鎢酸鋇熒光材料的合成與表征

申艷華

（潞安職業(yè)技術學院，山西長治 046204）

熒光物質(zhì)從人們的首次發(fā)現(xiàn)到現(xiàn)在已經(jīng)經(jīng)歷了多次反復的研究和實驗，并且不斷取得進步，而且社會各領域以及日常生活的方方面面都已經(jīng)應用到熒光物質(zhì)。隨著技術的進步以及科學家的不斷研制，最初的熒光物質(zhì)經(jīng)過其他材料的合成也已經(jīng)演變?yōu)橛猛緩V泛的熒光材料。熒光材料在傳統(tǒng)的初級階段雖然被應用于多個領域，但是由于技術的局限性還是難免會出現(xiàn)一些不足之處，給這類熒光材料的進一步發(fā)展也造成了阻礙作用。但這類材料仍然具有廣闊的發(fā)展空間，可以被深層次開發(fā)利用，因此經(jīng)過技術的改進提升，結合化學材料，可以研制出新型熒光材料，并將其應用到許多方面，合成新型熒光材料也因此具有重要意義。

1 熒光材料

1.1 含義

熒光是指物質(zhì)在低能狀態(tài)時散發(fā)輻射形成的，當物質(zhì)經(jīng)過光的照射后會由于吸收能量而被激發(fā)，這種照射光既可以是紅外線、紫外線，也可以是X射線。但是當這種激發(fā)的光束消失后，所反射發(fā)出的光也會隨之消失，因此具備這種特性的光也可以稱為熒光，熒光還會根據(jù)不同的發(fā)光時間有所區(qū)別，可以分為熒光和磷光兩種，但是一般普遍將某種微弱的光都稱作熒光。

根據(jù)熒光的特性，可以進一步研發(fā)出熒光材料，以便將其應用到實際生活的所需過程和工作中。熒光材料是由不同的微量材料結合而形成的，也正是由于這樣，在經(jīng)過不同的材料煅燒和結合后，原料不同、含量不同的熒光材料在光的照射下會呈現(xiàn)出不同的顏色，而且這些顏色都是肉眼可見的光，較為常見的有白色、無色和金黃色。

光束照射在不同的材料上會發(fā)生反射作用，在這種作用下會以相同角度在照射物上發(fā)出另一種光，這樣形成的光就是反射光。在這個反射過程中材料的性質(zhì)會影響到光的波長，而某種光經(jīng)過反射后也會發(fā)生一些變化，例如顏色、波長等性質(zhì)會改變。因為其中的一部分光會被反射材料吸收，根據(jù)這個過程，反射材料一般就是熒光材料的形成原理。

1.2 熒光材料

熒光材料主要包含3類，都是依據(jù)材料的結構來進行區(qū)分的：①由有機的金屬配合物構成的；②根據(jù)具有剛性結構的化合物制成的；③利用具有共軛結構的轉(zhuǎn)移化合物合成的。其中在這三類材料中應用最廣泛的一類是第二種剛性結構的化合物，這種材料在吸收光并且發(fā)生反射作用后，其中的分子及電荷也會相應的發(fā)生變化，進而發(fā)生轉(zhuǎn)移，由此也具備良好的輻射衰變能力。

其中的金屬配合物在形成化合物后內(nèi)部結構也會呈現(xiàn)出剛性，從而減少輻射作用，另外一種則是配合物中所含的金屬離子會隔斷電子，從而使電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，增強反射和輻射的能力，經(jīng)過這個過程會增加發(fā)光的強度，這也體現(xiàn)出熒光材料的良好熒光性質(zhì)。

1.3 新型熒光材料

新型熒光材料具備傳統(tǒng)熒光材料的良好優(yōu)點，同時在技術上也有所改善，是一種可以廣泛應用到多個不同領域的良好材料。它具有結構簡單、消耗能量少、可以長期多次使用的特點，最重要的還是他不會產(chǎn)生放射性的輻射，因此也就不會危害人類的身體健康。

新型熒光材料可以根據(jù)原料的性質(zhì)劃分為有機熒光材料和無機熒光材料，有機熒光材料是利用小分子的發(fā)光材料和配合物制成的，他們之間相互作用會形成共軛系統(tǒng)和基團，這樣便于結構調(diào)整，而且化學鍵會影響到電子，從而改變材料的熒光性質(zhì)。無機熒光材料的代表是稀土及稀土離子這類熒光材料，性質(zhì)相對穩(wěn)定，而且由于這類稀土材料的電子活躍，因此在科技領域特別是在電子通信領域具備優(yōu)越性能。除稀土以外，其他無機類熒光材料像鋁酸鹽、硫化物等也比較常見。

