共沉淀法制备CoAl2O4陶瓷颜料及稀土掺杂对其发光特性的影响

摘要

目前多数方法制备的CoAl2O4陶瓷颜料的彩度不高，在陶瓷釉料、搪瓷底釉、陶瓷制品3D打印成型等方面的应用受限，此外在某些特殊领域，如永久性色标、防伪耐候涂料等，需要其具有防伪功能，所以本文系统研究制备工艺对CoAl2O4陶瓷颜料微观结构和呈色性能的影响规律，并通过稀土掺杂使其获得上转换发光特性，以获得彩度高且具有防伪功能的新型CoAl2O4陶瓷颜料，对于开拓陶瓷颜料应用新领域具有重要的科学意义和使用价值。研究结果如下：
　　采用共沉淀法制备CoAl2O4陶瓷颜料，发现Co/Al比、溶液pH值、煅烧温度以及分散剂含量均会影响CoAl2O4陶瓷颜料的呈色性能，优化得到最佳工艺为Co/Al比0.7：2、pH为11、煅烧温度1200℃、分散剂2％PVP+0.4%CTAB时所得蓝色CoAl2O4陶瓷颜料彩度最高；影响CoAl2O4陶瓷颜料的本质因素为Co的含量、Co离子价态以及配位数，Co含量过高时可能产生Co3+或进入尖晶石结构的八面体空间，改变了Co离子的配位场，从而获得不同的颜色；经1300℃高温烧结后CoAl2O4涂层的明度和彩度均有提高，由于形成部分反尖晶石结构，高Co/Al比的CoAl2O4仍呈蓝色，同时也具有良好的化学稳定性。
　　提出在CoAl2O4陶瓷颜料中通过稀土掺杂使其具有上转换发光特性，发现当进行Er单一掺杂时，对CoAl2O4陶瓷颜料物相组成、呈色性能等基本没有影响，但是在950nm红外波段激光激发下产生上转换效应，同时掺杂Er3+能够增强CoAl2O4的上转换发光强度，最佳掺杂量为lmol%；而采用Er3+/Yb3+共掺杂时，当Yb掺杂量大于6mol%后会形成氧化物，从而影响到CoAl2O4陶瓷颜料的物相组成和呈色性能，当Yb3+掺杂量为6mol%时会降低上转换发光效应产生的绿色的发光强度，但是红色发光强度有所提高。利用lmol%Er3+和6mol%Yb3+掺杂CoAl2O4陶瓷颜料在红外激光下的上转换发光特性，可掺入到特殊油墨、油漆、涂料中，或者3D打印成型后成为防伪标志用于商品中。

目录

声明

1 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 CoAl2O4陶瓷颜料及其发展现状

1.3 研究目的与研究内容

2 CoAl2O4陶瓷颜料的制备及稀土掺杂工艺

2.1 实验原料与设备

2.2 技术路线图

2.3 共沉淀法制备CoAl2O4陶瓷颜料

2.4 稀土掺杂工艺

2.5 成分表征及性能测试

3 CoAl2O4陶瓷颜料的呈色机理及稳定性

3.1 CoAl2O4陶瓷颜料的制备工艺优化

3.2 CoAl2O4陶瓷颜料的呈色机理

3.3 CoAl2O4陶瓷颜料的高温稳定性

3.4 本章小结

4 稀土掺杂CoAl2O4陶瓷颜料及其发光特性

4.1 Er3+单一掺杂CoAl2O4陶瓷颜料

4.2 Er3+/Yb3+共掺杂CoAl2O4陶瓷颜料的合成与性能研究

4.3 本章小结

5 结论

致谢

参考文献

在校学习期间发表的论文