本科論文答辯：磁光晶體TbPO4的合成及性質(zhì)研究ppt課件

1、磁光晶體磁光晶體TbPO4TbPO4的合成及性質(zhì)研討的合成及性質(zhì)研討 爭(zhēng)辯人：導(dǎo)師：一一二二三三研討內(nèi)容研討內(nèi)容結(jié)論結(jié)論選題根據(jù)選題根據(jù)內(nèi)容內(nèi)容: :CONTENTSCONTENTS選題選題根據(jù)根據(jù)稀土含量較高稀土含量較高性能優(yōu)良性能優(yōu)良運(yùn)用廣泛運(yùn)用廣泛國(guó)內(nèi)外晶國(guó)內(nèi)外晶體生長(zhǎng)、體生長(zhǎng)、磁光性能磁光性能研討較少研討較少晶體構(gòu)造對(duì)晶體構(gòu)造對(duì)稱(chēng)性高稱(chēng)性高稀土離子特殊稀土離子特殊的電子層構(gòu)造的電子層構(gòu)造有望成為四有望成為四方相具有較方相具有較高費(fèi)爾德常高費(fèi)爾德常數(shù)的優(yōu)質(zhì)磁數(shù)的優(yōu)質(zhì)磁光晶體資料光晶體資料 一一. .選題根據(jù)選題根據(jù)1.1.多晶原料的合成與表征多晶原料的合成與表征2.TbPO42.TbPO

2、4多晶粉體性能表多晶粉體性能表征征 3.TbPO43.TbPO4晶體生長(zhǎng)的水熱法晶體生長(zhǎng)的水熱法探求探求 4.TbPO44.TbPO4晶體生長(zhǎng)助熔劑體系探晶體生長(zhǎng)助熔劑體系探求求 研討內(nèi)容研討內(nèi)容圖1-1 TbPO4原料粉末的DSC-TGA譜 TbPO4TbPO4多晶原料的合成與表征多晶原料的合成與表征 1.1 DSC-TGA 1.1 DSC-TGA分析分析020040060080010001200140016007580859095100 DSC/(mW/mg)Mass/%Temp./C-2.0-1.8-1.6-1.4-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20.00.20.40.60

3、.81.0 2103168681360 1.2 1.2 固相法合成多晶原料的固相法合成多晶原料的XRDXRD表征表征 圖2-2 采用固相燒結(jié)0-20h得到TbPO4白色粉末 1020304050607080 PDF#32-12921350C-TbPO4 1.3 1.3 紅外光譜分析紅外光譜分析 圖1-4 固相合成TbPO4多晶的IR圖 圖1-5 磷酸水熱合成TbPO4的IR圖40003500300025002000150010005000.00.30.6 wave number/cm-1103062251840003500300025002000150010005000.20.40.60.8

4、wave number/cm-110116225181.4 1.4 能譜能譜(EDS)(EDS)分析分析024681012141618?keV0100200300400500600?x?0.001?cps/eV?O?P?Tb?Tb?Tb?Tb? 圖2-1 TbPO4粉體的能譜分析表表表1-4 1-4 元素含量百分比元素含量百分比元素元素物質(zhì)量百分物質(zhì)量百分比比質(zhì)量百分比質(zhì)量百分比P P12.61%12.61%10.61%10.61%O O 74.16%74.16%32.24%32.24%Tb Tb 13.24%13.24%57.16%57.16% 由以上數(shù)據(jù)可知，由以上數(shù)據(jù)可知，P P、TbT

5、b元素的含量摩爾比接元素的含量摩爾比接近近1:11:1。 1.5 1.5 共沉淀共沉淀XRDXRD分析分析 圖1-5 共沉淀合成TbPO4粉體的XRD譜圖與TbPO4規(guī)范譜圖對(duì)比0.5mol/L0.5mol/L的的TbTbNO3NO33 3膠體膠體10ml 10ml 參與參與1ml1ml濃磷酸濃磷酸參與氨水，洗滌、參與氨水，洗滌、烘干沉淀烘干沉淀放入剛玉鍋，馬弗放入剛玉鍋，馬弗爐爐10001000煅燒煅燒5h5h共沉淀步驟：共沉淀步驟：優(yōu)點(diǎn)：產(chǎn)物的晶相較好、操作簡(jiǎn)單缺陷：反響溫度較高高溫固相法優(yōu)點(diǎn)：反響溫度較低、產(chǎn)物顆粒小、均勻性好純度較高缺陷：不易大量合成，操作比較復(fù)雜液相共沉淀法高溫固相法

6、和液相共沉淀法都能合成高溫固相法和液相共沉淀法都能合成TbPO4TbPO4多晶原料多晶原料圖1-7 TGG和TbPO4多晶原料的磁化率圖表1-6多晶粉末的單位質(zhì)量磁化率241.6 1.6 多晶原料的恒溫磁化率測(cè)試多晶原料的恒溫磁化率測(cè)試多晶粉末多晶粉末單位質(zhì)量磁化率（單位質(zhì)量磁化率（m m3 3/kg/kg）TGGTGG1.48E-41.48E-4TbPOTbPO4 42.10E-42.10E-420)-(2WBghWWm空管空管樣品 2.1 2.1 漫反射分析漫反射分析 ：圖圖2-2 TbPO42-2 TbPO4粉體的粉體的UV-Vis UV-Vis 漫反射漫反射30040050060070

