水热法制备磷酸镧晶体的研究

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磷酸镧是稀土材料在光学方向发展的基础,作为重要的基质材料,磷酸镧的晶体形貌则是影响它的性能的一个最重要的因素,磷酸镧作为基质材料掺杂其他稀土离子作为敏化剂,晶体中的缺陷消耗了电子跃迁的能量,发光强度和量子效率受到影响,因此合成磷酸镧晶体的研究是稀土发光材料的前提。
  本文围绕水热法制备磷酸镧晶体而展开探究,制备出无规则块状、鹅卵石状和类似球状三种形态的磷酸镧形貌。从磷酸镧样品纯度和晶体形貌两个方面展开讨论,借助滴定的方法对水热温度、时间、沉淀剂用量和乙酸用量四个实验条件影响磷酸镧样品纯度进行探讨。并且在不同添加剂和温度的作用下,简单探讨不同形貌磷酸镧的形成机理。本文的主要内容如下:
  (1)本文以氧化镧和磷酸二氢钠为主要反应原料,乙酸为反应促进剂,通过水热法制备纯的磷酸镧晶体。以控制变量的方式,详细探究了水热温度、时间、磷酸二氢钠和乙酸的用量对样品纯度的影响。得到的结论如下:随着温度的升高,时间的延长,磷酸二氢根离子的二级电离和磷酸一氢根离子的三级电离增大,电离出来的磷酸根离子数量增加,为反应中磷酸镧沉淀的形成创造条件,所以增加磷酸二氢钠用量为磷酸根离子的电离提供物质基础,乙酸用来溶解原料中的氧化镧,当乙酸的用量为2.8ml时,氧化镧被溶解,且乙酸未阻碍磷酸根离子的电离,结合以上四种因素的探究,最终一步合成纯的正磷酸镧晶体。
  (2)通过在水热反应中添加甘氨酸和淀粉作为调控剂,利用甘氨酸中羧基的静电诱导作用,调节晶体的成核和生长。淀粉热溶液具有粘性,粘度一方面控制了溶液中离子的运动速度,另一方面,淀粉含有羟基官能团,羟基作为强供电基团形成电场,增大离子间的吸引力,所以利于La3+和PO43-的局部聚集,两种作用相结合,调节晶体的生长。在水热条件下升高温度至170℃,探究体系中是否存在多余的磷酸二氢钠对晶体重结晶存在影响,由于170℃的水热条件未达到磷酸镧溶解温度,但磷酸二氢钠的参与,充当了矿化剂的作用,促使了磷酸镧的溶解,达到重结晶的效果。
  (3)以上方法合成了微米级的磷酸镧晶体,在目前的稀土磷酸盐的应用中,纳米级的磷酸盐比微米级的磷酸盐的应用价值更高,所以在此基础上采用退火的方法细化颗粒,探究不同温度条件下颗粒细化的效果,以及分析晶粒的团聚程度减弱的原因,探究出800℃为最佳的细化温度,得到颗粒较均匀的球状纳米磷酸镧晶体,具有较高的应用价值。
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