毕业论文（设计）
题 目： 燃烧法制备YAG：Ce3+荧光粉 院 系： 物理学院 专 业： 应用物理 姓 名： 刘谦 指导教师： 完成日期： 二〇一六年五月
摘 要
稀土发光材料以其长余辉时间、高发光亮度以及无辐射无污染等优异特点，成为了当前国内外研究的热点方向。稀土发光材料包括基质和激活剂两部分组成，其主要合成方法包括高温固相法、溶胶-凝胶法、燃烧法等。燃烧法作为一种新型的合成方法，即便研究时间较短，但是仍然表现出了极高的应用前景。
而白光LED作为一种节能、高效、环保、长寿命的新型固态照明技术，被誉为第四代新型照明光源。有关白光LED方面的探索也将是稀土研究的重要方向。本论文将采用燃烧法制备白光LED的主要原料YAG：Ce3+荧光粉，并探究其最佳的制备条件和制备方案。
本次实验采用低温燃烧法合成YAG：Ce3+光致发光荧光粉,以A1(N03)3·9H20, Y(N03)3·6H20 和 Ce(N03)3·6H20 为氧化剂采用尿素作为还原剂。并用荧光光谱仪对YAG：Ce3+粉体的激发光谱、发射光谱进行测试。实验结果表明：
1.燃烧温度与激发强度没有线性关系。
2.Ce3+的掺杂比例并非越高越好，其最佳掺杂比例为0.06。
3.尿素的加入比例对实验结果有很大的影响，尿素加入量过少将无法成功制备出发光粉体。
4.一定的燃烧时间有助于粉体性能的增强，随燃烧时间的增加粉体激发强度将逐渐变高。
关键词：YAG荧光粉；燃烧合成；发光材料；稀土
Abstract
Rare earth luminescent materials with high brightness, long luminous time and no radiation no pollution and excellent characteristics, has become a hot research direction at home and abroad. Rare earth luminescent material is composed of two parts, the matrix and the activator. The main synthesis methods include high temperature solid state method, sol- gel method, combustion method and so on. As a new synthesis method, combustion method, even though the research time is short, still has a very high application prospect.
The white LED as an energy efficient, environmentally friendly, the new long-life solid-state lighting technology, known as the fourth generation of new lighting. The exploration of white LED will be an important direction of rare earth research. In this paper, we will use the combustion method to prepare the YAG:Ce3+ phosphor which is the main raw material of white LED , and explore the best preparation conditions and preparation method .
The YAG: Ce3+ was prepared by low-temperature combustion phosphors synthesis method, process with A1(N03)3·9H20, Y(N03)3·6H20 and Ce(N03)3·6H20 as oxidant and urea as reducing agent. The excitation spectrum and emission spectrum of YAG:Ce3+ powder were tested by fluorescence spectrum.Experimental results show that:
1．There is no linear relationship between the combustion temperature and the excitation intensity.
2．Ce3+ doping ratio is not the bigger the better, the best doping ratio is 0.06.
3．The addition of urea has a great influence on the experimental results, if the amount of urea is too small, we will not be able to successfully prepare the luminous powder.
4．The combustion time is helpful to enhance the performance of the powder, and the excitation intensity of the powder will gradually increase with the increase of the combustion time.
Key words: YAG phosphor；Combustion synthesis；Luminescence materials；Rare earth
目录
引言 ..................................................... 1
第1章 燃烧法和稀土发光材料简介 .......................... 2
1.1 稀土发光材料 ............................................... 2
1.1.1 发光的基本原理 ....................................... 2
1.1.2 稀土发光材料的分类及应用 ............................. 2
1.2 发光材料的主要合成方法 ..................................... 3
1.2.1 溶胶—凝胶法 ......................................... 3
1.2.2 高温固相法 ........................................... 3
1.2.3 燃烧法 ............................................... 4
1.3 YAG：Ce3+荧光粉 ............................................ 5
1.3.1 YAG：Ce3+荧光粉简介 .................................. 5
1.3.2 YAG：Ce3+荧光粉的发光机理 ............................. 5
1.3.3 白光LED的优点 ....................................... 6
1.4 稀土发光材料的研究现状及问题 ............................... 7
第二章 YAG：Ce3+荧光粉的合成制备 .......................... 8
2.1 反应基本原理 ............................................... 8
2.2 实验材料及实验仪器 ......................................... 8
2.2.1 实验药品 ............................................. 8
2.2.2 实验设备 ............................................. 9
2.3 样品制备 .................................................. 10
2.3.1 样品制备过程 ........................................ 10
2.3.2 实验流程图 .......................................... 10
2.4 实验方案 .................................................. 11
第三章 实验结果及性能测试分析 ........................... 13
3.1 实验样品的测试 ............................................ 13
3.2 实验数据处理与分析 ........................................ 16
3.2.1 确定实验因素的最优值和最优水平组合 .................. 16
3.2.2 确定影响因素的主次顺序 .............................. 17
3.3 YAG：Ce3+荧光粉的光谱分析 .................................. 18
3.3.1 YAG：Ce3+荧光粉的激发与发射光谱 ..................... 18
3.3.2 燃烧剂（尿素）用量对发光强度的影响 .................. 19
3.3.3 掺杂比例与燃烧温度对荧光粉激发强度的影响 ............ 20
3.3.4 燃烧时间对荧光粉激发强度的影响 ...................... 21
第4章 结论 ............................................. 22
