微波加熱與燃燒製備電子俘獲材料的方法
2023-04-25 01:24:16
專利名稱：微波加熱與燃燒製備電子俘獲材料的方法
技術領域：
本發明是一種製備電子俘獲材料的方法，屬於光學功能材料技術領域。
背景技術：
高溫固相法是一種製備電子俘獲材料的常規技術，其中較有代表性的是一種被稱為硫化助熔法的方法，一篇刊自中國《光子學報》1995年第4期P293～295，題為「一種發紅光的電子陷獲型紅外上轉換材料的製備」的文章，以及一篇刊自中國《紅外與毫米波學報《2002年第3期P225～228，題為「電子俘獲材料CaS:Eu，Sm紅外上轉換光衰減特性的研究》的文章對此做了介紹。據此，所謂硫化助熔法就是，將配合料放入石墨舟，再將石墨舟放入石英管，之後整體移入管式電阻爐中，在700～1200℃下灼燒1～10h，反應物S兼作助熔劑，在灼燒過程中，用碳(C)提供還原氣氛，但是，這裡的碳只用做還原劑，因此，對其應做良好隔離，因而也就稱此過程為間接還原。
在精細化工物料燒結技術領域中，有一項用微波加熱的燒結方法，一篇刊自中國《光譜學與光譜分析》2001年第3期P304～307，題為「微波場作用下CaS:Eu2+的快速合成及其螢光光譜特性」的文章對此做了介紹，在這一方法中，以K2C2O4·H2O為助熔劑，將盛有配合料的容器放入微波爐中，在750W功率下，加熱10～25min。
發明內容
高溫固相法存在一些問題，由於加熱方式本身的原因，即它是自外向裡依靠傳導方式由表及裡地給物料加熱，這就需要在較高的溫度下，在較長的時間內灼燒，方能完成所需化學反應，通常是在高於1000℃的溫度下灼燒2h以上，在如此高的溫度加熱如此長的時間，會導致摻雜粒子的簇集、離子對的快速形成、晶相偏離以及物料結塊等現象的發生，最終使得產物摻雜離子摻入量低、粉末粒度粗且不均勻、發光效率降低；另外，還費時費電。由於需另加還原氣氛，並且，若用碳作還原劑，易汙染產品，從而降低了所製備的電子俘獲材料的純度，使得產品成品率低、光學性能下降，需要採取嚴格的隔離措施，從而增加了工藝難度，增加了設備維護工作。已知的微波加熱燒結方法尚未用於電子俘獲材料製備，並且，不能不加調整地用於電子俘獲材料製備。為了消除已知高溫固相法存在一些問題，將微波加熱燒結方法適合地應用到電子俘獲材料製備中來，我們發明了本發明之微波加熱與燃燒製備電子俘獲材料的方法。
本發明是這樣實現的，用微波加熱燒結方法製備電子俘獲材料，在配合料中均勻摻入吸波劑，硫在這一製備過程中，一部分作為輔助燃料，當加熱溫度達到輔助燃料燃點時，輔助燃料燃燒，直到加熱溫度達到配合料發生化學反應的溫度，微波功率控制在700～800W之間，整個加熱過程控制在6～15min之間。
本發明之方法與已知技術相比，由於採用微波輻照來代替傳統的熱源，在製備電子俘獲材料的過程中，即使樣品的壓緊密度較高，也不會因″自熄″而不能點燃，但是，傳統加熱方式引發的燃燒波的傳播速率則會因壓緊密度增高而大大減小。這是因為，採用微波輻照時溫度的升高是反應物質本身以及吸波劑吸收(或擴散)微波能量的結果。同時，只要微波源不斷地供給能量，反應物質溫度將很快達到輔助燃料燃點(T1)，燃燒一旦引發，放出的熱量又促使樣品溫度進一步升高達到反應溫度(T2)，反應物質吸收微波輻射的能力也同時增加，這就保證了反應溫度能夠保持在反應溫度值上。不過，這一溫度值與傳統的高溫固相法的反應溫度(T3)相比要低一些，這是因為T3實際上是爐膛溫度，它要高於反應物溫度，而在本發明之製備方法中，反應物在微波作用下而自身發熱，並非通過爐膛氣氛而被加熱。所以，本發明之製備方法加熱快、加熱效果好、加熱到反應溫度即可，節省能源。另外，本發明之製備方法在短得多的時間裡完成，這一時間不僅比高溫固相法短得多，而且比已知技術中的微波加熱燒結方法所用時間還要短很多。本發明是在空氣中製備電子俘獲材料，無需特殊的還原保護氣氛，具有快速省時、省電節能和操作簡便等優點。綜合的效果是有效地阻止雜質粒子的簇集，延緩離子對的形成，不易結塊，產物晶相純，粒度精細均勻，因而可以大大提高雜質離子的摻入量，從而發光效率大大增強。
