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1、 Southwest university of science and technology本科毕业论文水热法制备Gd3+诱导PbWO4分等级结构的形成过程及机理研究毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用
2、授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 水热法制备Gd3+诱导PbWO4分等级结构的形成过程及机理研究摘要：纳米材料的控制合成是实现材料性能调控及其应用的基础，研究其控制合成机理尤为重要。本文以Na2WO4、Pb(NO3)2和Gd(NO3)3为原料，在不同比例的乙二醇（EG）与H2O溶剂中，采用简单的液相直
3、接沉淀法合成钨酸铅(PbWO4)微晶，研究稀土阳离子Gd3+在PbWO4晶体的成核阶段对其低维有序结构的可控合成的机理。用XRD、SEM对样品的物相、微观形貌进行表征。结果表明：合成出来的最终样品均为纯的四方相钨酸铅微晶，且随着Gd3+掺入量的增加，（112）面和（200）面等衍射峰均向高角度方向漂移，这说明了Gd3+可能进入了PbWO4晶格并取代了Pb2+的位置，同时不同Gd3+掺入量对应的产物的SEM形貌有明显的差异，该结果表明Gd3+在PbWO4纳米晶体成核阶段可以对其进行微观结构及形貌（显微结构）的控制。此外，随着乙二醇比率的增加晶体沿纵轴方向的生长受到阻碍，乙二醇可能是在成核初期选择
4、性的吸附在晶体某些表面控制其生长，从而达到对形貌的控制。关键词：纳米材料； PbWO4晶体； Gd3+离子； 可制合成； 形貌Water hot legal system for the grade structure pbwo4 Gd3+ induce the formation of the research process and mechanismsAbstract: Controlled-synthesis of nanostructure materials is the basis of the modification of their properties and appli
5、cation. Especially, it is very important to explore the mechanism of controlled-synthesis. In this thesis, Gd3+-doped PbWO4 microcrystals were prepared by a facile liquid-phase precipitating method in the mixed-solvent system of ethylene glycol (EG)/H2O with different volume ratio, using Na2WO4, Pb(
6、NO3)2 and Gd(NO3)3 as raw materials, and the probable mechanism for the formation of Gd 3+-doped PbWO4 low-dimensional ordered-structure in the nucleation process under the inducement of Gd 3+ ions was roughly explored. X-ray diffraction (XRD) results revealed that all of Gd 3+-doped PbWO4 was pure
7、tetragonal lead tungstate and the reflection peak of (112) shifted obviously toward higher angle with increasing the Gd 3+ doping concentration, indicating that the Gd 3+ ions were likely to enter PbWO4 crystal lattice to substitute Pb2+ sites. Moreover, scanning electron microscopy (SEM) images sho
8、wed that the morphology of Gd 3+-doped PbWO4 microcrystals remarkably varied with the concentration of Gd 3+. These above-mentioned phenomena suggested that in the nucleation stage of PbWO4 nanocrystals, Gd 3+ions could modify not only the microscopic structure (such as defects) but also the morphol