4.1 结论 ...................................................... 22
4.2 存在的不足与展望 .......................................... 22
参考文献 ................................................ 24
致谢 .................................................... 25
引言
我国拥有十分丰富的稀土资源，在现有的已查明世界稀土元素中，80%的稀土资源储存在我国，并且种类十分齐全。而随着技术水平的发展，我国的稀土产量也在稳步提升。
而我们大规模的生产稀土用来出口的同时，我国商业生产乃至军工产业所急需的各种稀土材料及其后续研发产品却严重依赖于进口。这足以体现我国在相关科研方面的薄弱，可见有关稀土材料的深入研究与发展已经迫在眉睫了。
在稀土资源的领域，有关发光材料的合成制备及其应用尤为引人关注。稀土发光材料在信息、航天航空、能源、生物技术和环境科学等领域有着相当广泛的应用前景，对全球信息高速公路的建设以及国家经济和科技的发展同样有着举足轻重的作用[1]。而伴随着能源危机的不断加剧，在照明领域使用稀土节能灯的优势也变得越来越明显。
我国对于燃烧法制备稀土发光材料的研究进行较早，相关制备技术也已经逐步走在世界前列。因而本文选择使用燃烧法制备YAG：Ce3+荧光粉，它作为制备白光LED的关键材料，其独有的发光特性对白光LED的发光亮度和使用寿命都有着十分重要的影响[2]。白光LED是一种利用半导体技术制造的冷光源，在其照明体系内部不含水银而且具有耗能少、体积小、使用寿命长的优点。它作为一种第四代新型照明光源，在高效节能和环境生态保护方面体现出了十分突出的优势。
综上所述，目前对于燃烧法制备稀土发光材料的研究具有明显且突出的意义，性能优良的合成材料有助于我国将巨大地资源优势转变为商业优势和军事基础。同时也希望广大科研工作者能够更加重视相关领域的研究发现，让我国能在稀土材料的制备应用方面能够占有一席之地。
第1章 燃烧法和稀土发光材料简介
1.1 稀土发光材料
1.1.1 发光的基本原理
发光是一种物体把所自身吸收的能量，不经过热的阶段，直接转化为特征辐射的现象。
发光现象广泛的存在于各种各样的材料中，在绝缘体、半导体乃至生物领域中都能观察到不同形式的发光现象。不同的发光材料其发光方式也各不相同，主要发光类型有：阴极射线发光、光致发光、电致发光、辐射发光等。
1.1.2 稀土发光材料的分类及应用
稀土元素在发光材料中可以分别扮演激活剂和基质材料两种不同的角色。其中基质指的是作为材料主体的化合物，而在基质中作为发光中心而掺入的离子则称为激活剂。
稀土发光材料根据放光方式的不同也分为以下几类[1]：
（1）阴极射线发光材料：通过阴极射线管中所产生的高能电子激光束激发从而产生发光。主要应用为彩电的荧光屏，例如其中红色红色荧光粉是激活态的含铕化合物，通常为YVO4:Eu，Y2O3:Eu，Y2O2S:Eu。
（2）光致发光材料：在红外光、可见光或者紫外光的激发下能够出现发光现象的材料。
（3）电致发光材料：是指通过依靠电场的激发而产生发光现象的材料，即将电能直接转换为光能的发光材料。
（4）X射线稀土发光材料：X射线发光材料的发光原理与光致发光材料并不相同，但是其与阴极射线荧光粉相似。由于X射线具有高穿透性，所以当我们用它作为激发光源时，发出的射线光子能量非常大。
（5）其他稀土发光材料：除了上述四类外，还有许多发光材料属于稀土发光材料，例如稀土转换发光材料、稀土闪烁体、稀土热释发光材料等。
[3]
1.2 发光材料的主要合成方法
随着发光材料的研发和应用的不断深化，人们对发光材料的需求也越来越大。在此基础上，发现了许多有关发光材料的合成办法。针对各种基质的特点，相应的发展出了溶胶-凝胶法、燃烧合成法、微波加热法、高温固相法、水热法、喷雾热解法、化学沉淀法、电弧法等制备技术。
以下介绍几种发光材料的主要合成方法：
1.2.1 溶胶—凝胶法
溶胶—凝胶法是一种在低温下合成材料的新式工艺，有关它最早的应用是在玻璃合成的领域，但近十多年来，溶胶-凝胶法一直是玻璃陶瓷等先进材料合成技术研究的热点。
所谓的溶胶—凝胶法，其原理是用组成元素所需要的金属无机或者有机化合物作为先导，经过水解之后形成凝胶，将这些凝胶经过烘干的过程后制成玻璃粉末并进一步成型，之后在较低温度下进行烧结，进而形成玻璃陶瓷。溶胶—凝胶法也是一种应用前景十分广泛的合成方法。
利用溶胶一凝胶法制备发光材料时，需要提前把选好的基质材料配制成溶液，再配以激活剂、助溶剂等的有机化合物溶液并混合均匀，溶液静化数小时后可形成凝胶，再经过经干燥、灼烧等工序除去有机物后，在一定环境下烧结成产品，即可得到发光材料粉体。
这种方法最大的优点便是烧结温度低、反应更容易控制，而且制备出的放光材料具有良好的均匀性。但是它也存在制作成本高、操作工序繁琐、生产周期长等缺点。
1.2.2 高温固相法
高温固相法是制备发光材料的一种传统方法，其应用范围相对来说也更为广泛。 利用固相反应制备多晶粉末是以固态物质作为初始原料，使固体颗粒直接参与化学反应，反应是在颗粒的界面进行的。因而进行高温固相反应所需的充要条件便是反应物能够相互接触，因此反应原料颗粒越细，也就会更加有利于固相反应的进行。因此将反应物进行研磨并充分的混合均匀是进行高温固相反应所必须要进行的准备工
作[1]。
我们在利用固相反应法制备发光材料时往往加入适量的助溶剂，这是由于体系中存在气相或液相能够加速物质的传输与接触。利用固相反应法制备发光材料具有晶化程度高、发光颜色纯、发光亮度高等特点，因此固相反应法是目前制备发光材料的主要方法之一。
1.2.3 燃烧法
燃烧合成法是指利用前驱体的燃烧合成所需材料的一种便捷方法，是近年来才应用于发光材料合成的新型合成方法[4]，也是本文进行实验将要采取的方法。
最早将燃烧法应用于发光材料制备领域的是印度的Kingsley，1990年他首次发展了发光材料的燃烧法制备技术[5]。燃烧法合成发光材料的具体过程是：将反应物和助燃剂一起溶于水中，经过充分搅拌均匀后，浓缩制备成为前驱物，将前驱物放进坩埚中并置于一定炉温的高温燃烧炉中加热，当前驱物达到放热反应的触发温度时，会以某种方式自燃，随后反应由前面燃烧放出的热量维持，燃烧所得产物即为我们所需合成产物[1]。
燃烧法的主要反应原理是将反应所需原料制成相应的硝酸盐，再加入相应比例的燃料作为还原剂，在一定的温度下加热几分钟后，发生剧烈的氧化还原反应，并且溢出大量气体，进而燃烧，几十秒钟之后即可得到疏松的泡沫状发光材料。
燃烧法合成发光材料具有以下几个突出优点：
（1）完全依靠之前放热反应所提供的热量，自发产生的高温可以使燃烧反应在一瞬间之内。
（2）燃烧法使制备所需求炉温大大降低，合成时间缩短，制备工艺更为简便。
（3）产品质量更加均匀、晶相更为单一并且节约能源、节约成本[6]。
燃烧法合成发光材料与其他方法相比的最大优点就是快速与节能。燃烧法合成的整个反应速度非常快，反应效率也很高，整个反应过程仅仅只需要几分钟。由于燃烧合成反应是在实验原料混合物内部进行的，其反应产生的大量热也就可以直接用于材料的合成，无需热量从外部进行传递的过程，因此并不需要很高的炉温条件[1]。
1.3 YAG：Ce3+荧光粉
1.3.1 YAG：Ce3+荧光粉简介
所谓YAG：Ce3+荧光粉是指以钇铝石榴石Y3Al5O12作为基质，以Ce3+离子作为激活剂掺杂替换其中的Y3+离子得到的发光材料其化学式为Y3-XCeXAl5O12。对YAG荧光粉的研究起始于上世纪70年代，当时人们主要将其应用于有关飞点扫描仪的相关领域。
1996年日本日亚化学公司研究发现，发黄光的钇铝石榴石荧光粉（YAG：Ce3+）加以配合蓝光发光二极管产生的白光可用来照明，从此开创了白光LED时代。YAG：Ce3+荧光粉也从此以新的身份进入发光材料领域，进而引起了人们的极大关注[7]。我国自进入21世纪以来就设立了“半导体照明工程”的国家及计划，主要从事有关LED发光和荧光粉等相关领域的研究。
1.3.2 YAG：Ce3+荧光粉的发光机理
上文提到发光的基本原理是物体把吸收的能量，转换为特征辐射。同样稀土的发光也是由于稀土离子内部的4f能级电子在不同的能级之间相互跃迁所产生的，其吸收和发射光谱的信息[8]，如图2.1所示。
稀土发光材料的发光性质取决于其基质与掺杂，Ce3+激活的YAG荧光粉的发光是由于5d 电子向4f跃迁引起的，5d电子因处于外裸露状态，其跃迁能量也会随着晶体的环境改变而发生相应的变化。因此我们可以通过改变基质的组成使荧光粉的光谱峰值产生相应的变化[9]。
YAG：Ce3+荧光粉的激发与发射光谱图如图1.2所示。由图片可以看出，YAG：Ce3+荧光粉的激发峰在460 nm附近，与蓝光发光二极管的发射光谱可以匹配的非常好，而其发射峰值在570 nm附近，是一个半宽为120 nm的宽带谱。因此，YAG：Ce3+荧光粉作为目前制备白光LED的主要材料，具有很好的应用发展前景[9]。
图1.1 稀土离子的能级和光谱项
Fig 1.1 Energy level diagrams of the trivalent lanthanon
图1.2 YAG：Ce3+荧光粉的激发与发射光谱 Fig 1.2 Excitation spectra and emission spectra
1.3.3 白光LED的优点
现在我们所使用的照明工具主要以白炽灯和荧光灯为主。白炽灯存在发光效率
低、寿命短等缺陷，而现阶段所使用的各种各样的荧光灯也都含有水银等有害物质。白光LED的成功研制使得人们对照明工具节能、环保的高需求成为可能。与传统的照明光源相比白光LED具有以下突出优势：
（1）能耗低，可见光转换效率高，使用寿命长。 （2）安全、环保、无污染，不含有对人体有害物质。 （3）光色纯，光线质量高且器件应用更为灵活[10]。
就目前来看白光LED已经在大屏幕显示、照明系统、通讯产品、交通信号灯和仪器仪表指示等领域得到了初步，且具有广阔的应用前景，已经逐步成为众多研究机构和生产厂商争相投资的热点。
1.4 稀土发光材料的研究现状及问题
稀土发光材料不仅具有十分优越的光稳定性、热稳定性和化学稳定性，还具有发光亮度高、余辉寿命长、不含有害物质等特点[4]，这也使得它成为国内外研究的热点。自20世纪90年代以来，许多有关光致发光材料的研究被媒体所报道。
