(shù)據(jù)可以得出最大激發(fā)波長為379.0nm，此波長處分子吸收能量最大，處于激發(fā)態(tài)分子數(shù)目最多，因而能產(chǎn)生最強(qiáng)的熒光，把激光波長固定在最大激發(fā)波長處，然后掃描發(fā)射波長，得下圖：精品文檔放心下載發(fā)射光譜Em：.\ataD

7006005004003002001000380 400 420 440 460 480 500 520 540 560 580 600謝謝閱讀nm數(shù)據(jù)與激發(fā)光譜分析:熒光光譜具有一下特性（：1）斯托克斯位移，感謝閱讀所觀察到的材料物質(zhì)的熒光光譜位于激發(fā)光譜的長波一側(cè)，及熒光光感謝閱讀譜大于激發(fā)光波長。這是由于激發(fā)態(tài)分子是經(jīng)過無輻射躍遷到第一激精品文檔放心下載發(fā)態(tài)的最低振動能層，然后再回到幾臺個振動能層而發(fā)射熒光，無輻謝謝閱讀射躍遷時損失了部分能量，因此熒光波長比激發(fā)光波長要長。此物質(zhì)謝謝閱讀在400nm處熒光強(qiáng)度最大。（2）熒光光譜的形狀與激發(fā)光波長無光，謝謝閱讀分子吸收光譜可能有幾個吸收帶，但熒光光譜只有一個發(fā)射帶。精品文檔放心下載