6061铝合金壁板型材等温挤压的研究.pdf

第6卷第1期2012年3月材料研究与应用MATERIALSRESEARCHANDAPPLICATIONVol.6,No.1Mar.2012长余辉材料有着广泛的应用前景，可用于特殊指示、夜间显示、红外转换等领域．其中硅酸盐体系长余辉材料具有化学稳定性好、耐水性强、紫外辐照性稳定、余辉亮度高、余辉时间长及应用特性优异等特点．T.L.Barry[1-2]等在1968年就报道过多种硅酸盐发光材料的光谱特性，但有关硅酸盐体系长余辉性能的研究一直没有突破性的进展．近几年，国内不少学者也投入到硅酸盐发光材料的研究中[3-8]，其中肖志国等[3]较早开发了硅酸盐长余辉材料.对于进一步提高硅酸盐体系的发光性能，还需做更深入的工作．目前，对于硅酸盐长余辉发光材料的制备主要采用高温固相合成法．微波加热法是近年来一种新兴的合成方法，与传统的高温固相法相比，微波加热法具有快速高效、省电节能和污染小的特点，已成功应用于荧光材料的制备中[9-10]．本文作者利用微波加热法合成了性质稳定的Sr2MgSi2O7∶Eu2+,Dy3+蓝色长余辉发光材料，探讨了H3BO3的加入对Sr2MgSi2O7∶Eu2+,Dy3+长余辉发光粉体的相组成结构、光谱性能和余辉性能的影响．1实验部分1.1试料SrCO3、H2SiO3、4MgCO3·Mg(OH)2·5H2O、Eu2O3、Dy2O3、H3BO3和碳粉均为分析纯．1.2制备方法按Sr2MgSi2O7∶Eu2+,Dy3+化学计量比准确称取上述原料并混合均匀，取等量5份，分别加入摩尔分数5%，15%，20%，25%，30%H3BO3作助熔剂，记为1号、2号、3号、4号、5号试样．在混料过程中加入一定比例的玛瑙球和适量酒精，用球磨机球磨3h，混合均匀后置于烘箱中，在100℃烘干4h．然后将混合物料置于小的氧化铝坩埚内，压实盖严后放入另一大的坩埚内，其夹层填充碳粉，碳粉用来为反应提供还原气氛．将坩埚放入750W微波炉内加热30min，反应完毕稍冷后取出，重新研磨均匀，然后再以同样的方法加热30min，即得产物．1.3性能测试采用日本Rigaku公司D/max-rB转靶X射线衍射仪（XRDCu(Ka)，40kV,100mA）测定样品的晶体H3BO3对微波加热法合成Sr2MgSi2O7∶Eu2+,Dy3+长余辉发光材料性能的影响*齐晓霞中北大学理学院物理系，山西太原030051摘要：采用微波加热法在碳粉还原的条件下制备出发光亮度高、余辉性能较为优良的Sr2MgSi2O7∶Eu2+,Dy3+长余辉发光材料，并研究了H3BO3添加量对其相组成结构、光谱性能和余辉性能的影响．实验结果表明，添加适量的H3BO3可以改善Sr2MgSi2O7∶Eu2+,Dy3+的发光强度和余辉性质．当添加H3BO3的摩尔分数（相对于基质）为20%时，发光粉体具有最佳的发光亮度和余辉性质．关键词：长余辉；Sr2MgSi2O7∶Eu2+,Dy3+；微波加热法；H3BO3中图分类号：TQ050.4文献标识码：A收稿日期：2012-01-09*基金项目：国家自然科学基金(60776062,50730009)资助课题作者简介：齐晓霞(1980-)，女，山西定襄人，硕士，讲师.文章编号:1673-9981(2012)01-0026-03第6卷第1期1号2号3号4号5号102030405060702θ/(°)图1不同H3BO3含量的条件下合成的Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+的XRD图谱Fig.1XRDpatternsofSr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+withdifferentcontentofH3BO3图2H3BO3含量对Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+发射强度的影响（λex＝388nm）Fig.2EmissionspectraofSr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+withdifferentcontentofH3BO3(λex＝388nm)1号2号3号4号5号7006005004003002001000400450500550600波长/nm相对发光强度结构，用PerkinElmerLS-55荧光光谱仪检测样品的荧光光谱，采用PR-305长余辉荧光粉测试仪测定样品的余辉亮度和余辉时间．