微波法制備鋁酸鹽長余輝材料及其性能分析

摘 要：采用微波-還原法，制備了SrAl2O4：Eu2+，Dy3+長余輝發光材料；通過傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR）和熒光光譜（PL）表征了材料的結構和發光性能；分析了微波功率和反應時間對SrAl2O4：Eu2+，Dy3+材料結構和余輝性能的影響，優化了SrAl2O4：Eu2+，Dy3+長余輝材料的余輝發光性能。

關鍵詞：長余輝；鋁酸鍶；微波法；熒光

中圖分類號：O643.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 10-0000-01

長余輝發光材料是指在光源激發下能吸收光能并將儲存能量，激發停止后，將能量以光的形式緩慢釋放出來的一種光電子功能材料。在長余輝發光材料中，以SrAl2O4：Eu2+，Dy3+為代表的堿土鋁酸鹽余輝發光材料受到了研究者的廣泛關注[1]。目前報道的鋁酸鹽余輝材料主要有敏化離子（Eu2+，Dy3+，Nd3+等）摻雜的SrAl2O4，SrAl4O7，Sr4Al14O25，CaAl2O4，BaAl2O4，MgAl2O4，Cal2Al14O33等[2]。堿土鋁酸鹽余輝發光材料的化學穩定性好、耐侯性佳、不含放射性，且余輝時間長、余輝亮度高，其發光強度和余輝時間均為傳統硫化物發光材料的10倍以上，在光存儲-顯示、信息處理、新能源、生命科學、儲能節能、高能射線探測等領域均體現出巨大的應用價值[2，3]。以其作為發光功能元，還可制備發光玻璃、發光陶瓷、發光油墨、發光薄膜、發光纖維、發光塑料，進一步拓展此類材料的應用領域。

堿土鋁酸鹽余輝材料的制備方法主要包括：高溫固相法、燃燒法、微波法、溶膠-凝膠法等[4，5]。其中，微波合成法通過極性分子相互作用，把能量直接轉換為介質熱能，能量傳遞迅速，省時高效。同時，微波輻射過程伴隨著溶劑蒸汽的產生，整個物料體系迅速膨脹、爆裂、均勻分散，變成微小的單體獨立生長，有利于提高產品顆粒的分散性。本文采用微波法作為合成方法，分析微波功率和反應時間對SrAl2O4：Eu2+，Dy3+余輝材料結構和余輝性能的影響。通過微波功率和反應時間的優化，提高SrAl2O4：Eu2+，Dy3+余輝材料的余輝性能。

一、實驗部分

按照SrAl2O4：Eu2+，Dy3+的摩爾比Eu：Dy：Sr：Al=0.01：0.02：0.97：2，分別稱取Eu（NO3）3，Dy（NO3）3，Sr（NO3）2，Al（NO3）3，以及適量尿素和硼酸，混合后置于電爐上灼燒，得到預處理粉體。將預處理粉體在研缽體中充分研磨、混合均勻，取出適量，壓片（壓力12MPa）。將片材裝入坩堝中，置于微波爐內，以活性炭作為微波吸收劑進行微波反應。反應結束后，取出片材，對其進行紅外光譜測試；在三用紫外燈（4W）下輻照3min，分析樣品的光學性能。

二、結果與討論

（一）微波功率對產物形貌及余輝的影響

微波反應過程中，在極性分子存在條件下，反應物中的極性分子在微波下作用劇烈振動摩擦，將微波能量轉換為熱能，熱量傳遞由內及外，從反應物內部向外部迅速擴散。反應過程中，微波功率是微波反應的重要影響因素。隨著微波功率的提高，反應物極性分子之間的振動摩擦加劇，熱量傳遞加快，反應速率提升。本文首先分析微波功率對產物形貌及余輝的影響，如表1所示。

從表1可見，當微波功率低于500W時，樣品為白色粉末，無明顯熒光，說明微波反應未充分進行。當微波功率高于500W時，樣品逐漸變為黃綠色，樣品具有顯著的綠色熒光，余輝時間長于30min，說明微波反應制備了具有余輝性能的鋁酸鹽熒光材料。

本文通過對樣品的紅外表征，分析不同微波功率下產物結構的變化，如圖1所示。圖1中，1450cm-1、861cm-1和782cm-1處的振動吸收譜帶分別歸屬于[BO3]的B-O-B伸縮振動和彎曲振動；1396cm-1和1261cm-1振動吸收譜帶歸屬于[BO4]四面體的伸縮振動；651cm-1的吸收帶歸屬于[AlO4]四面體的對稱伸縮振動。