在发光材料的合成方法上，目前最为成熟的是高温固相反应制备方法，而且已有的工业化生产均是采用高温固相法，但是其反应温度高、反应时间长、耗能高导致的高额成本同样也是该方法难以克服的缺陷。为了实现更加简单、快速、节能、高效、优质地合成稀土发光材料的目标，新的合成方法的研究已经迫在眉睫。
在新的合成方法的研究中，低温燃烧合成法仍然是一种及有前景的合成制备方法，近年来受到广范科研工作者的高度注重。我国将燃烧合成这一技术应用于发光材料的研究领域起步于20世纪90年代中期，几乎与国外发达国家同步进行。近年来国内对燃烧法合成发光材料的研究虽多，并相继取得了许多研究成果，但仍然存在一些迫切需要解决的问题。例如燃烧法燃烧法虽然在发光材料合成中表现出极大的前景，但其合成工艺仍然不够成熟合成产物的发光性能也不太优良等等，这些问题也成为使燃烧法得到广泛应用的障碍。
第二章 YAG：Ce3+荧光粉的合成制备
2.1 反应基本原理
本次实验采用燃烧法制备YAG：Ce3+荧光粉，燃烧法的基本原理如前文所述是通过前驱体的燃烧放热并维持后续反应进而获得材料。本次实验以尿素为燃烧剂，化学反应原理如下式所示：
2M(NO3)3→M2O3+6NO2↑+3/2O2↑ （2.1）
CH4N2O+H2O+2NO2→2NH3↑+CO2↑+2O2↑+N2↑ （2.2）
上式中的M2O3可以表示为（Y3/8Al5/8）2O3。
所以有低温燃烧合成YAG的总反应方程式如下式：
5Al(NO3)3+3Y(NO3)3+20CH4N2O→Y3Al5O12+20CO2↑+40H2O+32N2↑ （2.3）燃烧法制备过程中以Ce3+作为激活剂替换作为基质的YAG中的部分Y3+，进而制备得到YAG：Ce3+荧光粉，其化学式为Y3-XCeXAl5O12。
2.2 实验材料及实验仪器
2.2.1 实验药品
本次论文实验过程中用到的化学药品及其相关信息如表2.1所示。
表2.1 实验原料清单 Table 2.1 Experimental drugs
药品名称 氧化钇 硝酸 硝酸铝 硝酸亚铈 尿素
化学式 Y2O3 HNO3 Al(NO3)3·9H2O Ce(N03)3·6H2O
CH4N2O
纯度 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯
生产厂商
国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司
2.2.2 实验设备
本次论文实验过程中所用到的实验工具名称及型号、数量信息如表2.2所示。
表2.2 实验工具 Table 2.2 Experimental tools
设备名称 烧杯 移液管 移液管 玻璃棒 电子天平 药匙 石棉手套 陶瓷坩埚 坩埚钳
型号 250ml 10ml 0.5ml — 0.0001（精确）
— — — 大
数量 2 1 1 1 1 4 2 6 1
说明：其他还需用到洗耳球、称量纸、标签等辅助工具。
本次论文实验过程中所用到的仪器名称及型号、生产厂商信息如表2.3所示。
表2.3 实验仪器
Table 2.3 Experimental apparatus
仪器名称 真空干燥箱 磁力搅拌机 高温烧结炉 激光粒度仪 静态氮吸附仪 荧光光谱仪
型号 DZF-1 DF-101S KSL-1700 BT9300H JW-BK112 F—4600
生产厂商 上海跃进医疗器械厂 上海玛尼仪器设备有限公司 合肥科晶材料技术有限公司 丹东百特仪器有限公司 北京精微高博科学技术有限公司
日立高新技术公司
2.3 样品制备
2.3.1 样品制备过程
● 称取适量高纯度氧化钇用硝酸溶解，并加入硝酸铝和适量纯水配制一定量Y3+：Al3+
为3：5的母液A。阳离子浓度为0.4mol/L。
● 称取适量硝酸亚铈与硝酸铝，加入适量纯水，配制一定量Ce3+：Al3+为3：5的稀
溶液B。阳离子浓度为0.04mol/L。
● 分别用移液管取一定量A、B溶液，并按照阳离子比例计算称取一定量尿素，加
入准备好的坩埚中。
● 将药品充分搅拌混匀后，使用坩埚钳将坩埚送入已经设定好温度的马弗炉内进行
燃烧并计时。
● 随着温度的升高，溶液中的水分开始不断蒸发，直至凝胶状态，并发生自蔓延燃
烧，放出能量使反应持续到完全结束。
● 最终燃烧产物为泡沫状固体，研磨后即得到淡黄色荧光粉。将制作好的样品，放
入准备好的袋中，称量样品质量并记录。
2.3.2 实验流程图
图2.1 工艺流程图 Fig 2.1 Technical flow chart
2.4 实验方案
本次实验采取正交实验设计方案，选取四因素三水平正交实验法。其突出特点是用部分实验来代替全面实验，最后通过对实验结果的对比分析，进而了解全面实验情况。这样做大大减少了全面实验的工作量，降低了实验繁琐程度是实验优化的常用技术之一。
实验所选取的因素及水平变量如表2.4所示，其L9(34)正交实验设计如表2.6所示。
表2.4 因素水平表 Table 2.4 Level of factor
因素
水平
A燃烧剂比例
1 2 3
1：1.0 1：1.5 1：2.0
B掺杂比例 100:1 100:2 100:3
C燃烧温度(℃)
600 650 700
D燃烧时间（min）
10 15 20
说明：
1) 燃烧剂比例为金属阳离子与尿素的摩尔量之比，因为B液中阳离子极少，在试验
误差允许范围内，只计算加入A液中的金属阳离子量。 2) 掺杂比例为所得样品中钇离子与铈离子的摩尔量只比。
3) 考虑到实验中有关数据的记录计算方便，在正交设计实验表中，我们将直接用A
液B液的添加比例来表示掺杂比例，其对照表如表2.5所示。
表2.5 数据对照表 Table 2.5 Cross-references
掺杂比例 100:1 100:2 100:3
A液体积（ml）
15l 15 15l
钇离子量(mol) 2.25E-3 2.25E-3 2.25E-3
B液体积（ml）
1.5 3.0 4.5
铈离子量（mol）
0.0225E-3 0.0450E-3 0.0675E-3
表2.6 L9(3)正交实验表 Table 2.6 L9(3) Orthogonal array
因素
实验号
A燃烧剂比例
1 2 3 4 5 6 7 8 9
1:1.0(0.3604g) 1:1.0(0.3604g) 1:1.0(0.3604g) 1:1.5(0.5405g) 1:1.5(0.5405g) 1:1.5(0.5405g) 1:2.0(0.7207g) 1:2.0(0.7207g) 1:2.0(0.7207g)
B掺杂比例 15ml:1.5ml 15ml:3.0ml 15ml:4.5ml 15ml:1.5ml 15ml:3.0ml 15ml:4.5ml 15ml:1.5ml 15ml:3.0ml 15ml:4.5ml
C燃烧温度（℃） D燃烧时间（min）
600 650 700 650 700 600 700 650 600
10 15 20 20 10 15 15 20 10
4
4
第三章 实验结果及性能测试分析
3.1 实验样品的测试
● 本次实验使用燃烧法共制得9组样品（如图3.1所示），由图可以看出所得样品
为淡黄色固体粉末。
● 将样品依次放入荧光光谱仪分别测试其发射光谱与激发光谱，所得峰位数据如表
3.1所示。
● 将所得数据利用origin绘图软件制图，可得实验样品的发射光谱与激发光谱分别
如图3.2和图3.3所示。
● 利用极差分析法对实验数据进行分析，排出各因素对实验样品影响的主次顺序，
找出实验指标随因子变化的规律和趋势，以找到实验的最优化方案。
● 对实验样品的激发光谱与发射光谱进行分析，找出实验过程中的纰漏和不足之
处，用以之后实验改进。
图3.1 实验样品 Fig 3.1 Experimental sample
表3.1 样品实验数据表 Table 3.1 Data of experiment
因素
实验号
A
1 2 3 4 5 6 7 8 9
1:1.0 1:1.0 1:1.0 1:1.5 1:1.5 1:1.5 1:2.0) 1:2.0 1:2.0
B 100：1 100：2 100：3 100：1 100：2 100：3 100：1 100：2 100：3
C 600 650 700 650 700 600 700 650 600
D 10 15 20 20 10 15 15 20 10
（nm） 454.2 446.8 446.0 483.6 477.0 485.4 475.0 477.8 476.8
(.a.u) 343.3 326.8 315 1074 611.2 1011 1570 3930 1960
(nm) 724.0 724.2 724.0 722.4 713.2 722.8 551.4 555.4 543.2
128 81.14 66.42 206.9 186.1 236.6 726 3092 1748
激发峰位
强度
发射峰位
强度(.a.u)
由上表可以看出，第8组具有最强的发射强度和激发强度，是9组实验样品中试验效果最好的。而这是从实验中选择出的最优水平组合。但是正交实验设计所选取的只是全面实验34=81次实验中的九分之一，在其余试验中可能存在更优的水平组合被漏掉。这就需要我们对实验数据进行进一步的理论研究分析，确定第二组是否为最优水平。
图3.2 发射谱
Fig 3.2 Emission spectra
图3.3 激发谱 Fig 3.3 Excitation spectra
3.2 实验数据处理与分析
3.2.1 确定实验因素的最优值和最优水平组合
实验效果的好坏体现在实验指标数据的好坏，往往实验的偏差越小越好。把在每个水平上的重复实验的各指标数据加起来，即对各水平的好几次重复实验的指标求和，称作指标和，我们用Ki来表示（i表示水平顺序号）或再取这个水平响应指标求和的平均值，称作指标平均值，用ki表示。用Ki或ki就可以比较出这个因素的各水平实验中，哪个是最优水平了[11]。而我们所需要的最优水平组合，就是各个因素中的最优水平组合到一起得到的。
考虑到发射谱峰位的误差与试验中可能出现的差错，本次实验以激发谱作为基础数据进行正交实验分析。
第一列中燃烧剂比例（A）因素的三个水平的Ki和平均值ki为：
K1A=343.3+326.8+315=985.1
k1A=K1A/3=985.1/3=328.37
K2A=1074+611.2+1011=2696.2
k2A=K2A/3=2696.2/3=898.73
K3A=1570+3930+1960=7460
k3A=K3A/3=7460/3=2486.67