2实验结果与讨论2.1样品的XRD分析图1为5个试样的XRD衍射图．图1显示，这些谱线的主要衍射峰均与JCPDSNo.751736卡片相符合，没有其它杂相，说明所制得的发光材料均为Sr2MgSi2O7，属于简单四方晶系．XRD分析结果表明，在微波加热的条件下所制备的产品纯度较高，少量稀土离子和助熔剂的引入不改变主晶相的晶体结构．2.2荧光光谱图2为H3BO3含量不同的Sr2MgSi2O7∶Eu2+,Dy3+发光粉体的发射光谱图（激发波长为388nm）．由图2可知，发射峰峰值在463nm处．与王晓欣[6]报道的Sr2MgSi2O7∶Eu2+,Dy3+发射峰峰值在469nm处的结论基本一致，峰值略向短波移动．由图2发射光谱的特征可知，该宽带发射是Eu2+的4f7(8S7/2)—4f65d跃迁引起的．从图2可看出，当H3BO3的摩尔分数小于20%时，随着H3BO3摩尔分数的增大，所制得的发光粉体的发光亮度逐渐增强；当H3BO3的摩尔分数大于20%时，随着H3BO3摩尔分数的增大，所制得的发光粉体的发光亮度逐渐下降．因此，当H3BO3的摩尔分数为20%时，Sr2MgSi2O7∶Eu2+,Dy3+发光粉体的发光亮度最强．2.3余辉光强衰减曲线将Sr2MgSi2O7∶Eu2+,Dy3+发光粉体在照度为1000Lx的条件下激发15min．激发停止后，测试余辉衰减性，得到图3所示的余辉光强衰减曲线．从图3可看出，Sr2MgSi2O7∶Eu2+,Dy3+发光粉体的发光亮度开始时快速衰减，但随着时间的延长，衰减越来越慢．由于受测试仪器的灵敏度和精度的限制，慢速衰减过程只测试到1h．实际上在黑暗环境中经过10h之后，仍然可以用人眼观察（人眼能辨别的亮度为0.32mcd/m2）到Sr2MgSi2O7∶Eu2+,Dy3+发光粉体的余辉发光．从长余辉材料的应用方面考虑，一般要求材料有较高的余辉初始亮度，又有长的余辉时间．由图3可知，当H3BO3摩尔分数小于20%时，随H3BO3摩尔分数增加，初始发光强度和余辉亮度增强，余辉衰减程度减弱．当H3BO3的摩尔分数大于20%时，随着H3BO3摩尔分数的增加，初始发光强度下降，余辉亮度有所回落．当H3BO3的摩尔分数为20%时，Sr2Mg-Si2O7∶Eu2+,Dy3+发光粉体具有较高的初始发光亮度和较长的余辉时间．实验结果表明，H3BO3含量过多或过少都不利于发光材料余辉性能的提高，只有添加适量H3BO3才能合成出高效长余辉发光材料．2.4H3BO3的添加对发光材料影响的分析当H3BO3含量较低时，合成发光材料往往需要较高的合成温度，这不利于合成反应的进行．当添加适量的H3BO3时，有利于反应进行，可在熔融状态下促使基质中发光主晶相的形成与生长；同时促进稀土离子Eu2+,Dy3+进入晶格并使其分布更均匀，从而使Eu2+形成的发光中心增多、发光亮度提高，Dy3+衍射强度齐晓霞:H3BO3对微波加热法合成Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+长余辉发光材料性能的影响27材料研究与应用2012所形成的陷阱能级增多、余辉时间增长．此外，可使各固相氧化物的反应更充分，使其在较低的温度下就可以发生反应，提高了基质的结晶程度，从而提高了材料的发光强度和长余辉特性[11]．而过多的H3BO3可能会在合成反应过程中形成杂质晶体，影响基质的结晶均匀性，导致样品严重结块，从而使发光强度下降、余辉衰减加快．3结论利用微波法合成了性质稳定的Sr2MgSi2O7∶Eu2+,Dy3+蓝色长余辉发光材料，其发射峰位于463nm．助熔剂H3BO3的添加量对Sr2MgSi2O7∶Eu2+,Dy3+的发光效果有很大影响．添加适量助熔剂H3BO3，有利于增强材料的发光强度、延长余辉时间；但过量添加H3BO3反而会导致发光性能下降．本试验添加H3BO3的最佳摩尔分数（相对于基质）为20%．参考文献：[1]BARRYL．EquilibriaandEu2+luminescenceofsubsolidusphaseboundedbyBa3MgSi2O8,Sr3MgSi2O8,Ca3MgSi2O8[J]．JElectrochemSoc,1968,115(7)∶733-738．[2]BARRYL．LuminescentpropertiesofEu2+andEu2++Mn2+activatedBaMg2Si2O7[J]．JElectrochemSoc,1968,117(3)∶381-385．[3]肖志国,肖志强．