從圖1可見，隨著微波功率的增大，產物在1261cm-1、1396cm-1、651cm-1波數附近的紅外振動譜帶逐漸增強，1450cm-1、861cm-1、782cm-1波數附近的紅外振動譜帶逐漸減弱。隨著微波功率的增大，[BO4]四面體、[AlO4]四面體的含量逐漸增加，而[BO3]的含量逐漸降低，說明隨著微波功率的增大，部分B3+進入鋁酸鹽基體中，形成了[BO4]四面體。結合表1的分析，可見微波功率的提高促進了反應過程中材料結構的變化，從而提高了材料的余輝發光性能。

（二）微波反應時間對產物形貌及余輝的影響

微波反應過程中，反應時間也是影響產物結構和余輝性能的重要因素。隨著微波時間的延長，反應物可充分參與反應，可提高產物純度，改善余輝性能。本文優選700W微波功率，分析反應時間對產物形貌及余輝的影響，如表2所示。

從表2可見，當微波時間≤60min時，隨著微波時間延長，產物形貌變化規律，由白色粉末逐漸轉變為黃綠色、易粉碎的疏松粉末，產物余輝時間從3min增加至30min以上。當微波時間>60min時，產物的形貌、顏色及余輝性能未發生顯著變化，說明反應進行充分。

本文通過對樣品的紅外表征，分析700W微波功率下，微波時間對產物結構變化的作用和影響，如圖2所示。圖2中，1451cm-1、857cm-1和788cm-1處的振動吸收譜帶分別歸屬于[BO3]的B-O-B伸縮振動和彎曲振動；1400cm-1和1386cm-1振動吸收譜帶歸屬于[BO4]四面體的伸縮振動；644cm-1的吸收帶歸屬于[AlO4]四面體的對稱伸縮振動。

從圖2可見，隨著微波時間的延長，產物在1451cm-1、857cm-1和788cm-1處波數附近的紅外振動譜帶逐漸減弱，1400cm-1、1386m-1、644cm-1波數附近的紅外振動譜帶逐漸增強。當反應時間>60min時，產物結構的變化不明顯。隨著微波時間的延長，產物中[BO4]四面體、[AlO4]四面體的含量逐漸增加，而[BO3]的含量逐漸降低。說明在700W微波功率下，隨著微波時間的延長，部分B3+進入鋁酸鹽基體中，形成了[BO4]四面體。結合表2的分析，可見反應時間的延長同樣促進了反應過程中材料結構的變化，材料的余輝發光性能得到提高。

三、結束語

本文采用微波法，通過微波功率和反應時間的調節，快速制備了SrAl2O4：Eu2+，Dy3+余輝發光材料。研究表明，隨著微波功率的提高、反應時間的延長，材料結構發生變化，B3+進入SrA12O4基體中，形成[BO4]四面體；材料的余輝性能顯著改善。

參考文獻：

[1]李松坤.長余輝發光材料的研究進展[J].材料導報，2014（05）：63-67.

[2]徐超.長余輝發光材料SrAl2O4：Eu2+，Dy3+光譜分析及發光機理[J].材料科學與工程學報，2013（01）：40-45.

[3]徐超.鋁酸鍶長余輝發光材料的光譜特性及陷阱濃度分析[J].材料熱處理學報，2013（05）：15-19.

[4]劉兵.稀土摻雜無機長余輝發光材料研究概況[J].材料導報，2013（S1）：178-182.

[5]張盈.新型長余輝發光材料CaAl2O4：Eu2+的制備與發光性能研究[J].人工晶體學報，2012（04）：1066-1069.

[作者簡介]俞成燁（1993-），男，本科，研究方向：光電信息材料；通訊作者：張文妍（1985-），女，講師，博士，研究方向：光電信息材料。

[基金項目]南京市科技指導項目（項目編號：No.2012ZD002），江蘇省自然科學青年基金項目（項目編號：No.BK20130095），金陵科技學院博士后科研啟動基金（項目編號：jit-b-200901）、金陵科技學院博士科研啟動基金（項目編號：jit-b-201222）、江蘇省大學生實踐創新訓練計劃（項目編號：201413573012Z、201413573053X）、金陵科技學院大學生實踐創新項目。