其中1,2,3分别对应燃烧剂比例1：1.0，1：2.0，1：3.0。
第二列中掺杂比例（B）因素的三个水平的Ki和平均值ki为：
K1B=343.3+1074+1570=2987.3
k1B=K1B/3=2987.3/3=995.77
K2B=326.8+611.2+3930=4868
k2B=K2B/3=4868/3=1622.67
K3B=315+1011+1960=3286
k3B=K3B/3=3286/3=1095.33
其中1,2,3分别对应掺杂比例为100：1，100：2，100：3。
第三列中燃烧温度（C）因素的三个水平的Ki和平均值ki为：
K1C=343.3+1011+1960=3314.3
k1C=K1C/3=3314.1/3=1104.77
K2C=326.8+1074+3930=5330.8
k2C=K2C/3=5330.8/3=1776.93
K3C=315+611.2+1570=2496.2
k3C=K3C/3=2496.2/3=832.07
其中1,2,3分别对应的燃烧温度为600℃，650℃，700℃。
第四列中燃烧时间（D）因素的三个水平的Ki和平均值ki为：
K1D=343.3+611.2+1960=2914.5
k1D=K1D/3=2914.5/3=971.5
K2D=326.8+1011+1570=2907.8
k2D=K2D/3=2907.8/3=969.27
K3D=315+1074+3930=5319
k3D=K3D/3=5319/3=1773
其中1,2,3分别对应燃烧时间为10min，15min，20min。
对以上数据进行分析，我们可以看出：在A因素（燃烧剂比例）的三个水平中指标kiA值最大的是k3A；在B因素（掺杂比例）的三个水平中指标kiB值最大的是k2B；在C因素（燃烧温度）的三个水平中指标kic值最大的为k2C；在D因素（燃烧时间）的三个水平中指标kiD值最大的为k3D。所以，理论上的各条件的最优值应该是燃烧剂比例为1：2.0，掺杂比例为100：2，燃烧温度为650℃，燃烧时间为20min。最优水平组合是以上四个最优值的组合。
因此第8组样品所使用的制备条件，即为最优制备方案。
3.2.2 确定影响因素的主次顺序
在一个实验中有M个因素，各因素在影响指标中所起的实际作用是各不相同的。在正交实验方案中，我们可以根据极差Rj的大小，来判断各实验因素对实验指标的影响的主次顺序。比较各R值的大小，R值越大的表示该因素对实验指标的影响越大，因素更为重要[11]。
极差R的定义：表示该实验因素在其相应的取值范围内，所引起实验指标变化的幅度大小。
R=max（Ki）- min（Ki）
我们根据上一节中的数据计算极差R：
对于因素A（燃烧剂比例），R的值为：
RA=K3A-K1A=7460-985.1=6474.9
对于因素B（掺杂比例），R的值为：
RB=K2B-K1B=4868-2987.3=1880.7
对于因素C（燃烧温度），R的值为：
RC=K2C-K3C=5330.8-2490.2=2840.6
对于因素D（燃烧时间），R的值为：
RD=K3D-K2D=5319-2907.8=2411.2
对以上数据进行分析，我们可以得出在本次试验中，对实验指标影响最大的因素为燃烧剂的添加比例，其次为燃烧温度和燃烧时间，而掺杂比例的影响最小。
3.3 YAG：Ce3+荧光粉的光谱分析
3.3.1 YAG：Ce3+荧光粉的激发与发射光谱
本次实验所得的9组YAG：Ce3+荧光粉中，发光最好的为第8组实验样品，其激发光谱和发射光谱分别如图3.4和图3.5所示。
图3.4 激发谱
Fig 3.4 Excitation spectra
图3.5 发射谱
Fig 3.5 Emission spectra
我们可以在470nm处很好的检测到其激发峰，其强度为3930.a.u。可见该类荧光粉在蓝光的照射下具有很高的激发强度。同时当我们用波长为477nm的光照射荧光粉时，可以得到Ce3+的发射光谱，其峰值在555.4nm处，样品发黄光，与我们实验之前所查数据非常吻合。
3.3.2 燃烧剂（尿素）用量对发光强度的影响
通过对图3.2的分析，我们可以看出从第1组到第6组，均没有明显的发光现象（如图3.6），而在第7、8、9组样品的发射谱中，能清楚的观察到550nm附近有很强的发射峰存在。在图3.3中，我们同样能看出随着尿素使用量的增加激发峰的强度明显变得愈来愈高。
可以得出，当燃烧剂使用量不足时，YAG：Ce3+荧光粉不具备荧光效应。其原因可能是三价的铈被氧化为四价铈，而四价铈是不发光的。这也就致使我们所制备的荧光粉没有荧光现象。同时也是由于发射光谱的问题，我们在上文中及以后采用样品的激发强度进行正交实验分析。
我们在制备样品时，之所以加入少许尿素，是考虑到尿素的大量使用所导致的剧烈燃烧反应，可能会对实验设备等造成损坏，这也就导致在实验过程中采取保守的方式计算尿素的用量。而实际结果确实如此，当我们使用1：2.0的尿素加入量时，会导致坩埚和托盘的损毁。
而我们按照2.3式，计算尿素的理论用量应该为8：20，也就是大概在1：2.0左右，而实验中所加尿素最大值才到1：2.0，另外考虑到尿素挥发损失等因素的影响，在实验中所用尿素量是严重不足的。
由于实验条件的限制，实验只能进行到这一步，希望后续工作者在条件允许的情况下，在试验过程中加入足量尿素，进一步探究燃烧剂用量对样品发光性能的影响，进而验证笔者的推理猜想。
图3.6 发射谱
Fig 3.6 Emission spectra
3.3.3 掺杂比例与燃烧温度对荧光粉激发强度的影响
当掺杂比例分别为100：1，100：2，100：3时，所得激发强度实验指标的kiB值分别为995.7、1622.67、1095.33，可以得出，掺杂比例与激发强度并没有必然的线性关系。当掺杂比例为100：2时，实验效果最为明显（如图3.7）。及在YAG：Ce3+荧光粉的化学式Y3-XCeXAl5O12中，当X取值为0.06时效果最佳。
同理通过对燃烧温度的kiC值的分析，我们可以看出燃烧温度与样品激发强度同样没有必然的线性关系（如图3.7），当燃烧温度为650℃时，我们可以得到最优的实验结果。
3.3.4 燃烧时间对荧光粉激发强度的影响
当燃烧时间分别为10min、15min、20min时，计算所得激发强度指标分别为971.5、969.27、1773。可见当燃烧时间为20min是激发强度会有明显的加强（如图3.7）。
从理论上来说，燃烧法制备荧光粉试验中，试剂的燃烧是一个急速反应的过程，实际燃烧过程大概只需要2-3min，而本实验结果可以看出，实际反应完成之后的保温时间同样是一个非常重要的过程。燃烧完成后，保温退火过程可以是样品中的水分进一步挥发有机物和硝酸根也会进行后续的缓慢燃烧，同时生成的气体会使样品体积膨胀，使粉末具有更好的分散性[12]。
图3.7 因素水平对激发强度的影响
Fig 3.7 Level of factor
第4章 结论
4.1 结论
本次实验探究采用燃烧法，成功制备了YAG：Ce3+荧光粉样品，并借助荧光光谱仪对其发射光谱与激发光谱进行了测定与分析。通过对荧光粉的激发谱与发射谱的正交实验分析，对该荧光粉的制备方法及因素条件进行了探究并得到以下结论。
1．以硝酸铝、硝酸钇、硝酸铈、尿素等药剂为原料，能够成功合成以Ce3+为激活剂，以YAG为基质的荧光粉。
2．YAG：Ce3+荧光粉的激发波长为470nm左右，即用蓝光激发。其发射光为波长在550nm附近的黄光。
3．本次实验通过正交实验设计及实验结果分析确定了最优实验条件为：燃烧剂比例1：2.0，掺杂比例为100：2，燃烧温度为650℃，燃烧时间为20min。
4．燃烧剂使用量确定：燃烧剂比例最好为1：2.0或者更高，增加燃烧剂的比例有助于增强荧光粉的发光效果。
5．荧光粉激发强度并非随着掺杂比例的增加而增加，二者没有线性关系，当Ce3+所占比例为0.06时，可以得到最佳实验结果。
6．燃烧温度对实验样品有一定的影响，但二者并非线性关系，本次实验在650℃得到最优实验结果。
7．燃烧时间对试验样品的激发谱和发射谱强度有一定影响，燃烧反应结束后，经历一定的保温过程有助于样品的后续反应燃烧，可以使荧光粉具有更好的发光效果。
4.2 存在的不足与展望
本次实验中还存在许多不足有待完善，例如我们本应增加尿素的用量进行后续实验，但由于实验设备、实验时间不足等原因无法继续进行。实际上试验中所使用陶瓷坩埚无法耐受燃烧法制备时产生的高温，几乎每次样品制备都会有损毁。这也是我们的实验条件所不允许的。
在今后条件允许的情况下，我们还应设计进行一下实验：
1．增加尿素的使用量例如比例为1：3、1：4等，或者可以将尿素与阳离子的比换为尿素与阳离子化合价总和的比例。
2．我们在实验中已经探究出燃烧过后一定的恒温保温时间，有助于样品的后续燃烧反应，因此还应设计保温时间因素，进一步探究其对样品发光强度的影响。
3．实验中所使用的荧光光谱仪是比较老旧的仪器，所测数据难免出现偏差，而且由于实验设备条件，每一次测试之后无法得到完善的清洗处理，这些因素也会导致实验的误差出现，在以后的实验中应该尽量注意避免。
4．溶液配制时间与燃烧试验时间相差过久，可能导致实验误差的出现，我们可以进一步采用固体溶解的方式进行实验，即将反应物固体粉末称量完成后直接放入坩埚中，再加水溶解。这样可以避免因为溶液浓度不均所导致的误差。
5．实验无法保证在还原氛围中进行，这可能导致三价铈被氧化为四价铈，而四价铈是不具备荧光效应的，因此我们在条件允许的条件下需要在还原氛围中进行进一步的探究。
6．我们不应只局限于测试样品的激发光谱与发射光谱，还应对实验所得样品进行晶像实验、激光粒度测试等后续工作。这些工作对于荧光粉的制备研究都是具有很大意义的。
综上所述，本次实验主要目的在于采用正交实验方法去探究，燃烧法合成YAG：Ce3+荧光粉时，所应采取的最佳因素水平，以及各个因素水平对样品性能造成的可能影响，为高效、快捷的燃烧制备法进入工业生产领域提供更多的数据实验参考。我们的实验成果虽然有些许纰漏，但总的来说已经达到了初期实验目的。
也希望后续同学、老师能在参考本篇毕业设计的基础上，进行更为完善的实验探索。进一步研究其在白光LED上的应用；在不同的制备条件下，荧光粉的发光效果如何等问题。
参考文献
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构和发光性能[J].无机化学学报，2005，8：1203-1207.
