ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР. КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА, ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА, МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНАТА КАЛЬЦИЯ 7
1.1. Фазовые равновесия в системе CaO-Al2O3 7
1.2. Кристаллическая структура и физико-химические свойства ромбического
алюмината кальция 8
1.3. Люминесцентные свойства моноалюмината кальция 11
1.4. Методы получения алюмината кальция 12
1.4.1. Твердофазный синтез 12
1.4.2. Метод химического осаждения 13
1.4.3. Синтез с применением метода горения 14
1.4.4. Метод Печини 15
1.4.5. Синтез с применением СВЧ излучения 16
1.4.6. Золь-гель синтез 16
ГЛАВА 2. ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА. МЕТОДИКА ПОЛУЧЕНИЯ И
ИССЛЕДОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ 18
2.1. Характеристика исходных веществ 18
2.2. Методика получения алюмината кальция золь-гель методом с использованием
различных органических компонентов 18
2.3. Методика получения люминофоров на основе алюмината кальция с
использованием различных органических компонентов 20
2.4. Термический анализ 21
2.5. Рентгенофазовый анализ 22
2.6. ИК-спектроскопия 23
2.7. Растровая электронная микроскопия и микрорентгеноспектральный анализ 24
2.8. Спектральные исследования люминесценции 25
ГЛАВА 3. ФАЗООБРАЗОВАНИЕ ПРИ ЗОЛЬ-ГЕЛЬ СИНТЕЗЕ
МОНОАЛЮМИНАТА КАЛЬЦИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАЗЛИЧНЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ КОМПОНЕНТОВ. ИССЛЕДОВАНИЕ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЛЮМИНОФОРОВ 27
3.1. Исследование фазообразования при синтезе алюмината кальция методами термического анализа и ИК - спектрометрии 27
3.2 Исследование фазообразования методом РФА 32
3.3 Исследование морфологии поверхности алюмината кальция 35
3.4. Исследование формирования структуры люминофоров 36
3.5. Исследование люминесцентных свойств 40
ВЫВОДЫ 44
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 45
Среди алюминатов щелочноземельных элементов наибольший диапазон применения имеет алюминат кальция. Его используют во вторичной металлургии, в строительной, стекольной и керамической отраслях промышленности. Кроме того, благодаря способности образовывать с ионами редкоземельных элементов высокоэффективные полифункциональные генераторы излучения - люминофоры, алюминат кальция используется в светотехнике и оптоэлектронике. Полученные люминесцентные вещества сочетают благоприятные оптические, механические, экологические и физико-химические характеристики. Классическим и самым распространенным, на сегодняшний день, методом получения алюмината кальция является твердофазный синтез. Он заключается в высокотемпературном прокаливании механически перемешанной смеси оксидов, гидроксидов или карбонатов металлов. Данный метод характеризуется простотой эксперимента, однако, из-за отсутствия возможности получения однофазного продукта и высоких энергетических затрат синтезировать алюминат кальция твердофазной технологией нерентабельно. Решение трудностей связанных с энергетическими затратами и присутствием посторонних фаз предоставляет золь-гель технология. Использование которой, позволяет достичь высокой степени гомогенизации исходных компонентов, связано с отсутствием экологически опасных процессов, высокой чистотой конечных и промежуточных продуктов на всех стадиях синтеза, возможностью варьировать условия протекания процесса.
В большей степени структура и фазовый состав вещества определяется методикой и условиями проведения синтеза, исходными компонентами и их концентрацией . Качество люминесцентных материалов напрямую зависит от фазового состава образца. Использование в качестве органических агентов предельных многофункциональных кислот обусловлено их способностью к образованию монолитного однородного геля с высокой степенью контактов компонентов, что приводит к уменьшению доли примесных фаз.
Актуальность работы заключается в исследовании золь-гель процесса формирования алюмината кальция, как матричного материала, и алюмината кальция, содержащего ионы европия, как люминесцентного материала.
Цель работы: получение алюмината кальция и люминофоров на его основе с использованием золь-гель технологии, определение влияния параметров процесса на фазовый состав, кристаллическую структуру, свойства продуктов синтеза.
Для реализации поставленной цели необходимо последующее решение следующих задач:
- получить алюминат кальция и люминесцентные материалы на его основе по золь - гель технологии, используя различные органические компоненты;
- определить основные стадии формирования алюмината кальция, используя методы термического и ИК-спектроскопического анализов;
- исследовать фазо- и структурообразование при термической обработке прекурсоров методом рентгенофазового анализа;
- определить влияние параметров синтеза на состояние поверхности
полученных образцов;
- изучить влияние параметров синтеза на люминесцентные свойства алюмината кальция, активированного ионами европия(П) и (III).
1. Получили моноалюминат кальция и люминофоры на его основе с использованием золь - гель технологии состава Сa1.хЕuхAl2О4 (х = 0,01 - 0,125).
2. Определили основные стадии формирования алюмината кальция, полученного с использованием в качестве органических компонентов лимонной, яблочной и винной кислот, методами термического, ИК-спектроскопического и рентгенофазового анализов, включающие удаление летучих компонентов (до 250°С), разложение органических комплексов с одновременным окислением (при 300 - 450°С; 450 - 520°С), образование кристаллического карбоната кальция, аморфного оксида алюминия и формирование кристаллического продукта алюмината кальция при использовании винной кислоты при 910°С; лимонной кислоты - при 900°С; яблочной - при 860°С.
3. Исследовали фазо- и структурообразование при термической обработке прекурсоров методом рентгенофазового анализа, при температуре 900°С происходит образование алюминатов состава СаА12О4 и СаА14О7, формирование ромбического и гексагонального алюминатов кальция наблюдается при 1000°с при использовании лимонной и винной кислот, в случае применения яблочной кислоты формируется моноклинный алюминат кальция.
4. Установили, что люминофоры состава Са0,95Еи0,05А12О4, синтезированные с использованием лимонной, яблочной и винной кислот, при различных способах получения прекурсора, в качестве основной фазы содержат моноклинных моноалюминат кальция. Однофазным является только образец, полученный с использованием лимонной кислоты, прекурсор которого высушен в ротационном испарителе.
5. Полученные соединения проявляют фотолюминесцентные свойства при возбуждении излучением с длиной волны 254 и 370 нм. Максимумы излучения соответствуют длине волны 421 нм и 612 нм, что свидетельствует о наличии центров свечения Eu(II) и Eu(III). Максимальной интенсивностью излучения обладает образец, полученный с использованием лимонной кислоты, прекурсор которого высушен в ротационном испарителе, состава Ca0,95Eu0,05Al2O4.
