电子材料概论实验指导书(修订版)———————————————————————————————— 作者：———————————————————————————————— 日期： 2 电子材料概论实验指 导 书程抱昌 陈伟凡 编2011年318目 录溶液燃烧法合成超细三基色氧化钇铕红色荧光粉 1改进草酸沉淀法制备钛酸钡超细粉体 4固相法制备永磁材料 4傅里叶变换红外光谱法测定硅中杂质氧的含量 9染料敏化太阳电池的制作 16溶液燃烧法合成超细三基色氧化钇铕红色荧光粉一、实验目的及要求1 通过实验熟悉溶液燃烧法制备超细/纳米材料的基本原理、工艺流程和实验室操作过程；2 通过实验了解所制备具体材料的基本结构、性能及制备方法现状；3 结合分析、测试手段，研究具体工艺环节对具体材料结构、性能的影响二、实验基本原理溶液燃烧合成(Solution Combustion Synthesis, SCS)是低温燃烧合成（Low-temperature Combustion Synthesis, LCS）的一种类型，相对于自蔓延高温合成(Self-propagating High-temperature Synthesis, SHS)而提出的一种新型材料制备技术，其主要过程是将可溶性金属盐(主要是硝酸盐)与燃料(如尿素、柠檬酸、氨基乙酸等)溶入水中，然后将溶液迅速加热直至溶液发生沸腾、浓缩、冒烟和起火，整个燃烧过程可在数分钟内结束。
其产物为疏松的氧化物粉体LCS初始点火温度低，且能在分子水平上混合前驱体液各组分，可合成用SHS技术难以合成的复合氧化物元纳米粉体，因此近年来得到了广泛的重视LCS技术基于氧化-还原反应原理，其中硝酸盐(硝酸根离子)为氧化剂；同时，溶液中有机燃料还充当了络合剂的作用，有效地保证了各相组元发生外爆炸式的氧化还原热反应，产生的大量热量促使产物以晶相形成，产生的大量气体使得产物存在大量的气孔，最终有利于蓬松纳米粉体的形成自1964年发现Y2O3：Eu3+是一种高效红色荧光粉以来,该发光材料经历了近47年的迅猛发展,已成为照明光源、 信息显示、光电器件等领域的支撑材料，为社会发展和技术进步发挥着日益重要的作用本试验合成的钇基复合氧化物Y2O3：Eu3+实验涉及的反应方程式如下：① Y2O3+xEu2O3+HNO3→2Y1-xEux(NO3)3 +4H2O ② 3Y1-xEux(NO3)3+5NH2CH2COOH → 3(Y1-xEux)2O3+ 16N2↑+ 10CO2↑+ 25/2H2O↑ 注：本实验原料含铕为5.4wt.%的氧化钇和氧化铕的混合物，对应x=0.0347三、主要仪器设备及实验耗材主要仪器设备烧杯若干，可调温电炉，电子分析天平，循环水式多用真空泵，布氏漏斗，烘箱，表面皿。
实验耗材氧化钇(Y2O3)，氧化铕(Eu2O3)，硝酸(HNO3)，甘氨酸(NH2CH2COOH), 滤纸四、实验步骤样品制备的流程图 Ce (NO3)3溶液Y(NO3)3溶液NH2CH2COOH反应混合液Eu2O3＋HNO3加热，引燃(Y0.9653Eu0.0347)2O3Y2O3＋HNO3① 准确称量氧化钇铕混合物1.50g和不同量的甘氨酸(0.60g, 0.81g, 0.90g) ，放入500ml的烧杯; ② 分别加入5~6 ml去离子水和10ml浓硝酸，放在电炉上加热溶解至澄清，再继续加热浓缩直至引发自蔓延燃烧反应，冷却后，用样品袋收集产物；③ 在紫外分析仪下，用不同波长的紫外线照射观察样品发光情况五、思考题1 低温燃烧合成的优缺点是什么？2 低温燃烧合成分为哪几类？