致谢
在本次毕业设计的工作中，首先对尊敬的徐晓娟老师表示衷心的感谢！徐老师在实验过程中给予了我很多的鼓励和指导。从选题到结束，徐老师的帮助对本次实验设计的成功，起到了无比重要的作用。无论是在实验过程还是论文的写作、修改的工作中，都融入了徐老师大量的时间和心血。
本次论文过程中同样得到了徐富献同学的大量帮助，在实验操作、样品测试、数据分析等过程中都得到他的大力协助。
在试验数据测试的工作中还得到了辽宁大学物理学院研究生王东鑫学长的帮助，在此表示衷心的感谢。
最后，感谢各位老师、朋友及家人的关心、支持和鼓励。
刘谦
2016年4月 于沈阳
毕业论文（设计）
题 目： 燃烧法制备YAG：Ce3+荧光粉 院 系： 物理学院 专 业： 应用物理 姓 名： 刘谦 指导教师： 完成日期： 二〇一六年五月
摘 要
稀土发光材料以其长余辉时间、高发光亮度以及无辐射无污染等优异特点，成为了当前国内外研究的热点方向。稀土发光材料包括基质和激活剂两部分组成，其主要合成方法包括高温固相法、溶胶-凝胶法、燃烧法等。燃烧法作为一种新型的合成方法，即便研究时间较短，但是仍然表现出了极高的应用前景。
而白光LED作为一种节能、高效、环保、长寿命的新型固态照明技术，被誉为第四代新型照明光源。有关白光LED方面的探索也将是稀土研究的重要方向。本论文将采用燃烧法制备白光LED的主要原料YAG：Ce3+荧光粉，并探究其最佳的制备条件和制备方案。
本次实验采用低温燃烧法合成YAG：Ce3+光致发光荧光粉,以A1(N03)3·9H20, Y(N03)3·6H20 和 Ce(N03)3·6H20 为氧化剂采用尿素作为还原剂。并用荧光光谱仪对YAG：Ce3+粉体的激发光谱、发射光谱进行测试。实验结果表明：
1.燃烧温度与激发强度没有线性关系。
2.Ce3+的掺杂比例并非越高越好，其最佳掺杂比例为0.06。
3.尿素的加入比例对实验结果有很大的影响，尿素加入量过少将无法成功制备出发光粉体。
4.一定的燃烧时间有助于粉体性能的增强，随燃烧时间的增加粉体激发强度将逐渐变高。
关键词：YAG荧光粉；燃烧合成；发光材料；稀土
Abstract
Rare earth luminescent materials with high brightness, long luminous time and no radiation no pollution and excellent characteristics, has become a hot research direction at home and abroad. Rare earth luminescent material is composed of two parts, the matrix and the activator. The main synthesis methods include high temperature solid state method, sol- gel method, combustion method and so on. As a new synthesis method, combustion method, even though the research time is short, still has a very high application prospect.
The white LED as an energy efficient, environmentally friendly, the new long-life solid-state lighting technology, known as the fourth generation of new lighting. The exploration of white LED will be an important direction of rare earth research. In this paper, we will use the combustion method to prepare the YAG:Ce3+ phosphor which is the main raw material of white LED , and explore the best preparation conditions and preparation method .
The YAG: Ce3+ was prepared by low-temperature combustion phosphors synthesis method, process with A1(N03)3·9H20, Y(N03)3·6H20 and Ce(N03)3·6H20 as oxidant and urea as reducing agent. The excitation spectrum and emission spectrum of YAG:Ce3+ powder were tested by fluorescence spectrum.Experimental results show that:
1．There is no linear relationship between the combustion temperature and the excitation intensity.
2．Ce3+ doping ratio is not the bigger the better, the best doping ratio is 0.06.
3．The addition of urea has a great influence on the experimental results, if the amount of urea is too small, we will not be able to successfully prepare the luminous powder.
4．The combustion time is helpful to enhance the performance of the powder, and the excitation intensity of the powder will gradually increase with the increase of the combustion time.
Key words: YAG phosphor；Combustion synthesis；Luminescence materials；Rare earth
目录
引言 ..................................................... 1
第1章 燃烧法和稀土发光材料简介 .......................... 2
1.1 稀土发光材料 ............................................... 2
1.1.1 发光的基本原理 ....................................... 2
1.1.2 稀土发光材料的分类及应用 ............................. 2
1.2 发光材料的主要合成方法 ..................................... 3
1.2.1 溶胶—凝胶法 ......................................... 3
1.2.2 高温固相法 ........................................... 3
1.2.3 燃烧法 ............................................... 4
1.3 YAG：Ce3+荧光粉 ............................................ 5
1.3.1 YAG：Ce3+荧光粉简介 .................................. 5
1.3.2 YAG：Ce3+荧光粉的发光机理 ............................. 5
1.3.3 白光LED的优点 ....................................... 6
1.4 稀土发光材料的研究现状及问题 ............................... 7
第二章 YAG：Ce3+荧光粉的合成制备 .......................... 8
2.1 反应基本原理 ............................................... 8
2.2 实验材料及实验仪器 ......................................... 8
2.2.1 实验药品 ............................................. 8
2.2.2 实验设备 ............................................. 9
2.3 样品制备 .................................................. 10
2.3.1 样品制备过程 ........................................ 10
2.3.2 实验流程图 .......................................... 10
2.4 实验方案 .................................................. 11
第三章 实验结果及性能测试分析 ........................... 13
3.1 实验样品的测试 ............................................ 13
3.2 实验数据处理与分析 ........................................ 16
3.2.1 确定实验因素的最优值和最优水平组合 .................. 16
3.2.2 确定影响因素的主次顺序 .............................. 17
3.3 YAG：Ce3+荧光粉的光谱分析 .................................. 18
3.3.1 YAG：Ce3+荧光粉的激发与发射光谱 ..................... 18
3.3.2 燃烧剂（尿素）用量对发光强度的影响 .................. 19
