《本科论文答辩_磁光晶体TbPO4的合成与性质研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《本科论文答辩_磁光晶体TbPO4的合成与性质研究（27页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 磁光晶体TbPO4的合成及性质研究 答辩人 导师 一 二 三 研究内容 结论 选题依据 内容 CONTENTS 稀土含量较高 性能优良应用广泛 国内外晶体生长 磁光性能研究较少 晶体结构对称性高 稀土离子特殊的电子层结构 有望成为四方相具有较高费尔德常数的优质磁光晶体材料 1 多晶原料的合成与表征 2 TbPO4多晶粉体性能表征 3 TbPO4晶体生长的水热法探索 4 TbPO4晶体生长助熔剂体系探索 研究内容 图1 1TbPO4原料粉末的DSC TGA谱 TbPO4多晶原料的合成与表征 1 1DSC TGA分析 1 2固相法合成多晶原料的XRD表征 图2 2采用固相烧结1350 20h得到
2、TbPO4白色粉末 1 3红外光谱分析 图1 4固相合成TbPO4多晶的IR图 图1 5磷酸水热合成TbPO4的IR图 1 4能谱 EDS 分析 图2 1TbPO4粉体的能谱分析表 表1 4元素含量百分比 由以上数据可知 P Tb元素的含量摩尔比接近1 1 1 5共沉淀XRD分析 图1 5共沉淀合成TbPO4粉体的XRD谱图与TbPO4标准谱图对比 0 5mol L的Tb NO3 3胶体10ml 加入1ml浓磷酸 加入氨水 洗涤 烘干沉淀 放入刚玉锅 马弗炉1000 煅烧5h 共沉淀步骤 优点 产物的晶相较好 操作简单缺点 反应温度较高 优点 反应温度较低 产物颗粒小 均匀性好纯度较高缺点 不
3、易大量合成 操作比较复杂 高温固相法和液相共沉淀法都能合成TbPO4多晶原料 图1 7TGG和TbPO4多晶原料的磁化率图 表1 6多晶粉末的单位质量磁化率 24 1 6多晶原料的恒温磁化率测试 2 1漫反射分析 图2 2TbPO4粉体的UV Vis漫反射 f f跃迁 489nm4f 5d跃迁 2 TbPO4多晶粉体性能表征 2 2粉体的变温磁化率 图2 3TbPO4多晶粉体磁化率与温度的关系曲线 居里 外斯定律 CurieWeiss 经计算 铽的原子磁距 j为9 76 b 12 9K 居里外斯温度 反铁磁性转变为顺磁性 3 1简介 3 TbPO4晶体生长的水热法探索 水热法又称热液法 晶体的
4、热液生长是在高温高压过饱和溶液中进行结晶的方法 矿化剂 为提高组分在水中的溶解度 常加入易溶于水的酸 碱或其它能与难溶组分形成络合物的可熔性物质 这些物质就是所谓矿化剂 3 2水热法实验步骤 实验采用Tb NO3 3作为TbPO4中铽的原料 分别用柠檬酸 磷酸 冰醋酸溶液作为矿化剂 反应容器为25ml带聚氯乙烯内衬的不锈钢高压釜 实验的具体操作如下 将配制好的前驱物按一定的填充比加去离子水 配成混合液体 调节特定的pH指定值 加入高压釜中 在一定的温度和保温时间下进行水热反应 反应结束后 晶体 或粉体 经去离子水冲洗 然后烘干得到TbPO4晶体 粉体 图3 1磷酸浓度为8mol LXRD图 图
5、3 2混酸与标准XRD图对比 3 3粉体XRD表征 结论 柠檬酸 磷酸和醋酸均可以作为合成四方相的目标物质的矿化剂 磷酸作为矿化剂比较优异 图3 3不同温度磷酸XRD图 图3 4不同浓度磷酸XRD图 结论 比较好的合成条件 180 8mol L磷酸为矿化剂 100h慢降 但只得到粉末 需进一步探索 32 1292 12mol L 8mol L 4 1基本原理 4 TbPO4晶体生长的助熔剂体系探索 熔盐法是将结晶物质在高温下溶解于低熔点的熔融盐中 形成均匀的饱和溶液 然后通过降温或蒸发熔剂等方法 形成过饱和溶液析出晶体 助熔剂选择原则 助熔剂应有低粘度 低熔点 高沸点 化学稳定性高 不与反应物
