稀土掺杂下转换材料的制备与性能研究

摘要

稀土元素具有优异的光学性能，通过稀土掺杂实现光谱转换的技术在LED照明、荧光成像、转光农膜等方面都已经有了比较完善的研究和系统的应用。本研究选择六水硝酸钕(Nd(NO3)3·6H2O)和六次甲基四胺(C6H12N4)为原材料，基于正交试验设计方法，制备稀土掺杂下转换材料。利用化学滴定法进行成分推断，运用傅立叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪和热重-差热联用分析仪对该下转换材料进行表征与分析，旨在实现 Ba(NO3)2/Mg/虫胶/稀土掺杂下转换材料烟火药的燃烧光谱由可见向近红外区域的转移。结果表明，稀土掺杂下转换材料的最佳制备工艺为：30℃水浴条件下，六水硝酸钕与六次甲基四胺按1:2物质的量比投料，反应时间80min，搅拌速度260r/min，产率达75.54％。基于化学分析结果、电荷守恒定律和质量守恒定律，推出稀土掺杂下转换材料中 Nd3+、六次甲基四胺、硝酸根、氢氧根和水分子的百分含量分别为22.33%、42.64%、19.04%、2.71%和13.27%，其物质的量之比约为1:2:2:1:5，得出稀土掺杂下转换材料的化学式可能为：Nd(C6H12N4)2·(NO3-)2·(OH-)·5H2O。傅立叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪和热重-差热联用分析仪的测试结果进一步证明合成的物质为Nd(C6H12N4)2·(NO3-)2·(OH-)·5H2O，而不是六水硝酸钕与六次甲基四胺的简单混合物。对不同配方不同氧平衡的烟火药350nm～1050nm燃烧辐射强度测试表明，0氧平衡下， Ba(NO3)2/Mg/虫胶/10%稀土掺杂下转换材料烟火药较Ba(NO3)2/Mg/虫胶烟火药在760nm～1050nm波段内辐射能量提高最多为71.82%。对0氧平衡，稀土掺杂下转换材料分别为5%、10%、15%的烟火药在500nm～900nm的燃烧光谱测试表明，Ba(NO3)2/Mg/虫胶/10%稀土掺杂下转换材料烟火药在760nm～900nm内辐射能量占总辐射能量百分比较 Ba(NO3)2/Mg/虫胶烟火药在760nm～900nm内辐射能量占总辐射能量百分比高14.35%。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本论文的研究内容

第2章 烟火药燃烧辐射及光谱下转换理论

2.1 烟火药燃烧辐射理论

2.2 烟火药燃烧光谱下转换理论

第3章 稀土掺杂下转换材料的制备及性能表征

3.1 实验仪器及药品

3.2 稀土掺杂下转换材料制备

3.3正交设计

3.4 下转换材料各成分含量确定

3.5 稀土掺杂下转换材料性能表征

3.6本章小结

第4章 稀土掺杂下转换材料对烟火药光辐射的影响

4.1 烟火药配方设计原则

4.2 含稀土掺杂下转换材料烟火药的制备

4.3 烟火药辐射强度测试

4.4 含稀土掺杂烟火药燃烧光谱测试

4.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果

致谢