3.3.3 掺杂比例与燃烧温度对荧光粉激发强度的影响 ............ 20
3.3.4 燃烧时间对荧光粉激发强度的影响 ...................... 21
第4章 结论 ............................................. 22
4.1 结论 ...................................................... 22
4.2 存在的不足与展望 .......................................... 22
参考文献 ................................................ 24
致谢 .................................................... 25
引言
我国拥有十分丰富的稀土资源，在现有的已查明世界稀土元素中，80%的稀土资源储存在我国，并且种类十分齐全。而随着技术水平的发展，我国的稀土产量也在稳步提升。
而我们大规模的生产稀土用来出口的同时，我国商业生产乃至军工产业所急需的各种稀土材料及其后续研发产品却严重依赖于进口。这足以体现我国在相关科研方面的薄弱，可见有关稀土材料的深入研究与发展已经迫在眉睫了。
在稀土资源的领域，有关发光材料的合成制备及其应用尤为引人关注。稀土发光材料在信息、航天航空、能源、生物技术和环境科学等领域有着相当广泛的应用前景，对全球信息高速公路的建设以及国家经济和科技的发展同样有着举足轻重的作用[1]。而伴随着能源危机的不断加剧，在照明领域使用稀土节能灯的优势也变得越来越明显。
我国对于燃烧法制备稀土发光材料的研究进行较早，相关制备技术也已经逐步走在世界前列。因而本文选择使用燃烧法制备YAG：Ce3+荧光粉，它作为制备白光LED的关键材料，其独有的发光特性对白光LED的发光亮度和使用寿命都有着十分重要的影响[2]。白光LED是一种利用半导体技术制造的冷光源，在其照明体系内部不含水银而且具有耗能少、体积小、使用寿命长的优点。它作为一种第四代新型照明光源，在高效节能和环境生态保护方面体现出了十分突出的优势。
综上所述，目前对于燃烧法制备稀土发光材料的研究具有明显且突出的意义，性能优良的合成材料有助于我国将巨大地资源优势转变为商业优势和军事基础。同时也希望广大科研工作者能够更加重视相关领域的研究发现，让我国能在稀土材料的制备应用方面能够占有一席之地。
第1章 燃烧法和稀土发光材料简介
1.1 稀土发光材料
1.1.1 发光的基本原理
发光是一种物体把所自身吸收的能量，不经过热的阶段，直接转化为特征辐射的现象。
发光现象广泛的存在于各种各样的材料中，在绝缘体、半导体乃至生物领域中都能观察到不同形式的发光现象。不同的发光材料其发光方式也各不相同，主要发光类型有：阴极射线发光、光致发光、电致发光、辐射发光等。
1.1.2 稀土发光材料的分类及应用
稀土元素在发光材料中可以分别扮演激活剂和基质材料两种不同的角色。其中基质指的是作为材料主体的化合物，而在基质中作为发光中心而掺入的离子则称为激活剂。
稀土发光材料根据放光方式的不同也分为以下几类[1]：
（1）阴极射线发光材料：通过阴极射线管中所产生的高能电子激光束激发从而产生发光。主要应用为彩电的荧光屏，例如其中红色红色荧光粉是激活态的含铕化合物，通常为YVO4:Eu，Y2O3:Eu，Y2O2S:Eu。
（2）光致发光材料：在红外光、可见光或者紫外光的激发下能够出现发光现象的材料。
（3）电致发光材料：是指通过依靠电场的激发而产生发光现象的材料，即将电能直接转换为光能的发光材料。
（4）X射线稀土发光材料：X射线发光材料的发光原理与光致发光材料并不相同，但是其与阴极射线荧光粉相似。由于X射线具有高穿透性，所以当我们用它作为激发光源时，发出的射线光子能量非常大。
（5）其他稀土发光材料：除了上述四类外，还有许多发光材料属于稀土发光材料，例如稀土转换发光材料、稀土闪烁体、稀土热释发光材料等。
[3]
1.2 发光材料的主要合成方法
随着发光材料的研发和应用的不断深化，人们对发光材料的需求也越来越大。在此基础上，发现了许多有关发光材料的合成办法。针对各种基质的特点，相应的发展出了溶胶-凝胶法、燃烧合成法、微波加热法、高温固相法、水热法、喷雾热解法、化学沉淀法、电弧法等制备技术。
以下介绍几种发光材料的主要合成方法：
1.2.1 溶胶—凝胶法
溶胶—凝胶法是一种在低温下合成材料的新式工艺，有关它最早的应用是在玻璃合成的领域，但近十多年来，溶胶-凝胶法一直是玻璃陶瓷等先进材料合成技术研究的热点。
所谓的溶胶—凝胶法，其原理是用组成元素所需要的金属无机或者有机化合物作为先导，经过水解之后形成凝胶，将这些凝胶经过烘干的过程后制成玻璃粉末并进一步成型，之后在较低温度下进行烧结，进而形成玻璃陶瓷。溶胶—凝胶法也是一种应用前景十分广泛的合成方法。
利用溶胶一凝胶法制备发光材料时，需要提前把选好的基质材料配制成溶液，再配以激活剂、助溶剂等的有机化合物溶液并混合均匀，溶液静化数小时后可形成凝胶，再经过经干燥、灼烧等工序除去有机物后，在一定环境下烧结成产品，即可得到发光材料粉体。
这种方法最大的优点便是烧结温度低、反应更容易控制，而且制备出的放光材料具有良好的均匀性。但是它也存在制作成本高、操作工序繁琐、生产周期长等缺点。
1.2.2 高温固相法
高温固相法是制备发光材料的一种传统方法，其应用范围相对来说也更为广泛。 利用固相反应制备多晶粉末是以固态物质作为初始原料，使固体颗粒直接参与化学反应，反应是在颗粒的界面进行的。因而进行高温固相反应所需的充要条件便是反应物能够相互接触，因此反应原料颗粒越细，也就会更加有利于固相反应的进行。因此将反应物进行研磨并充分的混合均匀是进行高温固相反应所必须要进行的准备工
作[1]。
我们在利用固相反应法制备发光材料时往往加入适量的助溶剂，这是由于体系中存在气相或液相能够加速物质的传输与接触。利用固相反应法制备发光材料具有晶化程度高、发光颜色纯、发光亮度高等特点，因此固相反应法是目前制备发光材料的主要方法之一。
1.2.3 燃烧法
燃烧合成法是指利用前驱体的燃烧合成所需材料的一种便捷方法，是近年来才应用于发光材料合成的新型合成方法[4]，也是本文进行实验将要采取的方法。
最早将燃烧法应用于发光材料制备领域的是印度的Kingsley，1990年他首次发展了发光材料的燃烧法制备技术[5]。燃烧法合成发光材料的具体过程是：将反应物和助燃剂一起溶于水中，经过充分搅拌均匀后，浓缩制备成为前驱物，将前驱物放进坩埚中并置于一定炉温的高温燃烧炉中加热，当前驱物达到放热反应的触发温度时，会以某种方式自燃，随后反应由前面燃烧放出的热量维持，燃烧所得产物即为我们所需合成产物[1]。
燃烧法的主要反应原理是将反应所需原料制成相应的硝酸盐，再加入相应比例的燃料作为还原剂，在一定的温度下加热几分钟后，发生剧烈的氧化还原反应，并且溢出大量气体，进而燃烧，几十秒钟之后即可得到疏松的泡沫状发光材料。
燃烧法合成发光材料具有以下几个突出优点：
（1）完全依靠之前放热反应所提供的热量，自发产生的高温可以使燃烧反应在一瞬间之内。
（2）燃烧法使制备所需求炉温大大降低，合成时间缩短，制备工艺更为简便。
（3）产品质量更加均匀、晶相更为单一并且节约能源、节约成本[6]。
燃烧法合成发光材料与其他方法相比的最大优点就是快速与节能。燃烧法合成的整个反应速度非常快，反应效率也很高，整个反应过程仅仅只需要几分钟。由于燃烧合成反应是在实验原料混合物内部进行的，其反应产生的大量热也就可以直接用于材料的合成，无需热量从外部进行传递的过程，因此并不需要很高的炉温条件[1]。
1.3 YAG：Ce3+荧光粉
1.3.1 YAG：Ce3+荧光粉简介
所谓YAG：Ce3+荧光粉是指以钇铝石榴石Y3Al5O12作为基质，以Ce3+离子作为激活剂掺杂替换其中的Y3+离子得到的发光材料其化学式为Y3-XCeXAl5O12。对YAG荧光粉的研究起始于上世纪70年代，当时人们主要将其应用于有关飞点扫描仪的相关领域。
1996年日本日亚化学公司研究发现，发黄光的钇铝石榴石荧光粉（YAG：Ce3+）加以配合蓝光发光二极管产生的白光可用来照明，从此开创了白光LED时代。YAG：Ce3+荧光粉也从此以新的身份进入发光材料领域，进而引起了人们的极大关注[7]。我国自进入21世纪以来就设立了“半导体照明工程”的国家及计划，主要从事有关LED发光和荧光粉等相关领域的研究。
1.3.2 YAG：Ce3+荧光粉的发光机理
上文提到发光的基本原理是物体把吸收的能量，转换为特征辐射。同样稀土的发光也是由于稀土离子内部的4f能级电子在不同的能级之间相互跃迁所产生的，其吸收和发射光谱的信息[8]，如图2.1所示。
稀土发光材料的发光性质取决于其基质与掺杂，Ce3+激活的YAG荧光粉的发光是由于5d 电子向4f跃迁引起的，5d电子因处于外裸露状态，其跃迁能量也会随着晶体的环境改变而发生相应的变化。因此我们可以通过改变基质的组成使荧光粉的光谱峰值产生相应的变化[9]。
YAG：Ce3+荧光粉的激发与发射光谱图如图1.2所示。由图片可以看出，YAG：Ce3+荧光粉的激发峰在460 nm附近，与蓝光发光二极管的发射光谱可以匹配的非常好，而其发射峰值在570 nm附近，是一个半宽为120 nm的宽带谱。因此，YAG：Ce3+荧光粉作为目前制备白光LED的主要材料，具有很好的应用发展前景[9]。
图1.1 稀土离子的能级和光谱项
Fig 1.1 Energy level diagrams of the trivalent lanthanon
图1.2 YAG：Ce3+荧光粉的激发与发射光谱 Fig 1.2 Excitation spectra and emission spectra
1.3.3 白光LED的优点
现在我们所使用的照明工具主要以白炽灯和荧光灯为主。白炽灯存在发光效率
低、寿命短等缺陷，而现阶段所使用的各种各样的荧光灯也都含有水银等有害物质。白光LED的成功研制使得人们对照明工具节能、环保的高需求成为可能。与传统的照明光源相比白光LED具有以下突出优势：
（1）能耗低，可见光转换效率高，使用寿命长。 （2）安全、环保、无污染，不含有对人体有害物质。 （3）光色纯，光线质量高且器件应用更为灵活[10]。
就目前来看白光LED已经在大屏幕显示、照明系统、通讯产品、交通信号灯和仪器仪表指示等领域得到了初步，且具有广阔的应用前景，已经逐步成为众多研究机构和生产厂商争相投资的热点。
1.4 稀土发光材料的研究现状及问题
稀土发光材料不仅具有十分优越的光稳定性、热稳定性和化学稳定性，还具有发光亮度高、余辉寿命长、不含有害物质等特点[4]，这也使得它成为国内外研究的热点。自20世纪90年代以来，许多有关光致发光材料的研究被媒体所报道。