1.4 應用

熒光材料隨著科學技術的不斷進步也變得越來越常見，廣泛應用于社會生活中，一般在光氧化劑、涂料、有機顏料、染料以及防偽標記和激光等領域都有所涉及。根據(jù)原料的不同，大致分為有機熒光材料和無機熒光材料，其中有機類熒光材料會使用到化學鍵和基團等化學有機物。有機材料的種類較多，也便于調(diào)整，多應用于涂料、染料、光學電子器件和診斷等方面；而無機熒光化學材料是指利用稀土發(fā)射光、反射光的能力強而且穩(wěn)定，由于稀土的這些特性和良好的特點使得這類材料在通訊領域最為常見，在道路標志牌、防偽標識、裝飾材料和醫(yī)學領域應用較多。在各項研發(fā)技術越來越進步的情況下，熒光材料的研發(fā)相信會取得更好的成績，應用到更廣的領域。

2 鎢酸鋇的合成

最初物質(zhì)經(jīng)過光纖照射后所反射的光稱為熒光，后來在16世紀70年代和19世紀50年代就有人發(fā)現(xiàn)溶液吸收的光和所發(fā)射光的波長有所不同，該發(fā)現(xiàn)逐漸演變成熒光產(chǎn)生的原理。越來越多物質(zhì)的出現(xiàn)以及技術的進步，產(chǎn)生了許多新的熒光材料，并在眾多領域有了廣泛應用，現(xiàn)在來具體分析鎢酸鋇這類新型熒光材料都是如何產(chǎn)生的，以及不同材料的表征，是否需要作出進一步的改進，以便將該材料更好地應用于實際生活中。

2.1 原料及工具

目前在對鎢酸鈉材料合成的研究上已經(jīng)存在幾種方法，例如微波輔助合成法和水熱合成法，首先一類是以二水合一、合鎳和鄰菲咯啉為原料制成的熒光材料，因為物質(zhì)中含有=C=O、=C=S等熒光基團才可能發(fā)光，另一類則是使用無機材料稀土為原料進行合成的材料。前者會應用到化學純試劑，即乙醇、鄰菲咯啉、草酸、氫氧化鈉等原料試劑，后者除了應用以上純試劑外，還會加入羥基喹啉作為調(diào)節(jié)劑。

在合成熒光材料的過程中，還會應用到幾種工具和儀器來對材料及其原料進行調(diào)節(jié)和測試。一般會涉及到元素分析儀、熒光分光光度計、核磁共振儀以及紅外分光光度計等。

2.2 材料的合成過程

2.2.1 合成設計

為了更好地研究鎢酸鋇熒光材料以及將其盡可能地應用到更多領域，找到具有更好熒光性質(zhì)的熒光材料，設計此次實驗進行分析，利用十二烷基苯碳酸鈉，無水乙醇和鎢酸鈉水溶液。并用到光度計、元素分析儀和核磁共振儀等儀器對合成后的熒光材料進行檢測，分析鎢酸鋇原料的紅外和紫外圖，探究熒光現(xiàn)象和合成的可行性，為實際應用提供幫助，同時也能為研制鎢酸鋇這類熒光材料提供幫助和指導。

2.2.2 合成步驟

關于利用鎢酸鈉物質(zhì)作為原料進行合成過程中。

①利用十二烷基苯碳酸鈉，與無水乙醇融合在一起，同時不斷攪拌，在攪拌的過程中，緩慢地加入鎢酸鈉水溶液。形成溶液后不斷攪拌30min，并在室溫下放置6d，觀察實驗現(xiàn)象。②實驗過程中溶液還會產(chǎn)生一定量的沉淀物，將沉淀物進行離心分離，利用無水乙醇和離子水進行洗滌，反復3次。將洗滌過后的產(chǎn)物用烘箱進行烘干從而得到樣品。鎢酸鈉熒光材料提煉完成后，要先進行樣品X射線檢測，隨后對這類材料展開生產(chǎn)。

2.2.3 檢測熒光性質(zhì)的方法

熒光性質(zhì)是用來檢測材料的發(fā)光程度以及熒光性能如何的衡量標準。一般會采用儀器設備進行檢測，如熒光顯微鏡，這是專門測試熒光性質(zhì)的顯微鏡，可以劃分不同的倍率物鏡，根據(jù)實際檢測的物質(zhì)選擇不同倍率的物鏡。除此之外，還會運用到這類顯微鏡的升級款，共聚焦產(chǎn)品，具有全自動系統(tǒng)，實現(xiàn)定位功能，而且分辨率極高，僅有的缺點可能就是使用不方便，不適合應用到其他的領域。