硅酸盐长余辉发光材料及其制造方法．∶中国专利ZL98105078,1998-09-30．[4]LINYuanhu，ZHANGZhongtai，TANGZilong，etal．Lumi-nescentpropertiesofanewlongafterglowEu2+andDy3+ac-tivatedCa3MgSi2O8phosphor[J]．JEuropeanCeramicSoci-ty,2001,21∶683-685．[5]LINYuanhu，ZHANGZhongtai，TANGZilong，etal．Lumi-nescenceofEu2+andDy3+activatedR3MgSi2O8-based(R=Ca,Sr,Ba)phosphors[J]．JAlloysandComponds，2003，348∶76-79．[6]王晓欣，林元华，张中太．Eu,Dy共添加的Sr2MgSi2O7基长余辉发光材料[J]．硅酸盐学报，2002，30(2)∶216-219．[7]罗昔贤，段锦霞，林广旭，等．新型硅酸盐长余辉发光材料[J]．发光学报,2003,24(2)∶165-170．[8]李东平，缪春燕，刘丽芳，等．燃烧法合成新型蓝色硅酸盐长余辉材料及其发光性能的研究[J]．稀有金属,2004,28(4)∶662-665．[9]UEMATSUK，TODAK，SATOM．Intelligentreactionsofinorganicphosphormaterialswithmicrowaveheating[J]．JChemLett，2004,33∶990-991．[10]UEMATSUK，TODAK，SATOM．PreparationofYVO4∶Eu3+phosphorusingmicrowaveheatingmethod[J]．JAl-loysCompd，2005，389∶209-214．[11]孙文周，王兵，王玉乾．H3BO3对微波等离子体法合成SrAl2O4∶Eu2+,Dy3+的影响[J]．中国稀土学报，2008，26(3)∶324-330．图3不同H3BO3含量的Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+发光粉体余辉光强衰减曲线Fig.3DecaycurvesofSr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+withdifferentcontentofH3BO3发光强度/(mcd·m-2)余辉时间/s7006005004003002001000050010001500200025003000350040003号2号5号1号4号EffectofH3BO3contentonSr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+longaftergrowphosphorpreparedbymicrowaveheatingmethodQIXiaoxiaDepartmentofPhysics，NorthUniversityofChina，Taiyuan030051，ChinaAbstract:TheSr2MgSi2O7:Eu2+，Dy3+luminousmaterialwithhighbrightnessandbetterluminescentperformancewassynthesizedbythemicrowaveheatingmethodinthepresenceofcarbonasreductant.TheeffectsofH3BO3additiononthephasecomposition，spectrumpropertyandluminescentperformancewerediscussed.TheresultsindicatedthatthepreparedSr2MgSi2O7:Eu2+，Dy3+wasoftheoptimalafterglowperformancewhenthemolarfrac-tionofH3BO3was20%.AndtheluminescentperformanceofSr2MgSi2O7:Eu2+，Dy3+couldbeimprovedbyadd-ingsuitablecontentofH3BO3.Keywords:longafterglow；Sr2MgSi2O7:Eu2+，Dy3+；microwave-heatingmethod；H3BO328