六方相纳米钛酸锌粉体的制备及发光性能的研究

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发光是物体内部以某种方式吸收能量后转化为光辐射的过程。用紫外光、可见光和红外光激发发光材料而产生发光的现象称为光致发光。光致发光是发光现象中研究最多,也是应用最广的一个领域。光致发光材料可以制成发光油墨、发光涂料、发光塑料、发光水泥、发光玻璃、发光陶瓷等,在建筑装饰、应急照明、防伪标志、军事制品以及轻化工制品等领域有着重要的用途。  钛酸锌(ZnTiO3)作为一种有应用潜力的光致发光材料,近年来得到了研究者的广泛关注。但目前的相关报道都是围绕立方相ZnTiO3的发光性能展开论述,没有关于六方相ZnTiO3发光性能的研究。所以本文以六方相ZnTiO3的光致发光性能为中心做了如下研究:  第一,采用溶胶-凝胶法制备出了纯六方相纳米ZnTiO3粉体,利用热重-差热分析确定了前驱体的热处理温度,通过X射线衍射仪和场发射扫描电镜分析了样品的物相结构和微观形貌,使用傅里叶红外光谱仪和荧光分光光度计对样品的红外光谱,激发光谱及发射光谱做了分析;  第二,采用溶胶-凝胶法制备了掺杂Ni2+的六方相ZnTiO3粉体,利用X射线衍射仪对其物相结构做了分析,使用荧光分光光度计测试了其发射光谱,并与纯六方相ZnTiO3的发射光谱做了对比分析;  第三,采用溶胶-凝胶法制备了纯立方相ZnTiO3粉体,利用X射线衍射仪分析了样品的物相结构,使用荧光分光光度计测试了其发射光谱,并与纯六方相ZnTiO3的发射光谱做了对比分析。  研究所得结果如下:  (1)实验以钛酸四丁酯与六水合硝酸锌为主要原料,首次选用去离子水作为溶剂在550℃的低温下制备出了纯六方相纳米ZnTiO3粉体;纯六方相ZnTiO3可以稳定存在的温度区间为550~900℃,550℃的样品粒径约为50nm。  (2)550~900℃合成的纯六方相ZnTiO3粉体的激发光谱均一致,只含有一个位于255nm的激发峰;而样品的发射光谱却包含两个发射峰,分别位于450nm和600nm左右,且随着热处理温度的升高,纯六方相ZnTiO3的发射峰强度不断增大,但发射峰位置基本没有变化;纯六方相ZnTiO3发光的原因是由于氧离子空位和锌离子空位的存在导致的。  (3)实验以钛酸四丁酯与六水合硝酸锌为主要原料,四水合乙酸镍为掺杂物质,选用去离子水为溶剂,在600℃制备出的样品主晶相均为纯六方相ZnTiO3,Ni2+的引入没有改变ZnTiO3的物相结构。  (4)掺杂量在3.0%以下的Ni2+改变了六方相ZnTiO3的发光性能,原因是Ni2+作为能量传递介质,提高了样品的发光效率;但掺杂量达到4.0%时,发生了浓度猝灭现象;Ni2+在ZnTiO3中位于原Zn2+的格点位置。  (5)实验以钛酸四丁酯与六水合硝酸锌为主要原料,无水乙醇和乙二醇作为溶剂,在600℃制备出纯立方相ZnTiO3粉体;纯立方相ZnTiO3可以稳定存在的温度区间为600~700℃。  (6)纯立方相ZnTiO3的激发光波长均为297nm;随着热处理温度的升高,立方相ZnTiO3的发射峰强度随之改变,且发射峰位置蓝移;造成六方相ZnTiO3与立方相ZnTiO3发光性能差异的原因可能是两者晶体结构的不同导致的。
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