2.3 影響熒光性質(zhì)的因素

（1）環(huán)境影響，熒光材料是由溶劑與溶液溶合后提取而形成的，因此新型熒光材料的熒光程度如何與所應用到的原料和試劑以及環(huán)境是息息相關的。如果做使用的溶劑極性越強，那么就可以判斷該熒光材料的熒光度越強。此外，實驗的合成過程中用試紙攪拌的溶液，試紙的酸堿值會影響合成物的熒光性質(zhì)。溶劑環(huán)境的溫度也會對熒光材料產(chǎn)生影響，關系可以表現(xiàn)為溫度越高，反射形成的熒光效率下降，因此熒光材料的發(fā)光度也會降低。而且活性劑、磁性物質(zhì)等都與熒光材料的熒光性質(zhì)有著密切聯(lián)系和影響，在合成過程中也要考慮到這些因素。

（2）材料分子結構的影響作用，由于新型熒光材料是由許多化學鍵和基團組成的，這些分子也會影響熒光性質(zhì)，所含分子結構的剛性程度有利于反射熒光，而且取代基也會影響熒光的強度和特性，如果取代基越多那么熒光性質(zhì)也就會越好，而重原子則產(chǎn)生相反的作用，它會減弱材料的熒光效應。

總之，無論是由于形成熒光材料的原料試劑因素，還是形成熒光材料中的分子結構，都會影響到熒光材料的熒光性質(zhì)，因此在實驗試劑的合成過程中要充分考慮到這些因素及其可能會產(chǎn)生的影響，以便積累經(jīng)驗，做好全面準備來研制出熒光性質(zhì)良好的材料應用到各領域。

3 新型熒光材料的表征

3.1 熒光材料元素分析

對熒光材料分析其中的元素，使用元素分析儀可以發(fā)現(xiàn)其中含有化學鍵和分子結構以及合成過程中應用到的原料試劑。合成物所含的元素及其含量分析如表1所示。其中每個分子所占比重后的括號中表示的是標準值。

表1 合成物所含的元素分析

經(jīng)過元素分析儀對熒光材料的檢測，可以分析出材料合成物中最主要的元素是在原料中使用到的草酸，在與其他的試劑和原料溶合以后會形成合成物，其中占比重最大的是帶有結晶的草酸，而且碳元素所占的比重是最大的，氮元素的含量較少，位于碳元素之后，氫元素的含量最少，這些所含元素基本符合合成物的理論數(shù)值。

3.2 熒光材料的光譜分析

使用光譜儀分析熒光材料，可以獲得全面完整的數(shù)據(jù)，并對合成物的原料深入分析。光譜儀具有完整的系統(tǒng)，分別是準光系統(tǒng)、色散系統(tǒng)和照明系統(tǒng)，這幾個系統(tǒng)分別起到平行光線、記錄散射光線和照明的作用。這些系統(tǒng)的綜合作用可以有效獲取光譜數(shù)據(jù)，深入地分析熒光材料。

3.2.1 紅外光譜分析

使用紅外光譜儀對熒光材料進行分析，從而得到紅外光譜圖，下面具體分析一下實驗中根據(jù)光譜儀檢測可以得到的結果（表2），以及光線反射的長度。

表2 合成物的紅外反射長度（cm）

由表2可知，熒光材料的配體中存在著芳仲胺基，其分子結構N-H在不斷地進行伸縮和振動，但是這些原料在合成材料后，這個反射的峰值就會消失不見，這也是合成過程中H質(zhì)子消失的一個主要原因。C-O表示羰基在形成化合物的過程中所達到的峰值，不斷進行伸縮和振動，由于它沒有直接參與到合成過程中，因而該物質(zhì)的峰值保持在1 638cm。伯芳胺中的化學鍵C-N在N原子的參與下進行移動，然后經(jīng)過伸縮和振動作用，峰值達到了1 321cm。C-H苯環(huán)發(fā)生彎曲振動。醇類化合物C-O化學鍵的伸縮振動峰在1 075cm，這類物質(zhì)在形成化合物的過程后其烯醇和羰基之間的結構表現(xiàn)為互變異構。此外還可以發(fā)現(xiàn)在原料的合成過程中存在結晶水，因此O-H的伸縮振動峰為3 450cm。結晶水不僅在分析紅外譜的圖像中出現(xiàn)，而且在原料的元素分析過程中也發(fā)現(xiàn)了結晶水的存在，這表明結晶水在合成物材料的形成過程中也發(fā)揮著一定的作用和影響。

