摘要

本实验用水热法在一定条件下制备出圆球状的Eu:YBO₃晶体，并对不同的掺杂浓度（分别为掺Eu³⁺5%和10%)下制得的晶体进行比较，用SEM，XRD 和发光光谱进行了分析，得出了一些有意义的结论，并特别对NH₄Ac 的作用进行了分析。

正文

一、实验内容：

实验用水热法制备掺5%EU³⁺的YBO₃和掺10%的EU³⁺的YBO₃,利用在高温高压下的反应来制备Eu:YBO₃晶体:

Y³⁺+H₃BO₃=YBO₃+3H⁺

Eu³⁺+H₃BO₃=EuBO₃+3H⁺

二、实验方案：

加入适量的Y₂O₃，Eu₂O₃和H₃BO₃，按比例加1.5mol/L的稀HNO₃使反应物尽可能溶解。控制金属阳离子的总浓度为0.05mol/L，H₃BO₃100%过量，加入适量的NH₄Ac使其在溶液的浓度为0.75mol/L，此时溶液的PH 值大约7。220℃下加热20 小时，洗涤数次,80℃干燥12小时，取出磨成粉末状即可得到5%Eu³⁺的YBO₃和掺10%Eu³⁺的YBO₃材料。

三、结果和讨论：

1. SEM

  

Eu³⁺/YBQ₃=5%

  

Eu³⁺/YBQ₃=10%

SEM分析

从上面图像我们可以看出，用这种方法制备的YBO₃掺Eu³⁺晶粒基本呈圆球状。比较两组图像我们发现，掺5%Eu³⁺的YBO₃ 的排列要明显比掺10%Eu³⁺的YBO₃的紧密。相比而言，掺10%Eu³⁺的YBO₃晶粒图像看起来更清晰，可以明显看出来晶粒形状，而掺5%Eu³⁺的YBO₃就显得比较模糊。由此可知，掺杂质浓度的大小对实验结果有较大影响。当掺Eu3+较少时，密度较大，晶粒较小因此看不清，当掺Eu³⁺较多时，密度较小，晶粒较大因此能够看清。由标尺可知，晶粒的大小为um 级。

Eu³⁺/YBQ₃=5%的XRD谱图

Eu³⁺/YBQ₃=10%的XRD谱图

2. XRD分析

由上面两图可以看出对两种掺杂浓度由XRD衍射做出的谱线位置基本相同，只是谱线的强度有所不同。 实验得谱线对应d值及其相应晶面列表如下：2θ的取值范围为15^。--75^。

纯YBO₃的XRD结果

从由上面两表对照可得，两者算得的d值基本相同，两种掺杂浓度所得EUYBO₃晶体都属于YBO₃ 中的16-277类型，是六方晶系。由于d值基本一致，我们可以认为晶格常数与纯YBO₃相同为a=3.778*10^-10m , c=8.81*10^-10m ,

从上面结果可知，掺入杂质对YBO₃的晶型并没有什么影响，掺入的Eu³⁺应该只是取代Y³⁺的位置，并没有使其晶型发生转变

当然，这两组谱线的强度是明显不同的。对掺5%Eu³⁺的YBO₃的谱线强度几乎都要比掺10%Eu³⁺的YBO₃的谱线强度大。这说明掺杂浓度越大谱线强度越低。原因很可能是取代了Y³⁺的Eu³⁺并没有形成晶相，致使谱线强度降低。

YBO₃结构在（001）面上的投影图

虽然上图不是 Eu:YBO₃晶体的结果，但由于其测量与YBO₃的相似性，我们可以认为两者结果大体一致。

发射和激发光谱

Eu³⁺/YBQ₃=5%

发射光谱： 主要的峰有594nm，611nm，626nm，709nm，分别对应⁷F₁→⁵D₀，⁷F₂→⁵D₀, ⁷F₃→⁵D₀，⁷F₄→⁵D₀，其中以594nm位置的谱线最强，即⁷F₁→⁵D₀最强。

激发光谱： 做出594nm峰的激发光谱，发现当激发光波长为232nm时效果最好。此时从⁵D₀激发到⁷F₁。

Eu³⁺/YBQ₃=10%

发射光谱： 主要的峰有593nm，612nm，627nm，709nm，分别对应⁷F₁→⁵D₀，⁷F₂→⁵D₀, ⁷F₃→⁵D₀，⁷F₄→⁵D₀，其中以627nm位置的谱线最强，即⁷F₃→⁵D₀最强。

激发光谱： 做出627nm峰的激发光谱，发现当激发光波长为232nm时效果最好。此时从⁵D₀激发到⁷F₃。

发光光谱分析

掺10%Eu³⁺的YBO₃的谱线强度几乎都要比掺5%Eu³⁺的YBO₃的谱线强度大，说明发光强度由是Eu³⁺的量所决定的，Eu³⁺量多则发光强度大。

掺5%Eu³⁺的YBO₃的最强谱线为594nm，而掺10%Eu³⁺的YBO₃的最强谱线为627nm，明显向长波方向移动，这反映在物理上就是颜色的不同。594nm对应的颜色为橙黄色，627nm对应的颜色为橙红色。

激发光谱分析

掺5%Eu³⁺的YBO₃和掺10%Eu³⁺的YBO₃所需的激发光大致相同，即发光条件相似，都在紫外波段，说明其对紫外光有很强的吸收能力。

NH₄Ac作用分析

①NH₄Ac作为一种弱酸弱碱盐，有着较好的缓冲能力，能在一定程度上保证PH值的稳定。

②Ac^-作为一种有机酸根，有着很好的稳定性。

③Ac^-与金属的配位能力相对较弱，很难与金属离子形成稳定的配位化合物。

④Ac^-有平衡各种晶面生长速率的作用，对产物的形态的最终形成有重要作用。

制备Eu:YBO₃的意义

从量子效率和真空紫外光吸收能力方面考虑，Eu:YBO₃晶体是最好的发红光的材料。因此研究Eu:YBO₃晶体的制备非常有意义。相比其它形状而言，圆球状的Eu:YBO₃小颗粒具有更大的表面积，能够进一步提高量子效率和真空紫外光吸收能力。如果能制成圆球状的Eu:YBO₃晶体，会有很大应用潜力。

结论

在本实验中，我们用水热法，通过对反应条件的控制，生成了较好的圆球状Eu:YBO₃晶体，并在两种掺杂浓度的情况下得到了相似的结果。这个结果说明了Eu:YBO₃晶体在不同掺杂浓度下结构相似，但发光强度不同，颜色也略有不同。利用这点我们可以制出不同发光强度和颜色的材料。另外我们注意到了NH₄Ac 在反应中的重要作用，可以想象在制备其它材料时NH₄Ac亦可能有同样的作用，特别是 有平衡各种晶面生长速率的作用，可以在制备圆球状材料时进行尝试。

参考文献

1．Jiang,　X. C.　,Sun, L. D.，Feng, W., and Yan C. H., CRYSTAL GROWTH&DESIGN,4,517 　　(2004)

2．G. Chadeyron, M. EI-Ghozzi, R. Mahiou, A. Arbus, and J. C. Cousseins, J. Solid State Chem.,128,261(1997)