7、080025303540 Reflectance/%Wavelength/nmf-ff-f躍遷躍遷489nm 489nm 4f-5d4f-5d躍遷躍遷2. TbPO42. TbPO4多晶粉體性能表征多晶粉體性能表征 2.2 2.2 粉體的變溫磁化率粉體的變溫磁化率 圖2-3 TbPO4多晶粉體磁化率與溫度的關(guān)系曲線(xiàn)0501001502002503000.00.20.40.60.81.01.21.41.61.8 Mass Susceptilibity (emug-1T-1)Temperature (K)050100150200250300-2024681012141618202224261/x

8、(gTemu-1)Temperature (K) 居里外斯定律居里外斯定律(CurieWeiss)(CurieWeiss)： 經(jīng)計(jì)算，鋱的原子磁距j為9.76b 12.9K居里外斯溫度反鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判浴?.1 3.1 簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介3. TbPO43. TbPO4晶體生長(zhǎng)的水熱法探求晶體生長(zhǎng)的水熱法探求 水熱法又稱(chēng)熱液法，晶體的熱液生長(zhǎng)是在高溫高壓過(guò)飽和溶液中進(jìn)展結(jié)晶的方法。 為提高組分在水中的溶解度，常參與易溶于水的酸、堿或其它能與難溶組分構(gòu)成絡(luò)合物的可熔性物質(zhì)，這些物質(zhì)就是所謂礦化劑。3.2 3.2 水熱法實(shí)驗(yàn)步驟水熱法實(shí)驗(yàn)步驟 實(shí)驗(yàn)采用Tb(NO3)3作為T(mén)bPO4中鋱的原料，分別用檸檬酸

9、，磷酸，冰醋酸溶液作為礦化劑。反響容器為25ml帶聚氯乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓釜。實(shí)驗(yàn)的詳細(xì)操作如下：將配制好的前驅(qū)物按一定的填充比加去離子水，配成混合液體，調(diào)理特定的pH指定值，參與高壓釜中，在一定的溫度和保溫時(shí)間下進(jìn)展水熱反響。反響終了后，晶體或粉體經(jīng)去離子水沖洗，然后烘干得到TbPO4晶體粉體。 圖3-1 磷酸濃度為8mol/LXRD圖圖3-2 混酸與規(guī)范XRD圖對(duì)比3.3 3.3 粉體粉體XRDXRD表征表征結(jié)論：檸檬酸、磷酸和醋酸均可以作為合成四方相的目的物質(zhì)的礦化劑，磷酸作為礦化劑比較優(yōu)良。 3060010002000300040005000 intstensity圖3-3 不同溫度磷

10、酸XRD圖 圖3-4 不同濃度磷酸XRD圖1020304050607080 PDF#20-1244TbPO4nH2O140C160C180C200C12mol8mol1020304050607080 Apdf結(jié)論：比較好的合成條件：結(jié)論：比較好的合成條件：180180，8mol/L8mol/L磷酸為礦磷酸為礦化劑，化劑，100h100h慢降。但只得到粉末，需進(jìn)一步探求。慢降。但只得到粉末，需進(jìn)一步探求。 #32-#32-1292129212mol/L12mol/L8mol/L8mol/L4.1 4.1 根本原理根本原理4.TbPO44.TbPO4晶體生長(zhǎng)的助熔劑體系探求晶體生長(zhǎng)的助熔劑體系探求

11、 熔鹽法是將結(jié)晶物質(zhì)在高溫下溶解于低熔點(diǎn)的熔融鹽中，構(gòu)成均勻的飽和溶液，然后經(jīng)過(guò)降溫或蒸發(fā)熔劑等方法，構(gòu)成過(guò)飽和溶液析出晶體。 助熔劑應(yīng)有低粘度，低熔點(diǎn)，高沸點(diǎn)，化學(xué)穩(wěn)定性高，不與反響物發(fā)生反響，或只生成中間產(chǎn)物，對(duì)產(chǎn)物有較大溶解度。4.2 4.2 熔鹽法實(shí)驗(yàn)步驟熔鹽法實(shí)驗(yàn)步驟 自發(fā)成核的實(shí)驗(yàn)步驟：將Tb4O7(4N)和NH4H2PO4(分析純)按化學(xué)計(jì)量比研磨均勻，與助熔劑混合，放入鉑金坩堝，置于熔鹽爐內(nèi)，緩慢升溫(1100)；待助熔劑完全熔化，恒溫一段時(shí)間，使溶質(zhì)完全溶解；10/h緩慢降溫，使晶體從飽和熔體中自發(fā)成核；最后根據(jù)不同的助熔劑體系采用水或稀酸溶液煮鍋，抽濾，烘干，對(duì)所得產(chǎn)品進(jìn)展

