钛酸盐的水热合成及形貌调控

发布时间：2020-04-07 22:13

【摘要】：材料本身的晶型、晶粒尺寸、形貌和表面态等因素决定了钛酸盐的机械力学、光电、磁力和催化等物理或化学性能。因此,为了实现钛酸盐的各种功能以及拓宽应用领域,有效而精确地控制钛酸盐的晶相组成、晶粒尺寸和形貌演变,对材料科学的发展意义深远。钛酸钙为立方晶系,是钙钛矿型结构的典型代表,基于其众多现有及潜在的应用,钛酸钙的制备和性能优化已经成为研究的热点。常用的钛酸钙的制备方法中,其中水热法可调控样品的形貌和尺寸,且化学纯度高、物相均匀。因此,本论文采用三种不同形貌的前驱体,经水热法掺杂Pr3+合成了三种不同形貌的CaTiO3:Pr3+荧光粉。研究了水热温度、水热时间,NaOH浓度等合成条件对其组成、形貌以及发光性能的影响。样品采用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和荧光光谱仪等进行表征。结果表明:(1)以二氧化钛水合物纳米线为前驱体经水热法制备了 CaTiO3:Pr3+红色荧光粉。当水热温度为200 ℃,水热时间为6 h时,制备得到的空心立方体状CaTi03不仅纯度高,而且具有优良的空心立方体形貌,粒径约为1 μm～1.5 μm。改变NaOH浓度,确定了最佳NaOH浓度为2 mol/L。从SEM图中推测出空心立方体的产生是因为纳米线的定向排列生长以及奥斯瓦尔德成熟效应。此外,荧光测试结果表明空心立方体状CaTiO3:Pr3+荧光粉发光性能良好。(2)以微米球为前驱体经水热法制备了 CaTiO3:Pr3+红色荧光粉。当水热温度为200 ℃,水热时间为1 h时,得到层状CaTiO3不仅纯度高,而且呈现均匀、完整的层状形貌。晶体的表面有孔是因为伴随着微米球溶解和再沉淀的过程中有机物分解产生气泡。此外,荧光测试结果表明该产物最强激发峰的位置位于330 nm处,最强发射峰的位置位于612 nm处。(3)以K2Ti4O9晶须为前驱体经水热法制备了 CaTiO3:Pr3+红色荧光粉。当水热温度为180 ℃,水热时间为16 h时,得到的立方体CaTiO3不仅纯度高,而且分散性好。在制备的过程中,需要严格控制水热条件,水热的温度过高或者水热的时间过长都会导致晶体的团聚。此外,荧光测试结果表明该产物最强激发峰的位置位于330 nm处,最强发射峰的位置位于612 nm处。(4)对比了三种不同形貌的前驱体经水热合成的三种不同形貌的CaTiO3:Pr3+荧光粉的形貌和发光强度。结果显示,以微米球为前驱体制备出来的层状CaTiO3:Pr3+荧光粉发光最强,但是以四钛酸钾晶须为前驱体制备出来的立方体CaTiO3:Pr3+荧光粉余辉寿命最长。
【图文】：

示意图,晶体结构,惰性组分,钙钛矿

Ｐｂ２＋等）；Ｂ位元素与氧离子形成Ｂ０６八面体，Ｂ离子具有６个氧配位，由６逡逑个氧离子占有形成八面体的中央，一般为半径小的过渡金属离子（Ｔｉ４＋、Ｆｅ３＋等）。逡逑其中ＣａＴｉ０３是典型的钙钛矿氧化物，其晶体结构示意图如图１－１所示：逡逑１逡逑

前驱体,纳米线

２．２结果与讨论逡逑２．２．１以Ｔｉ０２为原料制备纳米线前驱体逡逑如图２－１所示，以Ｔｉ０２为原料，在强碱的条件下，，设置水热的温度为２４０邋°Ｃ逡逑反应２４邋ｈ，最终得到纳米线前驱体。即Ｔｉ０２纳米颗粒强碱性条件下首先发生溶逡逑解，随后高温高压反应一段时间，最终导致晶体重新沉淀为纳米线。由图可知，逡逑其直径约为８０￣１２０ｎｍ，以左图中红色圆圈所示区域做高分辨图像（如右图），逡逑经分析晶格间距为２．９９４邋ｎｍ，对应于锐钛矿Ｔｉ０２丨１１０丨晶面。逡逑ｒ＇：＿逡逑图２－１前驱体的ＴＥＭ图（ａ）和ＨＲＴＥＭ图（ｂ）逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋ＴＥＭ邋（ａ）邋ａｎｄ邋ＨＲＴＥＭ邋（ｂ）邋ｄｉａｇｒａｍｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ逡逑１２逡逑
【学位授予单位】：湖南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ132.32

【参考文献】