9、ogy. Furthermore, it was found that the ratio of EG/H2O in the mixed solvent had obviously influence to the morphology of Gd 3+-doped PbWO4 microcrystals, which could be possibly explained that in the nucleation stage of Y-doped PbWO4 nanocrystals, EG was selectively adsorbed on some certain crystal
10、lographic planes to control the growth direction.Keywords：Nanomaterials， PbWO4 crystals， Gd3+ ions， Controlled-synthesis， Morphology目 录摘 要.Abstract.第1章 绪 论. 6前言.71.1PbWO4单晶研究进展181.1.1PbWO4的晶体结构181.1.2 掺杂PbWO4晶体的研究现状181.2 钨酸盐材料的表征手段和常用计算公式181.2.1 物相表征和形态分析181.2.2 成分分析181.2.3 性质分析181.2.4 常用的计算公式181.3
11、溶剂(水)热法制备PbWO4及其它钨酸盐微晶的研究进展181.4 本论文的选题背景与主要研究内容18第2章 实验过程182.1 实验药品及仪器182.2 实验方法182.3 实验流程182.4 本实验4个体系的PbWO4样品的制备192.5 对样品的结构及表面形貌的表征18第3章 结果与讨论183.1 不同Gd3+参杂浓度下所制样品的表征213.1.1 0%EG/H2O体系下不同Gd3+-PbWO4的表征2.1.2 30%EG/H2O体系下不同Gd3+-PbWO4的表征3.1.3 50%EG/H2O体系下不同Gd3+-PbWO4的表征3.1.4 70%EG/H2O体系下不同Gd3+-PbWO4
12、的表征3.2 不同乙二醇浓度下所制样品的表征233.2.1 5%Gd3+：PbWO4时不同浓度乙二醇的表征263.2.2 15%Gd3+：PbWO4时不同浓度乙二醇的表征28结 论18致 谢18参考文献18第1章 绪 论前 言大量文献报道掺杂可以明显改善PbWO4晶体的光产额、发光响应时间、抗辐射强度等光学性能1-5。然而，目前对PbWO4掺杂的工作主要集中在体相材料方面，而在微米和纳米尺度上对PbWO4晶体掺杂工作的研究甚少。黄彦林等采用固相反应法制备了掺B(III)的PbWO4粉体，得到的产品均为四方相，并表明随着B掺杂量的增加，产品在同一波长光源的激发下，荧光峰强度逐渐增加，峰位逐渐红移
13、。他们认为，掺杂后大部分B3+进入PbWO4晶格并取代了W的位置，并引入了VPb，另一小部分B3+还很可能以间隙离子的形式存在于PbWO4晶格中。然而，他们并未给出产品的形貌和粒径。耿军等人以P123为分散剂，采用超声化学法，制备了树枝状、纺锤状和球形的PbWO4和掺Sb(III)的PbWO4纳米结构。他们认为Sb(III)的掺杂并不能改变其形貌，却能够比较明显地改变产品的发光性能：少量的掺杂(0.1%)能明显地增强PbWO4纳米晶的绿光发光，而稍大的掺杂量(1.0%)确使PbWO4纳米晶的整体发光强度都有所衰减。对此，他们只将其归结为产品微观结构的改变，并未做进一步的讨论。可见，目前对掺杂P
14、bWO4微晶和纳米晶的研究可以说是刚刚起步，而且掺杂对其微观结构、形貌以及光学性能的影响研究得都不深入。在本论文中，我们拟采用水热合成法制备钆离子掺杂的PbWO4微晶，并表征了其微观结构及形貌。与他人的工作相比较，我们的方法更加简单易行，便于扩大生产。1.1 PbWO4单晶研究进展1.1.1 PbWO4的晶体结构自然界中PbWO4晶体存在两种结构：四方Stolzite结构（即Scheelite结构）1和单斜Raspite结构2。此外人工合成的空间群为P21/n的高温高压也已被证实。以化学计量比从熔体生长的PbWO4晶体均为Scheelite结构（即四方相结构），属I41/a空间群，晶胞参数为：a = b = 0.54637 nm, c = 1.20654nm。而单斜(Raspite)结构(Walframite)，属P2/C空间群，仅在天然晶体中观察到。图1-1示出了四方相PbWO4晶胞的空间构型，其中Pb2+和W6+沿c轴成四度螺旋排列、成间隔分布，Pb2+离子和W6+离子的位置的空间对称性都满足S4群，W6+与最近邻的四个O2-离子组成一个沿c轴略微压缩的四面体，具有Dh点群对称性，其中W-O间距为0.1795 nm， O-W-O的夹角为11317和10715。Pb2+离子被八个O2-离子包围，每个O2-离子分属八个不同的WO42-离子团，这八个O2-离子又沿