6、发生反应 或只生成中间产物 对产物有较大溶解度 4 2熔盐法实验步骤 自发成核的实验步骤 将Tb4O7 4N 和NH4H2PO4 分析纯 按化学计量比研磨均匀 与助熔剂混合 放入铂金坩埚 置于熔盐炉内 缓慢升温 1100 待助熔剂完全熔化 恒温一段时间 使溶质完全溶解 10 h缓慢降温 使晶体从饱和熔体中自发成核 最后根据不同的助熔剂体系采用水或稀酸溶液煮锅 抽滤 烘干 对所得产品进行表征 4 3MoO3 Na2CO3助熔剂体系 图4 1电镜100倍下的晶体照片 图4 2Na2CO3 MoO3助熔剂体系缓冷法所得样品XRD谱图与TbPO4标准谱图比对 结论 能明显降低原料的反应温度制备出四方相
7、TbPO4粉体晶体未达到毫米级 与粉体分离 易于获得 但需进一步探究该助熔剂体系 4 4 MoO3 Na2CO3 NH4H2PO4助熔剂体系 图4 3偏光显微镜40倍下的晶体照片 图4 4MoO3 Na2CO3 NH4H2PO4助熔剂体系自发成核所得晶体XRD谱图与TbPO4标准谱图比对 结论 在该助熔剂体系下 TbPO4的相稳定 降温析出1 2mm的四方相TbPO4晶体 但随着P含量的增加 助溶剂的粘度加大 析出晶体量有一定程度的增加 1 采用高温固相法和液相法都能合成TbPO4多晶原料 TbPO4多晶粉体为顺磁性物质 单位质量磁化率大于TGG 并通过测得的M T曲线计算出Tb3 的原子磁矩
8、为9 76 b 2 采用水热法生长TbPO4四方相粉体 分别以磷酸 柠檬酸和醋酸为矿化剂 调节不同的水热反应条件 得到比较好的合成条件 180 8mol L磷酸为矿化剂 100h慢降 但没有得到较大的晶体 需通过摸索新型矿化剂或改进实验条件对水热法进行进一步探索 三 结论 由于实验时间和条件的限制 目前我们所做的工作中还存在许多不足之处 针对实验中遇到的问题 今后将开展以下工作 1 改进水热条件 如反应温度 pH 反应时间等 摸索新的矿化剂 改变反应釜内胆 实现晶体生长 2 优化助熔剂体系及尝试新型助熔剂体系 研究TbPO4在MoO3 Na2CO3 NH4H2PO4助熔剂体系中的自发成核习性
9、有待进一步开展的工作 3 采用熔盐法生长晶体 以MoO3 Na2CO3作复合助熔剂能明显降低原料的反应温度 但采用自发成核法析出的晶体尺寸较小 为0 1mm 0 1mm 1mm的四方相TbPO4单晶 以MoO3 Na2CO3 NH4H2PO4作复合助熔剂 析出1 2mm四方相的TbPO4晶体 随着P含量的增加 析出晶体量有一定程度的增加 但助熔剂的粘度也逐渐加大 因此 对于TbPO4在助熔剂体系中的自发成核习性 还需进行大量研究 由于实验时间和条件的限制 目前我们所做的工作中还存在许多不足之处 针对实验中遇到的问题 今后将开展以下工作 1 改进水热条件 如反应温度 pH 反应时间等 摸索新的矿
10、化剂 改变反应釜内胆 实现晶体生长 2 优化助熔剂体系及尝试新型助熔剂体系 研究TbPO4在助熔剂体系中的自发成核习性 有待进一步开展的工作 致谢 在导师教授的大力支持和悉心指导下 本论文顺利完成 老师渊博的学识 严谨的治学态度以及忘我的工作精神给我留下了深刻的印象 承蒙他在学术上的指导和生活上的关心 使我受益匪浅 在此 谨向我的导师表示最衷心的感谢和最崇高的敬意 感谢老师在实验过程中给予我的细心指导和无私帮助 同时感谢师兄 师姐和师兄在我毕业论文期间给与我的极大帮助 还要感谢师兄等晶体组的各位师兄师姐在实验过程中的热心帮助 在此一并表示诚挚的谢意 最后 感谢福州大学在这四年里对我的培养 也感谢所有教过我 帮助过我的老师 还有我亲爱的同学们 谢谢 知识回顾KnowledgeReview