具體實施例方式
所要製備的電子俘獲材料的通式為MS:N，Sm，其中MS為鹼土金屬硫化物(AES)，N為某種可變價的稀土金屬，Sm即為可變價的稀土元素釤。在電子俘獲材料中，MS是基質材料；N及Sm屬於摻雜，其中，N是提供儲能電子的工作物質，是電子俘獲材料的發光中心；Sm則是俘獲電子的陷阱，是電子俘獲材料的俘獲中心。選用鹼土金屬碳酸鹽和硫做為反應物，生成鹼土金屬硫化物，這裡的硫同時還作為還原劑，完成充當N的稀土離子由高價向低價的還原。另外，硫還作為輔助燃料，所以，硫的實際加入量比按照化學劑量比確定的量多100％～200％。製備電子俘獲材料的配合料按以下配方配製(wt％)
確定一個具體配方，其中確定M為Ca，N為Eu，吸波劑採用NH4HCO3，助熔劑採用LiF，所用原料及其配比(wt％)為
CaCO3純度為分析純(A.R.)，Eu2O3、Sm2O3純度為光譜純(4N)，按照化學劑量比精確稱取各原料，S在按照化學劑量比計量的基礎上外加100％。鹼土金屬碳酸鹽、稀土氧化物採用溼法(稀硝酸)配料、乾燥；然後將S粉、吸波劑和助熔劑摻入，混合均勻。將所配製的配合料放入微波爐中，將微波爐功率確定為750W，燒結10min。在這一加熱過程中，T1＝250℃，硫的燃燒值為9287KJ/Kg，T2＝900～1000℃(T3＝1100～1200℃)。關閉電源，自然冷卻到室溫，即製備出電子俘獲材料。
權利要求
1.一種微波加熱與燃燒製備電子俘獲材料的方法，在配合料中加入助熔劑，對配合料實施灼燒，其特徵在於，用微波加熱燒結方法製備電子俘獲材料，在配合料中均勻摻入吸波劑，硫在這一製備過程中，一部分作為輔助燃料，當加熱溫度達到輔助燃料燃點時，輔助燃料燃燒，直到加熱溫度達到配合料發生化學反應的溫度，微波功率控制在700～800W之間，整個加熱過程控制在6～15min之間。
2.根據權利要求1所述的微波加熱與燃燒製備電子俘獲材料的方法，其特徵在於，硫的實際加入量比按照化學劑量比確定的量多100％～200％。
3.根據權利要求1所述的微波加熱與燃燒製備電子俘獲材料的方法，其特徵在於，吸波劑選用碳酸氫銨(NH4HCO3)，其加入量為2～3％。
4.根據權利要求1所述的微波加熱與燃燒製備電子俘獲材料的方法，其特徵在於，化學反應溫度(T2)900～1000℃。
全文摘要
微波加熱與燃燒製備電子俘獲材料的方法屬於光學功能材料製備技術領域。現有的高溫固相法的主要缺點是加熱溫度高、灼燒時間長，所製備的產物因此而發光效率降低。本發明用微波加熱燒結方法製備電子俘獲材料，在配合料中均勻摻入吸波劑，硫在這一製備過程中，一部分作為輔助燃料，當加熱溫度達到輔助燃料燃點時，輔助燃料燃燒，直到加熱溫度達到配合料發生化學反應的溫度，微波功率控制在700～800W之間，整個加熱過程控制在6～15min之間。本發明之方法在根本上克服了現有技術的缺點。本發明之方法主要用來製備低成本高質量的電子俘獲材料。
文檔編號G02B1/00GK1632622SQ20041009872
公開日2005年6月29日 申請日期2004年12月15日 優先權日2004年12月15日
發明者張希豔, 柏朝暉, 米曉雲, 盧利平, 王曉春, 劉全生 申請人:長春理工大學