棒状KNb3O8晶体的熔盐法制备及荧光性的研究

于斌 曹博 曹慧群 张欣鹏 张晟颉 林萍 张安祥罗仲宽 张涛

（1.深圳大学光电学院,广东深圳518060；2.深圳大学化学与化工学院，广东深圳518060；3.中科院特种无机涂层重点实验室，上海200050）

0 引言

铌酸钾是一种非常重要的钙钛矿型铁电体,因具有良好的电光系数、光催化性、荧光性、非线性光学系数和环境协调性而被广泛应用于光波导、全息照相存储、激光倍频、光折变等研究及应用领域[1]。研究表明，由可控形貌的粉体制备的器件具有更优异的性能[2]，近年来，一维铌酸钾的制备及应用引起人们极大的兴趣，其合成方法主要有溶胶－凝胶法、水热法和熔盐法等[3-14]。

本文以KCl和K2SO4混合盐和Nb2O5为原料，制备了棒状铌酸钾晶体，研究了反应时间和反应温度对产物组成及形貌的影响，并对其荧光性进行了讨论。

1 实验

1.1 实验原料

以分析纯氯化钾、硫酸钾、五氧化二铌和乙醇为原料。

1.2 铌酸钾晶体的制备

分别称取2.5g KCl、5.0g K2SO4和1.0g Nb2O5，放入玛瑙研钵中进行充分研磨后，移入坩埚中，放入马弗炉中分别在700℃，800℃和900℃煅烧一段时间，冷却到室温后，水洗，过滤，滤出物反复用去离子水洗去除可溶性熔盐，在60～100℃下干燥12小时，得到铌酸钾晶体。

1.3 表征

样品的物相采用德国生产的D8ADVANCE型X-射线衍射仪测定，Cu靶Kα1辐射，用弯曲石墨晶体单色器滤波，工作电流40mA，电压40kV，扫描速率6°/min，步长0.02°，λ=0.15406nm。样品的形貌采用日本生产的S-3400N扫描电子显微镜测定。样品的荧光光谱的测定是由日本Shimadzu公司的RF-5301PC型荧光光谱仪测定，Xe灯为光源。

2 结果与讨论

2.1 反应温度对产物的影响

图1为不同反应温度反应2h合成样品的X射线衍射图，反应温度为700℃，样品的X射线衍射图中的特征峰与Nb2O5的一致。反应温度为800℃和900℃时，所制备的样品的X射线衍射图中的特征峰都与PDF卡片NO.38-0296的数据相一致，说明反应温度为800℃已经形成了KNb3O8晶体，反应温度为900℃时结晶更完整。

从图2可以看出，反应温度为700℃，产物为团聚的小颗粒，从前面的XRD分析结果可知是尚未反应的原料Nb2O5，说明此温度下反应还没有发生。反应温度升到800℃时，有部分棒状和一些大的块状产物出现，反应温度为900℃时，产物基本为棒状结构，棒的宽度为200～600nm，棒的长度为几μm。

2.2 反应时间对产物的影响

图3为900℃时不同反应时间下合成样品的X射线衍射图，所有样品的X射线衍射图的特征峰都和KNb3O8的相一致，与PDF卡片NO.38-0296的数据对照表明其晶格参数a=0.8919nm，b=2.121nm，c =0.3805nm。反应时间较短时晶体出现的弱特征峰的个数较多，结晶的程度没有反应时间长的好。

图4为900℃时不同反应时间下合成样品的SEM照片，反应1h时，长度为几微米的棒状产物出现，同时也有一些颗粒和不规则块状的产物出现，棒的宽度差别较大，较细的宽度不到100nm，较粗宽度为1μm，棒的表面不光滑。反应2h时，产物中棒状结构的宽度为200～300nm，棒的长度为几μm。反应3h时，产物中棒状结构的宽度和长度变化不大。反应4h时，棒宽为500nm左右，棒的长度为几μm到几十μm棒，表面比较光滑。

2.3 荧光性

我们对900℃时不同反应时间下制备的样品进行了室温荧光光谱分析（见图5），采用250.0nm的激发波长，所有样品均在361nm、450nm和467nm附近出现荧光光谱特征峰。即使反应时间不同，产物的荧光光谱没有出现位移，可以看出KNb3O8晶体形成后，棒的宽度和长度不同，不影响其荧光性能，所制备的KNb3O8晶体具有荧光性。

3 结论

采用熔盐法合成了棒状KNb3O8晶体。反应温度为700℃，反应还没有开始，温度升到800℃时，有少量棒状和一些大的块状KNb3O8晶体出现，反应温度为900℃时，有大量的棒状产物KNb3O8晶体出现，随着反应时间的增加，棒状晶体出现的数量明显增多，棒的宽度和长度也有所增加。反应4h时棒宽明显增加为500nm左右，棒的长度为几μm到几十μm，表面比较光滑。反应趋向于以能量最小的方式进行，采用相同配比的熔融盐为原料，改变反应温度和时间，产物的形貌会发生改变，组成没有变。荧光光谱表明900℃时制备的样品在361nm、450nm和467nm附近出现荧光光谱特征峰。反应时间不同，荧光光谱没有出现位移，所制备的KNb3O8晶体具有荧光性。

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