12、表征。4.3 MoO3-Na2CO34.3 MoO3-Na2CO3助熔劑體系助熔劑體系PDF#32-1292102030405060708005001000150020002500300035004000 IntensityNaCO3-MoO3圖圖4-14-1電鏡電鏡100100倍下的晶體照片倍下的晶體照片圖圖4-2 Na2CO3-MoO34-2 Na2CO3-MoO3助熔劑體系緩冷法助熔劑體系緩冷法所得樣品所得樣品XRDXRD譜圖與譜圖與TbPO4TbPO4規(guī)范譜圖比規(guī)范譜圖比對(duì)對(duì) 結(jié)論：能明顯降低原料的反響溫度制備出四方相TbPO4粉體晶體未到達(dá)毫米級(jí)，與粉體分別，易于獲得，但需進(jìn)一步探求

13、該助熔劑體系。4.44.4MoO3-Na2CO3-NH4H2PO4MoO3-Na2CO3-NH4H2PO4助熔劑體系助熔劑體系圖圖4-3 4-3 偏光顯微鏡偏光顯微鏡4040倍下的晶體照片倍下的晶體照片圖圖4-4 MoO3-Na2CO3-NH4H2PO44-4 MoO3-Na2CO3-NH4H2PO4助熔劑助熔劑體系自發(fā)成核所得晶體體系自發(fā)成核所得晶體XRDXRD譜圖與譜圖與TbPO4TbPO4規(guī)范譜圖比對(duì)規(guī)范譜圖比對(duì) 結(jié)論：在該助熔劑體系下，結(jié)論：在該助熔劑體系下，TbPO4TbPO4的相穩(wěn)定，降溫析出的相穩(wěn)定，降溫析出1.2mm1.2mm的四方相的四方相TbPO4TbPO4晶體。但隨著晶體

14、。但隨著P P含量的添加，助溶劑的粘度加大，析出晶體量有一定含量的添加，助溶劑的粘度加大，析出晶體量有一定程度的添加。程度的添加。 PDF#32-12921020304050607080-3000300600900 IntensityMoO3-Na2CO3- NH4H2PO42()1采用高溫固相法和液相法都能合成TbPO4多晶原料。TbPO4多晶粉體為順磁性物質(zhì)，單位質(zhì)量磁化率大于TGG；并經(jīng)過(guò)測(cè)得的M-T曲線(xiàn)計(jì)算出Tb3+的原子磁矩為9.76b 。 2采用水熱法生長(zhǎng)TbPO4四方相粉體，分別以磷酸、檸檬酸和醋酸為礦化劑，調(diào)理不同的水熱反響條件，得到比較好的合成條件：180，8mol/L磷酸為

15、礦化劑，100h慢降。但沒(méi)有得到較大的晶體，需經(jīng)過(guò)探求新型礦化劑或改良實(shí)驗(yàn)條件對(duì)水熱法進(jìn)展進(jìn)一步探求。三三. .結(jié)結(jié) 論論 由于實(shí)驗(yàn)時(shí)間和條件的限制，目前我們所做的任務(wù)中還存在許多缺乏之處，針對(duì)實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題，今后將開(kāi)展以下任務(wù)：1.改良水熱條件(如反響溫度，pH，反響時(shí)間等)、探求新的礦化劑、改動(dòng)反響釜內(nèi)膽，實(shí)現(xiàn)晶體生長(zhǎng)。 2.優(yōu)化助熔劑體系及嘗試新型助熔劑體系，研討TbPO4在MoO3-Na2CO3- NH4H2PO4助熔劑體系中的自發(fā)成核習(xí)性。有待進(jìn)一步開(kāi)展的任務(wù)：有待進(jìn)一步開(kāi)展的任務(wù)：3采用熔鹽法生長(zhǎng)晶體，以MoO3-Na2CO3作復(fù)合助熔劑能明顯降低原料的反響溫度，但采用自發(fā)成核法

16、析出的晶體尺寸較小(為0.1mm0.1mm1mm的四方相TbPO4單晶)；以MoO3-Na2CO3-NH4H2PO4作復(fù)合助熔劑，析出1.2mm四方相的TbPO4晶體。隨著P含量的添加，析出晶體量有一定程度的添加，但助熔劑的粘度也逐漸加大，因此，對(duì)于TbPO4在助熔劑體系中的自發(fā)成核習(xí)性，還需進(jìn)展大量研討。 由于實(shí)驗(yàn)時(shí)間和條件的限制，目前我們所做的任務(wù)中還存在許多缺乏之處，針對(duì)實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題，今后將開(kāi)展以下任務(wù)：1.改良水熱條件(如反響溫度，pH，反響時(shí)間等)、探求新的礦化劑、改動(dòng)反響釜內(nèi)膽，實(shí)現(xiàn)晶體生長(zhǎng)。 2.優(yōu)化助熔劑體系及嘗試新型助熔劑體系，研討TbPO4在 助熔劑體系中的自發(fā)成核習(xí)性。有待進(jìn)一步開(kāi)展的任務(wù)：有待進(jìn)一步開(kāi)展的任務(wù)：致謝致謝 在導(dǎo)師