在发光材料的合成方法上，目前最为成熟的是高温固相反应制备方法，而且已有的工业化生产均是采用高温固相法，但是其反应温度高、反应时间长、耗能高导致的高额成本同样也是该方法难以克服的缺陷。为了实现更加简单、快速、节能、高效、优质地合成稀土发光材料的目标，新的合成方法的研究已经迫在眉睫。
在新的合成方法的研究中，低温燃烧合成法仍然是一种及有前景的合成制备方法，近年来受到广范科研工作者的高度注重。我国将燃烧合成这一技术应用于发光材料的研究领域起步于20世纪90年代中期，几乎与国外发达国家同步进行。近年来国内对燃烧法合成发光材料的研究虽多，并相继取得了许多研究成果，但仍然存在一些迫切需要解决的问题。例如燃烧法燃烧法虽然在发光材料合成中表现出极大的前景，但其合成工艺仍然不够成熟合成产物的发光性能也不太优良等等，这些问题也成为使燃烧法得到广泛应用的障碍。
第二章 YAG：Ce3+荧光粉的合成制备
2.1 反应基本原理
本次实验采用燃烧法制备YAG：Ce3+荧光粉，燃烧法的基本原理如前文所述是通过前驱体的燃烧放热并维持后续反应进而获得材料。本次实验以尿素为燃烧剂，化学反应原理如下式所示：
2M(NO3)3→M2O3+6NO2↑+3/2O2↑ （2.1）
CH4N2O+H2O+2NO2→2NH3↑+CO2↑+2O2↑+N2↑ （2.2）
上式中的M2O3可以表示为（Y3/8Al5/8）2O3。
所以有低温燃烧合成YAG的总反应方程式如下式：
5Al(NO3)3+3Y(NO3)3+20CH4N2O→Y3Al5O12+20CO2↑+40H2O+32N2↑ （2.3）燃烧法制备过程中以Ce3+作为激活剂替换作为基质的YAG中的部分Y3+，进而制备得到YAG：Ce3+荧光粉，其化学式为Y3-XCeXAl5O12。
2.2 实验材料及实验仪器
2.2.1 实验药品
本次论文实验过程中用到的化学药品及其相关信息如表2.1所示。
表2.1 实验原料清单 Table 2.1 Experimental drugs
药品名称 氧化钇 硝酸 硝酸铝 硝酸亚铈 尿素
化学式 Y2O3 HNO3 Al(NO3)3·9H2O Ce(N03)3·6H2O
CH4N2O
纯度 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯
生产厂商
国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司
2.2.2 实验设备
本次论文实验过程中所用到的实验工具名称及型号、数量信息如表2.2所示。
表2.2 实验工具 Table 2.2 Experimental tools
设备名称 烧杯 移液管 移液管 玻璃棒 电子天平 药匙 石棉手套 陶瓷坩埚 坩埚钳
型号 250ml 10ml 0.5ml — 0.0001（精确）
— — — 大
数量 2 1 1 1 1 4 2 6 1
说明：其他还需用到洗耳球、称量纸、标签等辅助工具。
本次论文实验过程中所用到的仪器名称及型号、生产厂商信息如表2.3所示。
表2.3 实验仪器
Table 2.3 Experimental apparatus
仪器名称 真空干燥箱 磁力搅拌机 高温烧结炉 激光粒度仪 静态氮吸附仪 荧光光谱仪
型号 DZF-1 DF-101S KSL-1700 BT9300H JW-BK112 F—4600
生产厂商 上海跃进医疗器械厂 上海玛尼仪器设备有限公司 合肥科晶材料技术有限公司 丹东百特仪器有限公司 北京精微高博科学技术有限公司
日立高新技术公司
2.3 样品制备
2.3.1 样品制备过程
● 称取适量高纯度氧化钇用硝酸溶解，并加入硝酸铝和适量纯水配制一定量Y3+：Al3+
为3：5的母液A。阳离子浓度为0.4mol/L。
● 称取适量硝酸亚铈与硝酸铝，加入适量纯水，配制一定量Ce3+：Al3+为3：5的稀
溶液B。阳离子浓度为0.04mol/L。
● 分别用移液管取一定量A、B溶液，并按照阳离子比例计算称取一定量尿素，加
入准备好的坩埚中。
● 将药品充分搅拌混匀后，使用坩埚钳将坩埚送入已经设定好温度的马弗炉内进行
燃烧并计时。
● 随着温度的升高，溶液中的水分开始不断蒸发，直至凝胶状态，并发生自蔓延燃
烧，放出能量使反应持续到完全结束。
● 最终燃烧产物为泡沫状固体，研磨后即得到淡黄色荧光粉。将制作好的样品，放
入准备好的袋中，称量样品质量并记录。
2.3.2 实验流程图
图2.1 工艺流程图 Fig 2.1 Technical flow chart
2.4 实验方案
本次实验采取正交实验设计方案，选取四因素三水平正交实验法。其突出特点是用部分实验来代替全面实验，最后通过对实验结果的对比分析，进而了解全面实验情况。这样做大大减少了全面实验的工作量，降低了实验繁琐程度是实验优化的常用技术之一。
实验所选取的因素及水平变量如表2.4所示，其L9(34)正交实验设计如表2.6所示。
表2.4 因素水平表 Table 2.4 Level of factor
因素
水平
A燃烧剂比例
1 2 3
1：1.0 1：1.5 1：2.0
B掺杂比例 100:1 100:2 100:3
C燃烧温度(℃)
600 650 700
D燃烧时间（min）
10 15 20
说明：
1) 燃烧剂比例为金属阳离子与尿素的摩尔量之比，因为B液中阳离子极少，在试验
误差允许范围内，只计算加入A液中的金属阳离子量。 2) 掺杂比例为所得样品中钇离子与铈离子的摩尔量只比。
3) 考虑到实验中有关数据的记录计算方便，在正交设计实验表中，我们将直接用A
液B液的添加比例来表示掺杂比例，其对照表如表2.5所示。
表2.5 数据对照表 Table 2.5 Cross-references
掺杂比例 100:1 100:2 100:3
A液体积（ml）
15l 15 15l
钇离子量(mol) 2.25E-3 2.25E-3 2.25E-3
B液体积（ml）
1.5 3.0 4.5
铈离子量（mol）
0.0225E-3 0.0450E-3 0.0675E-3
表2.6 L9(3)正交实验表 Table 2.6 L9(3) Orthogonal array
因素
实验号
A燃烧剂比例
1 2 3 4 5 6 7 8 9
1:1.0(0.3604g) 1:1.0(0.3604g) 1:1.0(0.3604g) 1:1.5(0.5405g) 1:1.5(0.5405g) 1:1.5(0.5405g) 1:2.0(0.7207g) 1:2.0(0.7207g) 1:2.0(0.7207g)
B掺杂比例 15ml:1.5ml 15ml:3.0ml 15ml:4.5ml 15ml:1.5ml 15ml:3.0ml 15ml:4.5ml 15ml:1.5ml 15ml:3.0ml 15ml:4.5ml
C燃烧温度（℃） D燃烧时间（min）
600 650 700 650 700 600 700 650 600
10 15 20 20 10 15 15 20 10
4
4
第三章 实验结果及性能测试分析
3.1 实验样品的测试
● 本次实验使用燃烧法共制得9组样品（如图3.1所示），由图可以看出所得样品
为淡黄色固体粉末。
● 将样品依次放入荧光光谱仪分别测试其发射光谱与激发光谱，所得峰位数据如表
3.1所示。
● 将所得数据利用origin绘图软件制图，可得实验样品的发射光谱与激发光谱分别
如图3.2和图3.3所示。
● 利用极差分析法对实验数据进行分析，排出各因素对实验样品影响的主次顺序，
找出实验指标随因子变化的规律和趋势，以找到实验的最优化方案。
● 对实验样品的激发光谱与发射光谱进行分析，找出实验过程中的纰漏和不足之
处，用以之后实验改进。
图3.1 实验样品 Fig 3.1 Experimental sample
表3.1 样品实验数据表 Table 3.1 Data of experiment
因素
实验号
A
1 2 3 4 5 6 7 8 9
1:1.0 1:1.0 1:1.0 1:1.5 1:1.5 1:1.5 1:2.0) 1:2.0 1:2.0
B 100：1 100：2 100：3 100：1 100：2 100：3 100：1 100：2 100：3
C 600 650 700 650 700 600 700 650 600
D 10 15 20 20 10 15 15 20 10
（nm） 454.2 446.8 446.0 483.6 477.0 485.4 475.0 477.8 476.8
(.a.u) 343.3 326.8 315 1074 611.2 1011 1570 3930 1960
(nm) 724.0 724.2 724.0 722.4 713.2 722.8 551.4 555.4 543.2
128 81.14 66.42 206.9 186.1 236.6 726 3092 1748
激发峰位
强度
发射峰位
强度(.a.u)
由上表可以看出，第8组具有最强的发射强度和激发强度，是9组实验样品中试验效果最好的。而这是从实验中选择出的最优水平组合。但是正交实验设计所选取的只是全面实验34=81次实验中的九分之一，在其余试验中可能存在更优的水平组合被漏掉。这就需要我们对实验数据进行进一步的理论研究分析，确定第二组是否为最优水平。
图3.2 发射谱
Fig 3.2 Emission spectra
图3.3 激发谱 Fig 3.3 Excitation spectra
3.2 实验数据处理与分析
3.2.1 确定实验因素的最优值和最优水平组合
实验效果的好坏体现在实验指标数据的好坏，往往实验的偏差越小越好。把在每个水平上的重复实验的各指标数据加起来，即对各水平的好几次重复实验的指标求和，称作指标和，我们用Ki来表示（i表示水平顺序号）或再取这个水平响应指标求和的平均值，称作指标平均值，用ki表示。用Ki或ki就可以比较出这个因素的各水平实验中，哪个是最优水平了[11]。而我们所需要的最优水平组合，就是各个因素中的最优水平组合到一起得到的。
考虑到发射谱峰位的误差与试验中可能出现的差错，本次实验以激发谱作为基础数据进行正交实验分析。
第一列中燃烧剂比例（A）因素的三个水平的Ki和平均值ki为：
K1A=343.3+326.8+315=985.1
k1A=K1A/3=985.1/3=328.37
K2A=1074+611.2+1011=2696.2
k2A=K2A/3=2696.2/3=898.73
K3A=1570+3930+1960=7460
k3A=K3A/3=7460/3=2486.67
其中1,2,3分别对应燃烧剂比例1：1.0，1：2.0，1：3.0。
第二列中掺杂比例（B）因素的三个水平的Ki和平均值ki为：
K1B=343.3+1074+1570=2987.3