3 溶液燃烧合成工艺的影响因素有哪些？六、主要参考文献[1]. 殷声 主编 燃烧合成 [M]. 北京: 冶金工业出版社, 1999[2]. 宿新泰，燕青芝，葛昌纯* 低温燃烧合成超细陶瓷微粉的最新研究 [J]. 化学进展，2005,13(7):430-436[3]. Weifan Chen*, Fengsheng Li, Jiyi Yu, et al. A facile and novel route to high surface area ceria-based nanopowders by salt-assisted solution combustion synthesis, [J]. Materials Science & Engineering B, 2006,133(1-3):151-156改进草酸沉淀法制备钛酸钡超细粉体 --草酸络合物沉淀法一、实验目的及要求1. 掌握液相共沉淀法制备过程氧化物陶瓷粉体的原理与方法2. 熟悉草酸盐沉淀法制备钛酸钡超细粉体的方法与步骤。
二、实验基本原理沉淀法在湿化学方法制备粉体材料中是一种工艺简单、成本低廉、所得粉体性能良好的方法根据沉淀方式的不同可分为:直接沉淀法、共沉淀法和均相沉淀法三种根据所用原料的不同又可分为: 硝酸沉淀法、氯化物沉淀法、醇盐沉淀法及草酸盐沉淀法等草酸盐沉淀法通常是在溶液状态下将不同化学成分的物质混合,在混合液中加入沉淀剂M2C2O4 (M= H+、NH4+、K+、Na+ ) 制备前驱体沉淀物,再将沉淀物进行干燥或煅烧,从而制得相应的粉体颗粒一般颗粒在1μm 左右时就可以生成沉淀,产生沉淀物,所生成颗粒的粒径通常取决于沉淀物的溶解度,沉淀物的溶解度越小, 颗粒粒径也越小,而颗粒粒径随溶液的过饱和度减少呈增大趋势传统的草酸盐共沉淀法是将BaCl2 、TiCl4的混合水溶液以一定的速度滴入H2C2O4溶液中,持续搅拌,同时滴加NH3·H2O 调节溶液的pH 至一定的范围反应结束后,所得产物经陈化、洗涤、过滤、干燥、煅烧得BaTiO3粉体草酸盐沉淀法的特点：与其他一些传统无机材料制备方法相比,草酸盐沉淀法具有如下优点: (1) 工艺与设备较为简单,沉淀期间可将合成和细化一道完成,有利于工业化： (2) 可以精确控制各组分的含量,使不同组分之间实现分子/ 原子水平的均匀混合; (3) 在沉淀过程中,可以通过控制沉淀条件及下一步沉淀物的煅烧制度来控制所得粉料的纯度、颗粒大小、分散性和相组成; (4) 样品煅烧温度低,性能稳定且重现性好。
三、主要实验药品及仪器 实验药品：TiCl4、草酸铵、NH3·H2O、BaCl2、去离子水实验器皿和仪器：250ml烧杯、分液漏斗、分析天平、移液管、吸量管、磁力搅拌器、真空抽滤泵，抽滤瓶，布氏漏斗，滤纸 、烘箱、马弗炉，50ml瓷坩埚四、实验步骤 配置1 M TiCl4 水溶液：250ml容量瓶配置1M的BaCl2：250ml容量瓶配置AgNO3溶液：085g AgNO3稀释至100ml去离子水，装入棕色滴瓶1. 称取7.4g草酸铵，加热溶于100ml去离子水，备用2. 首先用10ml移液管准确量取10ml的1 M TiCl4溶液放入250 ml 烧杯中，将配好的热草酸铵溶液，在搅拌条件下，加入TiCl4溶液中，然后滴加1:1的NH3·H2O，将pH调到2.5～3 ，搅拌反应10 min ，以形成TiO(C2O4)22－ 络离子；3. 用10ml移液管准确量取10ml 1M的BaCl2溶液，在充分搅拌下，加入到TiO(C2O4)22－ 溶液中，反应1 h 生成BaTiO(C2O4)2·4H2O 沉淀，反应完全后，过滤、50~60℃热水洗涤至无氯离子(用AgNO3检查) ，放入90 ℃下的烘箱干燥至16~18 h；4. 干燥好的样品，放入800℃的马弗炉中煅烧1 h, 取出，冷却，即得超细BaTiO3 粉体；5. 用激光粒度仪测定样品的粒度，分析粒度及其分布数据。
