微波加热与燃烧制备电子俘获材料的方法 【技术领域】
本发明是一种制备电子俘获材料的方法，属于光学功能材料技术领域。
背景技术
高温固相法是一种制备电子俘获材料的常规技术，其中较有代表性的是一种被称为硫化助熔法的方法，一篇刊自中国《光子学报》1995年第4期P293～295，题为“一种发红光的电子陷获型红外上转换材料的制备”的文章，以及一篇刊自中国《红外与毫米波学报《2002年第3期P225～228，题为“电子俘获材料CaS:Eu，Sm红外上转换光衰减特性的研究》的文章对此做了介绍。据此，所谓硫化助熔法就是，将配合料放入石墨舟，再将石墨舟放入石英管，之后整体移入管式电阻炉中，在700～1200℃下灼烧1～10h，反应物S兼作助熔剂，在灼烧过程中，用碳(C)提供还原气氛，但是，这里的碳只用做还原剂，因此，对其应做良好隔离，因而也就称此过程为间接还原。
在精细化工物料烧结技术领域中，有一项用微波加热的烧结方法，一篇刊自中国《光谱学与光谱分析》2001年第3期P304～307，题为“微波场作用下CaS:Eu2+的快速合成及其荧光光谱特性”的文章对此做了介绍，在这一方法中，以K2C2O4·H2O为助熔剂，将盛有配合料的容器放入微波炉中，在750W功率下，加热10～25min。
【发明内容】
高温固相法存在一些问题，由于加热方式本身的原因，即它是自外向里依靠传导方式由表及里地给物料加热，这就需要在较高的温度下，在较长的时间内灼烧，方能完成所需化学反应，通常是在高于1000℃地温度下灼烧2h以上，在如此高的温度加热如此长的时间，会导致掺杂粒子的簇集、离子对的快速形成、晶相偏离以及物料结块等现象的发生，最终使得产物掺杂离子掺入量低、粉末粒度粗且不均匀、发光效率降低；另外，还费时费电。由于需另加还原气氛，并且，若用碳作还原剂，易污染产品，从而降低了所制备的电子俘获材料的纯度，使得产品成品率低、光学性能下降，需要采取严格的隔离措施，从而增加了工艺难度，增加了设备维护工作。已知的微波加热烧结方法尚未用于电子俘获材料制备，并且，不能不加调整地用于电子俘获材料制备。为了消除已知高温固相法存在一些问题，将微波加热烧结方法适合地应用到电子俘获材料制备中来，我们发明了本发明之微波加热与燃烧制备电子俘获材料的方法。
本发明是这样实现的，用微波加热烧结方法制备电子俘获材料，在配合料中均匀掺入吸波剂，硫在这一制备过程中，一部分作为辅助燃料，当加热温度达到辅助燃料燃点时，辅助燃料燃烧，直到加热温度达到配合料发生化学反应的温度，微波功率控制在700～800W之间，整个加热过程控制在6～15min之间。
本发明之方法与已知技术相比，由于采用微波辐照来代替传统的热源，在制备电子俘获材料的过程中，即使样品的压紧密度较高，也不会因″自熄″而不能点燃，但是，传统加热方式引发的燃烧波的传播速率则会因压紧密度增高而大大减小。这是因为，采用微波辐照时温度的升高是反应物质本身以及吸波剂吸收(或扩散)微波能量的结果。同时，只要微波源不断地供给能量，反应物质温度将很快达到辅助燃料燃点(T1)，燃烧一旦引发，放出的热量又促使样品温度进一步升高达到反应温度(T2)，反应物质吸收微波辐射的能力也同时增加，这就保证了反应温度能够保持在反应温度值上。不过，这一温度值与传统的高温固相法的反应温度(T3)相比要低一些，这是因为T3实际上是炉膛温度，它要高于反应物温度，而在本发明之制备方法中，反应物在微波作用下而自身发热，并非通过炉膛气氛而被加热。所以，本发明之制备方法加热快、加热效果好、加热到反应温度即可，节省能源。另外，本发明之制备方法在短得多的时间里完成，这一时间不仅比高温固相法短得多，而且比已知技术中的微波加热烧结方法所用时间还要短很多。本发明是在空气中制备电子俘获材料，无需特殊的还原保护气氛，具有快速省时、省电节能和操作简便等优点。综合的效果是有效地阻止杂质粒子的簇集，延缓离子对的形成，不易结块，产物晶相纯，粒度精细均匀，因而可以大大提高杂质离子的掺入量，从而发光效率大大增强。
【具体实施方式】
所要制备的电子俘获材料的通式为：MS:N，Sm，其中MS为碱土金属硫化物(AES)，N为某种可变价的稀土金属，Sm即为可变价的稀土元素钐。在电子俘获材料中，MS是基质材料；N及Sm属于掺杂，其中，N是提供储能电子的工作物质，是电子俘获材料的发光中心；Sm则是俘获电子的陷阱，是电子俘获材料的俘获中心。选用碱土金属碳酸盐和硫做为反应物，生成碱土金属硫化物，这里的硫同时还作为还原剂，完成充当N的稀土离子由高价向低价的还原。另外，硫还作为辅助燃料，所以，硫的实际加入量比按照化学剂量比确定的量多100％～200％。制备电子俘获材料的配合料按以下配方配制(wt％)：原料 碱土金属碳酸盐(MCO3) 硫粉(S) 稀土(N)氧化物 稀土(Sm)氧化物 吸波剂 助熔剂配比 25～60 24～48 0.17～0.44 0.17～0.54 2～3 3～4
确定一个具体配方，其中确定M为Ca，N为Eu，吸波剂采用NH4HCO3，助熔剂采用LiF，所用原料及其配比(wt％)为：原料 CaCO3 S Eu2O3 Sm2O3 NH4HCO3 LiF配比 47.62 45 0.26 0.52 3 3.6
CaCO3纯度为分析纯(A.R.)，Eu2O3、Sm2O3纯度为光谱纯(4N)，按照化学剂量比精确称取各原料，S在按照化学剂量比计量的基础上外加100％。碱土金属碳酸盐、稀土氧化物采用湿法(稀硝酸)配料、干燥；然后将S粉、吸波剂和助熔剂掺入，混合均匀。将所配制的配合料放入微波炉中，将微波炉功率确定为750W，烧结10min。在这一加热过程中，T1＝250℃，硫的燃烧值为9287KJ/Kg，T2＝900～1000℃(T3＝1100～1200℃)。关闭电源，自然冷却到室温，即制备出电子俘获材料。