k1B=K1B/3=2987.3/3=995.77
K2B=326.8+611.2+3930=4868
k2B=K2B/3=4868/3=1622.67
K3B=315+1011+1960=3286
k3B=K3B/3=3286/3=1095.33
其中1,2,3分别对应掺杂比例为100：1，100：2，100：3。
第三列中燃烧温度（C）因素的三个水平的Ki和平均值ki为：
K1C=343.3+1011+1960=3314.3
k1C=K1C/3=3314.1/3=1104.77
K2C=326.8+1074+3930=5330.8
k2C=K2C/3=5330.8/3=1776.93
K3C=315+611.2+1570=2496.2
k3C=K3C/3=2496.2/3=832.07
其中1,2,3分别对应的燃烧温度为600℃，650℃，700℃。
第四列中燃烧时间（D）因素的三个水平的Ki和平均值ki为：
K1D=343.3+611.2+1960=2914.5
k1D=K1D/3=2914.5/3=971.5
K2D=326.8+1011+1570=2907.8
k2D=K2D/3=2907.8/3=969.27
K3D=315+1074+3930=5319
k3D=K3D/3=5319/3=1773
其中1,2,3分别对应燃烧时间为10min，15min，20min。
对以上数据进行分析，我们可以看出：在A因素（燃烧剂比例）的三个水平中指标kiA值最大的是k3A；在B因素（掺杂比例）的三个水平中指标kiB值最大的是k2B；在C因素（燃烧温度）的三个水平中指标kic值最大的为k2C；在D因素（燃烧时间）的三个水平中指标kiD值最大的为k3D。所以，理论上的各条件的最优值应该是燃烧剂比例为1：2.0，掺杂比例为100：2，燃烧温度为650℃，燃烧时间为20min。最优水平组合是以上四个最优值的组合。
因此第8组样品所使用的制备条件，即为最优制备方案。
3.2.2 确定影响因素的主次顺序
在一个实验中有M个因素，各因素在影响指标中所起的实际作用是各不相同的。在正交实验方案中，我们可以根据极差Rj的大小，来判断各实验因素对实验指标的影响的主次顺序。比较各R值的大小，R值越大的表示该因素对实验指标的影响越大，因素更为重要[11]。
极差R的定义：表示该实验因素在其相应的取值范围内，所引起实验指标变化的幅度大小。
R=max（Ki）- min（Ki）
我们根据上一节中的数据计算极差R：
对于因素A（燃烧剂比例），R的值为：
RA=K3A-K1A=7460-985.1=6474.9
对于因素B（掺杂比例），R的值为：
RB=K2B-K1B=4868-2987.3=1880.7
对于因素C（燃烧温度），R的值为：
RC=K2C-K3C=5330.8-2490.2=2840.6
对于因素D（燃烧时间），R的值为：
RD=K3D-K2D=5319-2907.8=2411.2
对以上数据进行分析，我们可以得出在本次试验中，对实验指标影响最大的因素为燃烧剂的添加比例，其次为燃烧温度和燃烧时间，而掺杂比例的影响最小。
3.3 YAG：Ce3+荧光粉的光谱分析
3.3.1 YAG：Ce3+荧光粉的激发与发射光谱
本次实验所得的9组YAG：Ce3+荧光粉中，发光最好的为第8组实验样品，其激发光谱和发射光谱分别如图3.4和图3.5所示。
图3.4 激发谱
Fig 3.4 Excitation spectra
图3.5 发射谱
Fig 3.5 Emission spectra
我们可以在470nm处很好的检测到其激发峰，其强度为3930.a.u。可见该类荧光粉在蓝光的照射下具有很高的激发强度。同时当我们用波长为477nm的光照射荧光粉时，可以得到Ce3+的发射光谱，其峰值在555.4nm处，样品发黄光，与我们实验之前所查数据非常吻合。
3.3.2 燃烧剂（尿素）用量对发光强度的影响
通过对图3.2的分析，我们可以看出从第1组到第6组，均没有明显的发光现象（如图3.6），而在第7、8、9组样品的发射谱中，能清楚的观察到550nm附近有很强的发射峰存在。在图3.3中，我们同样能看出随着尿素使用量的增加激发峰的强度明显变得愈来愈高。
可以得出，当燃烧剂使用量不足时，YAG：Ce3+荧光粉不具备荧光效应。其原因可能是三价的铈被氧化为四价铈，而四价铈是不发光的。这也就致使我们所制备的荧光粉没有荧光现象。同时也是由于发射光谱的问题，我们在上文中及以后采用样品的激发强度进行正交实验分析。
我们在制备样品时，之所以加入少许尿素，是考虑到尿素的大量使用所导致的剧烈燃烧反应，可能会对实验设备等造成损坏，这也就导致在实验过程中采取保守的方式计算尿素的用量。而实际结果确实如此，当我们使用1：2.0的尿素加入量时，会导致坩埚和托盘的损毁。
而我们按照2.3式，计算尿素的理论用量应该为8：20，也就是大概在1：2.0左右，而实验中所加尿素最大值才到1：2.0，另外考虑到尿素挥发损失等因素的影响，在实验中所用尿素量是严重不足的。
由于实验条件的限制，实验只能进行到这一步，希望后续工作者在条件允许的情况下，在试验过程中加入足量尿素，进一步探究燃烧剂用量对样品发光性能的影响，进而验证笔者的推理猜想。
图3.6 发射谱
Fig 3.6 Emission spectra
3.3.3 掺杂比例与燃烧温度对荧光粉激发强度的影响
当掺杂比例分别为100：1，100：2，100：3时，所得激发强度实验指标的kiB值分别为995.7、1622.67、1095.33，可以得出，掺杂比例与激发强度并没有必然的线性关系。当掺杂比例为100：2时，实验效果最为明显（如图3.7）。及在YAG：Ce3+荧光粉的化学式Y3-XCeXAl5O12中，当X取值为0.06时效果最佳。
同理通过对燃烧温度的kiC值的分析，我们可以看出燃烧温度与样品激发强度同样没有必然的线性关系（如图3.7），当燃烧温度为650℃时，我们可以得到最优的实验结果。
3.3.4 燃烧时间对荧光粉激发强度的影响
当燃烧时间分别为10min、15min、20min时，计算所得激发强度指标分别为971.5、969.27、1773。可见当燃烧时间为20min是激发强度会有明显的加强（如图3.7）。
从理论上来说，燃烧法制备荧光粉试验中，试剂的燃烧是一个急速反应的过程，实际燃烧过程大概只需要2-3min，而本实验结果可以看出，实际反应完成之后的保温时间同样是一个非常重要的过程。燃烧完成后，保温退火过程可以是样品中的水分进一步挥发有机物和硝酸根也会进行后续的缓慢燃烧，同时生成的气体会使样品体积膨胀，使粉末具有更好的分散性[12]。
图3.7 因素水平对激发强度的影响
Fig 3.7 Level of factor
第4章 结论
4.1 结论
本次实验探究采用燃烧法，成功制备了YAG：Ce3+荧光粉样品，并借助荧光光谱仪对其发射光谱与激发光谱进行了测定与分析。通过对荧光粉的激发谱与发射谱的正交实验分析，对该荧光粉的制备方法及因素条件进行了探究并得到以下结论。
1．以硝酸铝、硝酸钇、硝酸铈、尿素等药剂为原料，能够成功合成以Ce3+为激活剂，以YAG为基质的荧光粉。
2．YAG：Ce3+荧光粉的激发波长为470nm左右，即用蓝光激发。其发射光为波长在550nm附近的黄光。
3．本次实验通过正交实验设计及实验结果分析确定了最优实验条件为：燃烧剂比例1：2.0，掺杂比例为100：2，燃烧温度为650℃，燃烧时间为20min。
4．燃烧剂使用量确定：燃烧剂比例最好为1：2.0或者更高，增加燃烧剂的比例有助于增强荧光粉的发光效果。
5．荧光粉激发强度并非随着掺杂比例的增加而增加，二者没有线性关系，当Ce3+所占比例为0.06时，可以得到最佳实验结果。
6．燃烧温度对实验样品有一定的影响，但二者并非线性关系，本次实验在650℃得到最优实验结果。
7．燃烧时间对试验样品的激发谱和发射谱强度有一定影响，燃烧反应结束后，经历一定的保温过程有助于样品的后续反应燃烧，可以使荧光粉具有更好的发光效果。
4.2 存在的不足与展望
本次实验中还存在许多不足有待完善，例如我们本应增加尿素的用量进行后续实验，但由于实验设备、实验时间不足等原因无法继续进行。实际上试验中所使用陶瓷坩埚无法耐受燃烧法制备时产生的高温，几乎每次样品制备都会有损毁。这也是我们的实验条件所不允许的。
在今后条件允许的情况下，我们还应设计进行一下实验：
1．增加尿素的使用量例如比例为1：3、1：4等，或者可以将尿素与阳离子的比换为尿素与阳离子化合价总和的比例。
2．我们在实验中已经探究出燃烧过后一定的恒温保温时间，有助于样品的后续燃烧反应，因此还应设计保温时间因素，进一步探究其对样品发光强度的影响。
3．实验中所使用的荧光光谱仪是比较老旧的仪器，所测数据难免出现偏差，而且由于实验设备条件，每一次测试之后无法得到完善的清洗处理，这些因素也会导致实验的误差出现，在以后的实验中应该尽量注意避免。
4．溶液配制时间与燃烧试验时间相差过久，可能导致实验误差的出现，我们可以进一步采用固体溶解的方式进行实验，即将反应物固体粉末称量完成后直接放入坩埚中，再加水溶解。这样可以避免因为溶液浓度不均所导致的误差。
5．实验无法保证在还原氛围中进行，这可能导致三价铈被氧化为四价铈，而四价铈是不具备荧光效应的，因此我们在条件允许的条件下需要在还原氛围中进行进一步的探究。
6．我们不应只局限于测试样品的激发光谱与发射光谱，还应对实验所得样品进行晶像实验、激光粒度测试等后续工作。这些工作对于荧光粉的制备研究都是具有很大意义的。
综上所述，本次实验主要目的在于采用正交实验方法去探究，燃烧法合成YAG：Ce3+荧光粉时，所应采取的最佳因素水平，以及各个因素水平对样品性能造成的可能影响，为高效、快捷的燃烧制备法进入工业生产领域提供更多的数据实验参考。我们的实验成果虽然有些许纰漏，但总的来说已经达到了初期实验目的。
也希望后续同学、老师能在参考本篇毕业设计的基础上，进行更为完善的实验探索。进一步研究其在白光LED上的应用；在不同的制备条件下，荧光粉的发光效果如何等问题。
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致谢
在本次毕业设计的工作中，首先对尊敬的徐晓娟老师表示衷心的感谢！徐老师在实验过程中给予了我很多的鼓励和指导。从选题到结束，徐老师的帮助对本次实验设计的成功，起到了无比重要的作用。无论是在实验过程还是论文的写作、修改的工作中，都融入了徐老师大量的时间和心血。
本次论文过程中同样得到了徐富献同学的大量帮助，在实验操作、样品测试、数据分析等过程中都得到他的大力协助。
在试验数据测试的工作中还得到了辽宁大学物理学院研究生王东鑫学长的帮助，在此表示衷心的感谢。
最后，感谢各位老师、朋友及家人的关心、支持和鼓励。
刘谦
2016年4月 于沈阳