五、实验思考题 1、草酸络合物沉淀法与传统草酸沉淀法相比有哪些不同?2、哪些因素对合成的BaTiO3粉体的尺寸有影响？六、主要参考书 徐如人，庞文琴 主编. [M]无机合成化学 北京: 高等教育出版社, 1991 ．固相法制备永磁材料一、实验目的 1. 通过实验熟悉固相法制备材料的工艺流程和实验室操作过程；2. 加深对永磁铁氧体材料结构、性能的了解；3. 结合分析、测试手段，研究具体工艺环节对具体材料结构、性能的影响二、实验原理及方法 磁性是物质的基本属性，也是磁性功能材料的物理基础作为亚铁磁性氧化物中的一大家族，MFe12O19(M=Ba，Sr，Pb)结构铁氧体具有价廉、高电阻和低损耗的优点，同时兼具多种优异的磁学性能因此，它们不仅被用作传统的永磁材料，而且在无线电电子学、自动控制、计算机、高密度信息磁记录介质、激光调制以及微波、磁光器件和高频设备中也得到广泛应用1. M型晶体结构M型晶体结构（110）面的剖视图1) 六角铁氧体中,Ba2+(Sr2+,Pr2+)取代O2-构成晶体骨架,其它金属离子(3d)占据O2-(Ba2+)构成的空位;2) 含有Ba2+的氧离子层和相邻的氧离子层构成ABAB……六角密堆积结构? R块;3) 不含Ba2+的氧离子层和相邻氧离子层构成ABCABC面心立方密集? S块;4) 六角密集R块的C轴[0001]方向和 S块的[111]方向重叠堆垛;5) 由于R块和S块重叠,在含Ba2+的氧离子层产生了一个三角形双棱锥体------六面体；6) M型晶体结构: RSR*S*(其中R*、S* 对应R、S的反演);2. 固相法制备电子材料的工艺流程简图三、实验设备及材料1、球磨机、压样机、模具、分样筛、高温电炉。
2、BaCO3、Fe2O3、ZnO、TiO2、硬脂酸锌、聚乙烯醇(PVA)、去离子水四、实验步骤基本配方:BaFe12O19,改变(ZnO：TiO2)的添加量1) 一次球磨：按一定比例称料，采用行星式球磨机，一次球磨4小时，料：球：水＝1：2.5：1；2) 预烧：球磨料烘干后，过40目筛，按2~3℃/分钟的速度升温至大约600℃并保温大约2~3小时；3) 二次球磨：预烧料粉碎过40目筛，采用行星式球磨机，二次球磨6小时，料：球：水＝1：2.5：1；4) 造粒：二次球磨烘干料先过40目筛，掺0.10wt％PVA，采用手工造粒，然后过40目和100目的叠筛，40目和100目中间的料再加0.20wt％硬脂酸锌搅拌均匀5) 成型：用50mpa的压力成型；6) 烧结：在大约1200~1300℃温度区间进行烧结约3小时；7) 电磁参数测试及显微形貌观察、测试五、实验结果及分析完成工艺实验及电磁性能测试后，进行数据处理，并结合实验结果和显微结构观察综合分析工艺条件变化对具体材料性能影响的规律撰写实验报告，内容包括目的、原理、设备及原料、实验内容和数据处理及分析，其中后两项为重点六、思考题1. 对这种多元化合物的合成，除了这种传统的固态烧结的方法外，还有哪些方法更实用？2. 颗粒尺寸和结晶态对该材料矫顽力有何影响，如何改进？傅里叶变换红外光谱法测定硅中杂质氧的含量1、 实验目的1. 了解傅里叶变换红外光谱仪的测量原理。