3.2.2 紫外光譜分析

應用紫外吸收儀對新型熒光材料進行分析和檢測，得到合成物的紫外光譜圖。然后可以進一步分析合成物的紫外吸收數(shù)據(jù)，具體分析如表3所示。

表3 合成物的紫外分析

結合水的溶液，可以發(fā)現(xiàn)合成物在波長為221nm和279.5nm時會被紫外線吸收而發(fā)生光反射，使用到的原料鄰菲咯啉分別在225nm和260nm時才會發(fā)生紫外線吸收的反應。在它們各自形成合成物后，會發(fā)生相應的位移，從而影響紫外線的波長，也就呈現(xiàn)當前所達到的合成物波長，分別是230nm和269.5nm的波長。之后在形成合成物以后，分子的運行軌道隨之發(fā)生變化，降低了電子的效率，這也使得合成物的紫外線吸收效率受到影響，從而產(chǎn)生一些相應的變化。

3.3 核磁共振圖分析

核磁共振儀主要用于測試材料的表征，可以廣泛應用于農(nóng)學、醫(yī)學、物理學、化學以及材料學等多個領域，并且與質(zhì)譜、紅外吸收光譜和紫外吸收光譜共同構成四譜，該儀器在檢測過程中具有精密、準確、不會破壞樣品的優(yōu)點。

苯環(huán)與鄰菲咯啉上各自存在著化學鍵H，它們分別與草酸分子結合形成合成物，此時苯環(huán)上的胺基分子N和軌道重合覆蓋，形成一個大的共軛體系，另一方面鄰菲咯啉上的N分子也與軌道重疊，形成巨大的電子體系。這樣一來形成的兩個化合物會發(fā)生相互作用，共軛體系和電子體系作用后就發(fā)生位移，一方面共軛體系會增加電子，使得自身的密度增大，另一方面，電子不斷向外輸送使得自身電子密度不斷減小。

綜上所述，可以發(fā)現(xiàn)鎢酸鋇熒光材料具備良好的熒光性質(zhì)，其很大程度上是由于合成物的各個配體之間產(chǎn)生的相互作用形成的穩(wěn)定性，例如金屬離子的堆積作用和疏水作用。正是因為這樣，不同的原料和配體之間會在一定的空間狀態(tài)下發(fā)生重疊，從而形成一個封閉系統(tǒng)，這樣一種狀態(tài)下，所形成的合成物之間就會具有較高的穩(wěn)定性，而且不僅如此其中的電子也會活躍，更有利于光線的反射，這也就是熒光材料產(chǎn)生較好熒光性質(zhì)的原因。

4 結論及展望

熒光材料在不同的領域都會有所涉及，但是它們也難免會存在一些缺點，像持久性、發(fā)光度和極易受到外界影響等問題制約著熒光材料的發(fā)展，因此改善熒光材料將成為研究和發(fā)展的重點。目前可以根據(jù)添加劑的性能，從中入手，研究改善添加劑，從而實現(xiàn)熒光材料的改進，延長發(fā)光的持久性。而且除了添加劑的使用和改變之外，材料的內(nèi)部分子結構也是影響的關鍵部分，改變分子結構并且選擇適合的物質(zhì)作為原材料也將有助于研制新型的熒光材料。而且由于這種熒光材料的可應用領域廣泛，可以結合實際的應用情況，取長補短，不斷研制改進結合具體情況將材料應用到適合的領域中去。

熒光材料由于具備良好的特性，在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、物理及化學等領域都有著廣泛的應用價值，而且在日常生活中也已經(jīng)很常見，占據(jù)著越來越重要的位置，從防偽標志、裝飾材料和電子通信到化學原料、染料等都會涉及。無機稀土類熒光材料可以應用于發(fā)光領域，而且環(huán)境不同熒光的影響也發(fā)生變化，因此這類稀土無機化合物可以應用于生物學和醫(yī)藥學。隨著技術的不斷進步和發(fā)展，研究新型熒光材料已經(jīng)成為當下的一個熱門產(chǎn)業(yè)。利用鄰菲咯啉、草酸和氫氧化鈉、金屬化合物等原料合成新型的熒光材料，而且在此實驗的基礎之上具體分析和研究熒光材料的特性和應用之處，以及所研制出的熒光材料性質(zhì)如何，是否可以推廣和利用。結果發(fā)現(xiàn)，合成的熒光材料具有良好的熒光性質(zhì)，可以將其作為一條研制的新途徑，這是化學研制新型熒光材料過程的一次新的嘗試，將有利于推動化學領域、材料領域和社會生活的進步。

不僅如此，隨著虛假產(chǎn)品的不斷增加，已經(jīng)演變發(fā)展成為一種嚴重的社會問題，防偽識別也已經(jīng)是人們關注的一類事物。熒光材料正好可以實現(xiàn)這一作用，其具有安全性，持久性好，也容易進行識別，或許這也將成為熒光領域重點研發(fā)的一類應用，同樣在電子器件和光學材料領域也會有較大的發(fā)展空間。