双功能转光剂Ca1XBaxF2Eu的制备及其发光性能的研究.doc

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双功能转光剂Ca1-xBaxF2:Eu的制备及其

发光性能的研究

摘要：采用共沉淀-微波法合成了一种新型的可用于农膜的双功能转光剂Ca1-XBaXF2:Eu。研究了基质配比，反应时间，掺杂比对其发光性能的影响。用X-射线衍射仪,扫描电镜,荧光测试仪分别对样品的结构、形貌和发光性能进行了研究。结果表明：Eu完全固熔于Ca1-XBaXF2中，其掺杂不会改变基质的晶体结构；Ca1-XBaXF2:Eu颗粒大小分布均匀，平均尺寸4~6μm;荧光光谱测试显示：样品具有紫外（310~410nm）和绿光(530~560nm)区两个吸收带，发射强蓝光（400~500nm）和红橙光（575~630nm），与植物的光合作用完全匹配。成功制备了转光膜，其光谱分析表明：转光膜具有都很好的吸收峰和发射峰，强度与转光剂相比只有稍微的降低。

1.引言

随着现代农业的发展，我国塑料农膜已经广泛普及，产量和消费量位居世界前列，正在从普通型向功能型转变，但是与国外发达国家和我国农业发展需求相比仍存在相当大差距。其中差距关键在于功能膜产量低、品种少，目前仅局限于长寿耐老化、防雾防流滴、透光保温等，如何改善光照条件、提高光能利用率、强化植物的光合作用，成为今后国内农膜研究与开发的重要课题。利用一定转光剂添加到聚乙烯农膜中得到转光膜，可以将阳光中紫外光和绿光转换成植物生长所需要的红或橙色光，改善作物光照条件，充分利用太阳能，减少使用农药和化肥。转光膜作为新型功能性农膜，具有调节棚内温度，气温较低时促进棚温上升，气温高时降低棚温；促进作物生长，能使农作物根系发达，光合作用加大，提早成熟；优化作物品质，能使农产品的维生素、糖分显著增加；增加产量，通过实验表明无论何种作物都能实现增产。转光膜制备关键是转光剂选择与应用，因此转光剂成为现代高科技农业的一种重要物资——第三代物理肥料(光肥)。

目前国内外转光剂的研究包括有机配位化合物转光剂和无机稀土转光剂。其中有机配位化合物，单掺杂时吸收的光比较单一，比如只吸收紫外，或只吸收绿光，双掺杂或多掺杂时，价格昂贵，用于农膜生产市场难以接受。无机转光剂，主要是以硫化物为主，不仅没有解决吸收和发生光比较单一的问题（需要进行双掺杂才能实现多光谱带吸收和发射，这样又会增大成本），而且基质材料硫化物易潮解，难以分散于高分子材料中，在强光(如太阳光)、紫外光和潮湿空气中容易变质发黑，给广泛应用带来困难

本实验的目的是通过共沉淀-微波法合成转光剂Ca1-XBaXF2:Eu，此转光剂性能稳定，不易潮解，透光率好，而且单掺杂就能够同时吸收容易导致植物病变的紫外光和植物很少吸收的绿光，发射植物光合作用所需的蓝光和红光，模拟植物的吸收光谱，让能量得到充分的利用。

2.转光剂的制备及表征

2.1蓝光转光剂的制备

按化学计量比分别称量碱土化合物、稀土氧化物及氟化物。先用HNO3溶解稀土氧化物，加入碱土化合物，配制溶液A，再配制1mol/L的NH4F溶液B，然后搅拌条件下，将溶液A滴加入溶液B

2.2样品的表征

用北京普析通用仪器公司型号为MSAL-XD2的X射线衍射仪测定样品结构。利用荷兰菲利浦电子光学有限公司型号为XL-30ESEM环境扫描电子显微镜对样品的形貌进行观察。样品的发射光谱均用日本SHIMADZU公司型号为RF-5301(PC)S的荧光光度计进行表征。所有测试均在室温下进行。

3.结果与讨论

3.1样品的结构分析

图1样品的X射线衍射图

图1样品的X射线衍射图

图1分别是CaF2:Eu和Ca1-XBaXF2:Eu的X射线衍射图。从图得知，CaF2:Eu的所有峰与JCPPS标准卡片（35-0816）相吻合，空间群是Fm-3m（225），晶胞参数a=5.463,b=5.463,c=5.463,这表明所制备的样品为立方晶体结构，Eu的掺杂不会改变CaF2的晶体结构。对比图中的虚实线可以发现，掺杂前后的XRD图基本一致，但衍射峰的位置和强度发生明显变化，可能是由于Ba离子半径大于Ca离子半径，Ba的掺杂改变CaF2的晶体结构造成的。

3.2样品的形貌特征分析

图3

图3：Ca0.6Sr0.4F2:0.1%Eu

图2：Ca0.6Sr0.4F2:0.1%Eu

图2、3分别是前驱体和样品Ca0.5Ba0.5F2:Eu的SEM对比图。由图可知，前驱体比较松散，粒径也比较小，经过微波反应之后，样品的粒径增大，但样品的分散性比较好，而且没有出现团聚现象，所以无需研磨，避免造成晶格破坏，以致不影响发光强度。样品平均粒径分别在1~3μm和4~6μm，小于转光膜所需转光剂的最大尺寸要求14μm

4.3荧光光谱分析

4.3.1样品的激发谱图

图5样品在531nm监测波长下的激发光谱图

图5样品在531nm监测波长下的