稀土激发锡酸锶发光材料的研究(2)
1.1 长余辉发光材料研究的意义和进展
我国在稀土应用的发展具备独特的天然资源优势，世界上在目前现已查明的稀土资源当中，其中在我国就存在将近80%品种相对较为齐全的稀土资源。发光材料应用的领域十分广泛，如交通、工业以及人们的日常生活等。稀土元素拥有基质材料及发光体的敏化剂、掺杂剂、激活剂，来提高发光材料的功能性、稳定性和发光质量。以硫化锌为代表的传统发光材料其发光时间比较短、亮度相对较低、而且还含有部分有毒物质和放射性的元素，因而导致其用途和用量受到相当大的限制。于是，目前材料领域的目标就是希望能够研制出不含放射性元素的高效新型稀土发光材料 [1]。
以稀土离子为激活剂、碱土铝酸盐为基质的新型高效蓄光型自发光材料。其主要的特点是晶体结构特殊，且有着强大的吸收、蓄光和发光的能力。当这种材料吸收了可见光之后，可以在黑暗的地方发出余光长达12h以上。其发光的强度和余辉持续的时间约为硫化锌材料的数十倍，而且材料不含任何放射性元素，不会对人体健康造成危害，稳定性和耐久性优良，吸光和发光过程可重复，低照明和显示效果好，可用于运输，各种发光标志的工作区域，仪器和各种夜间产品及室内外装饰灯，在采矿坑道、海上夜航等低度照明和应急照的场合也能够得到应用。
研发具有高亮度、性能稳定和较长余辉时间等优良性能的发光材料成为当前材料领域的一大热点和难点。本次研究的课题就是基于此而出发的。
1.2锡酸锶的简介
典型的基于氧的八面连接的钙钛矿结构的复合氧化物Sr2SnO4是一种碱土金属锡酸盐, Sr2SnO4是变形的立方相结构[2]，是由于八面体倾斜扭曲而形成的。在这个变形的立方相结构中，Sn4+ 周围的八面体配位环境不变，而且靠共八面体所连接起来的钙钛矿结构也不变。这种八面体的倾斜扭曲的现象在钙钛矿结构中非常常见。这种扭曲使Sr2SnO4的晶体结构变成了正交晶系。Sr2SnO4的粉末形态一般通过高温固相反应由充分混合均匀的高纯度SnO2和SrCO3粉末烧结而成。由于它的高温热稳定性，电导率高等，已应用或可应用于光催化等许多领域。高温固相反应、溶胶凝胶法、共沉淀法和水热法等合成方法是Sr2SnO4常用的合成方法。而在Sr2SnO4基质中，掺杂稀土元素的发光可以形成一个新的发光中心，新的发光峰，或原有的发光强度可能会发生变化。由于其发光性能相比硫化物系列的发光材料较为良好，而硫化物系列的发光材料的主要缺点是稳定性能比较差、发光性不是很理想，因此很有可能被Sr2SnO4基发光材料取代。所以对Sr2SnO4基发光材料的研究是国际宽禁带半导体材料领域的一个研究热点。
1.3合成方法
稀土发光材料的合成方法有很多种，如：高温固相法、燃烧合成法、溶胶-凝胶法和水热合成法等。
1.3.1 高温固相法
高温固相反应法[3]是一种比较传统的合成发光材料的方法。这种生产工艺目前已经使用的比较成熟，在焙烧过程中，系统的温度设定，反应气氛的选择，还原剂的选择、溶剂的选择，及原材料的混合和混合料的制备等方面都已进行了优化 [4]。
首先按一定配比计算并称量出所需的原料，然后将原料混合后在其中加入一定量的助溶剂至充分混合均匀。将混料装入坩埚（具体根据需要烧结温度来选择不同的坩埚材质），在一定条件下（温度、气氛、反应时间等）的马弗炉中进行烧结最终获得所需样品。
固相反应主要包含以下几个环节：(1)固体界面如原子或离子的跨过界面的扩散；(2)原子尺度上的化学反应；(3)新相成核；(4)通过固体的输运及新相的长大。成核和扩散速度为固相反应的两个十分重要的决定因素。若产物和反应物的结构较为相似，那么成核就相对比较容易进行。固相内部的缺陷、界面形貌、原子或离子的大小及扩散系数对扩散有着很大的影响。而且固相反应的速率也会受到部分添加剂的影响[5]。