功能纳米粉体的新型超声喷雾法制备技术研究

论文摘要

本文用超声喷雾技术进行了常温常压下制备HAP（羟基磷灰石）纳米粉体和稀土离子掺杂的YAG（钇铝石榴石）纳米荧光粉的研究和探索,研究了化学反应时间与烧结温度对HAP的结晶度和颗粒均匀性的影响规律,并探讨了在制备工艺过程中添加不同表面活性剂对制备的HAP纳米粉体的分散性能、颗粒大小、均匀性及形貌等的影响情况;详细地研究了稀土离子掺杂的YAG纳米荧光粉的结构、物相组成、颗粒形貌以及不同掺杂浓度纳米荧光粉的发射光谱和激发光谱。主要成果和进展如下:（1）在常温常压下,以Ca（NO3）2·4H2O和（NH4）2HPO4为原料制备了HAP纳米粉体,获得了颗粒度为3040 nm的均匀HAP粉体。研究了化学反应时间与烧结温度对HAP的结晶度和颗粒均匀性的影响规律。与传统的超声化学法和化学沉淀法制得的HAP粉体样品比较,发现此法可以在较短的反应时间内制备出纳米HAP,显著提高HAP的合成效率、结晶度,且获得的颗粒度相对均匀。（2）探讨了在超声喷雾法制备工艺过程中添加柠檬酸、甘氨酸、葡萄糖和TX-10四种表面活性剂对制备的HAP纳米粉体的分散性能、颗粒大小、均匀性及形貌等的影响情况。表面活性剂的加入对粉体的产物相没有影响,但对制备出的纳米HAP粉体的分散效果均有一定的影响。从SEM照片看出,在本反应体系中当甘氨酸适量加入时,对纳米HAP粉体能起到很好的分散作用,有利于颗粒的细化与均匀;而等量柠檬酸的加入反而加剧了纳米HAP颗粒的团聚;葡萄糖与TX-10的加入则使颗粒度变大,并易造成局部团聚。（3）将Al（NO3）3、Y（NO3）3和Ce（NO3）3的混合溶液作为母盐溶液,以NH4HCO3与NH3·H2O的混合溶液为复合沉淀剂,应用新型的超声喷雾技术,把母盐溶液加入到复合沉淀剂中,获得的前驱体沉淀物经过一定温度煅烧,制得YAG:Ce纳米荧光粉。详细地研究了粉体的结构、物相组成、颗粒形貌以及不同掺杂浓度纳米荧光粉体的发射光谱和激发光谱。此法制得的YAG:Ce荧光粉体呈现均匀的、分散的、尺寸为5070 nm的纳米颗粒,与共沉淀法法相比,明显地改善了粉体的颗粒度与分散性。当Ce掺杂浓度达67 mol%时,荧光强度达到最大,其浓度猝灭效应明显高于共沉淀法所报道的4.8 mol%,可望实现YAG基荧光材料的高浓度掺杂与高发光效率。（4）以NH4HCO3与NH3·H2O的混合溶液为沉淀剂,用超声喷雾共沉淀法结合后续不同温度煅烧制备了纳米YAG:Eu荧光粉。对粉体的结构、物相组成、颗粒形貌以及不同铕掺杂浓度的发射光谱和激发光谱进行了研究。此法与溶胶-凝胶法和共沉淀法等技术制备的颗粒大小和均匀性相比,显示出一定的优势。同时研究还表明,烧结温度对YAG:Eu荧光粉的析晶有重要影响,随着烧结温度的升高,衍射峰逐渐变窄,衍射强度增大,有利于促进YAG相的生成。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 纳米技术及纳米材料概述
• 1.1.1 纳米技术及纳米材料
• 1.1.2 纳米材料的分类
• 1.1.3 纳米材料的特性
• 1.2 功能纳米粉体概述和研究发展趋势
• 1.2.1 羟基磷灰石概述
• 1.2.2 稀土离子掺杂的YAG 纳米荧光粉概述
• 1.2.3 ZnO 纳米粉体概述
• 1.2.4 功能纳米材料的研究发展趋势
• 1.3 纳米粉体的物理制备方法
• 1.3.1 蒸发-冷凝法
• 1.3.2 塑性形变法
• 1.3.3 机械合金化法
• 1.3.4 固体相变法
• 1.3.5 激光气相合成法
• 1.3.6 压淬法
• 1.3.7 低能团簇束沉积法
• 1.3.8 液态金属离子源法
• 1.3.9 离子溅射法
• 1.3.10 非晶晶化法
• 1.4 纳米粉体的化学制备方法
• 1.4.1 水热合成法
• 1.4.2 微乳液法
• 1.4.3 化学气相沉积法
• 1.4.4 溶胶-凝胶法
• 1.4.5 沉淀法
• 1.4.6 电化学沉积法
• 1.4.7 光化学法
• 1.4.8 燃烧合成法
• 1.5 纳米粉体的综合制备方法
• 1.5.1 辐射化学法
• 1.5.2 超声化学方法
• 1.5.3 喷雾法
• 1.5.4 超声喷雾法
• 1.6 纳米材料的表征方法
• 1.6.1 成分分析
• 1.6.2 粒度分析
• 1.6.3 形貌分析
• 1.6.4 结构分析
• 1.6.5 表面与界面分析
• 2 纳米羟基磷灰石的新型超声喷雾法制备技术研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验
• 2.2.1 原料和纳米HAP 粉体的制备
• 2.2.2 纳米HAP 粉体的分析与表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 XRD 结果分析
• 2.3.2 SEM 结果分析
• 2.4 本章小结
• 3 表面活性剂对超声喷雾法制备的纳米羟基磷灰石粉体性能的影响
• 3.1 引言
• 3.2 实验
• 3.2.1 粉体的制备
• 3.2.2 分析与表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 XRD 结果分析
• 3.3.2 SEM 结果分析
• 3.4 本章小结
• 4 超声喷雾共沉淀法合成YAG：Ce 纳米黄色荧光粉及发光性能
• 4.1 引言
• 4.2 实验
• 4.2.1 样品的制备
• 4.2.2 样品的测试
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 粉体的XRD 与SEM 分析
• 4.3.2 YAG：Ce 粉体的荧光特性
• 4.4 本章小结
• 5 超声喷雾共沉淀发制备纳米铕掺杂钇铝石榴石荧光粉
• 5.1 引言
• 5.2 试样制备与实验方法
• 5.2.1 试样制备
• 5.2.2 实验方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 粉体的XRD 图谱
• 5.3.2 粉体的SEM 照片
• 5.3.3 YAG：Eu 粉体的荧光特性
• 5.4 本章小结
• 6 致密HAP 生物陶瓷的初步制备
• 6.1 HAP 生物陶瓷概述
• 6.2 HAP 生物陶瓷的烧结技术概述
• 6.3 实验及结果
• 6.3.1 实验
• 6.3.2 实验的初步结果
• 6.4 结论
• 7 结论及展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望和对未来工作的建议
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