Cr3+Sr2AlNbO6可调谐激光材料的合成与性能研究(5)

助熔剂在助熔剂-固相合成反应中起到了极其重要的作用。在高温固相合成法中,常规的助熔剂种类为碱金属、碱土金属化合物,如本实验选用的氟化锂、


助熔剂在助熔剂-固相合成反应中起到了极其重要的作用。在高温固相合成法中,常规的助熔剂种类为碱金属、碱土金属化合物,如本实验选用的氟化锂、碳酸锂等。在发光粉体材料的烧结过程中,助熔剂因为本身熔点低,从而可以帮助材料更好的进入熔融状态。助熔剂由于熔点低会比原料粉体先融化从而让粉体溶解其中,有利于原料的均匀接触,使反应更充分,最终降低最低烧成温度,有助于形成结晶度很高的粉体。同时可以使掺杂离子分布更均一,最终提高了材料的发光效率[19]。不同助熔剂可以得到不同颜色的粉体,如本实验中最终的烧成的粉体颜色有红色和绿色。正确的助熔剂种类和用量有利于粉体合成,可以降低烧成温度,促进反应物的生成;不合适的助熔剂则会导致杂相的生成,或使生成物及其坚固,不好研磨,最终影响发光性能。最佳的助熔剂应该有低于粉体原料的熔点,溶解度大,流动性佳,从而使溶质扩散较快,分散均匀。最好含有与发光材料相同的离子,以免引入杂相、并且助熔剂离子不能掺杂进入晶格之中,以免干扰材料的发光。

合适的助熔剂的使用,在保证产物纯度的前提下,有效的降低了合成温度,使产物能在较低的温度下合成。并且在合成过程中,在原料混合研磨后,先预烧结,之后再研磨一次后再反应烧结。预烧结一定程度上解决了产物容易团聚的问题,以及反应原料间混合不充分,混合不均匀,颗粒度太大的缺点。预烧结之后的粉体干燥,再次混合研磨可以防止团聚,粒度均匀。

本实验采用助熔剂-高温固相合成法制备掺杂Cr3+发光中心的Sr2AlNbO6双钙钛矿材料。首先按照摩尔反应比对应的重量精确称取所需的各个原料,精确到小数点后四位。掺杂0.1%Cr3+离子的数据为,三氧化二铬0.00097克,氧化铝0.6510克,五氧化二铌1.6989克,碳酸锶3.7742克,质量分数为3%的助熔剂为0.1837克。然后放置所有原料于玛瑙研钵中,混合均匀并充分研磨均一40min,由于样品量少在5g左右,无法使用球磨机,故使用玛瑙研钵小心地进行手工研磨。研磨好的粉体放入氧化铝坩埚中,坩埚放入900℃马弗炉中预烧结(根据炉子的功率,功耗等参数,在良好使用的前提下设定合理的升温曲线,首先从0℃升温6小时至800℃,之后维持温度保温8个小时,最后自然冷却到室温)。取出预烧结好的样品后,再研磨50min研磨均匀,接着在 1550℃的马弗炉中进行二次烧结(升温8小时至1550℃,保温12个小时,之后随炉冷却至室温)。最后将冷却下来的样品磨成细粉体,进行后续的分析测试。预烧结时,为了防止助熔剂受热挥发,预烧结前不添加助熔剂,选择在预烧结之后添加一定质量分数的助熔剂来降低最后的反应烧结温度。