專利名稱：一種納米級(jí)摻雜四硼酸鋁釔顆粒的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于精細(xì)化工領(lǐng)域，尤其是涉及納米級(jí)摻雜四硼酸鋁釔顆粒的制備方法。
背景技術(shù)：
四硼酸鋁釔(YAB)晶體是一種性能優(yōu)良的非線性光學(xué)材料，其組成式為YxRe1-xAl3(BO3)4，Re為摻雜稀土離子。如摻入激活釹離子Nd3+，可實(shí)現(xiàn)自倍頻激光復(fù)合功能，其既有激光晶體的受激發(fā)射功能，又有非線性光學(xué)晶體的非線性光學(xué)轉(zhuǎn)換功能，可實(shí)現(xiàn)自激活、自倍頻、自鎖模等功能，適于制備微型激光器。近年來(lái)，隨著半導(dǎo)體激光泵浦和全固態(tài)激光器的突破，使得激光非線性光學(xué)晶體具用廣闊的應(yīng)用前景。生長(zhǎng)摻雜四硼酸鋁釔晶體需要高質(zhì)量的晶體生長(zhǎng)原料，即要求粉體純度高、摻雜均勻，工藝簡(jiǎn)單。這樣有利于減少晶體中雜質(zhì)，避免色心等缺陷出現(xiàn)，提高晶體的質(zhì)量和成品率。YAB在制備激光非線性光學(xué)復(fù)合功能薄膜領(lǐng)域也具有潛在應(yīng)用前景，如以YAB納米顆粒為原料，因其小尺寸效應(yīng)，熔點(diǎn)將降低，有利于制備高質(zhì)量的激光非線性復(fù)合功能薄膜和降低對(duì)薄膜基底材料的要求。因此制備摻雜YAB納米粉體，具有重要科學(xué)意義和潛在應(yīng)用前景。
目前制備摻雜YAB主要是高溫固相反應(yīng)法，其通過(guò)相應(yīng)氧化物在高溫下煅燒得到摻雜YAB粉體，具有反應(yīng)周期長(zhǎng)，摻雜效果不好，易引入雜質(zhì)，顆粒較大等缺點(diǎn)。沉淀法是一種大規(guī)模制備納米粉體的方法，其優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單，摻雜離子能在分子級(jí)均勻摻雜，反應(yīng)條件溫和，易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。一般采用氨水、氫氧化鈉等無(wú)機(jī)堿作共沉淀劑，對(duì)于摻雜四硼酸鋁釔，其存在三種以上離子，因其溶度積不同，常規(guī)的沉淀劑很難同時(shí)把所有離子完全沉淀下來(lái)，易得到非YAB組成比的沉淀物，最后煅燒產(chǎn)物為不純的YAB產(chǎn)物。采用沉淀法制備YAB粉體未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種納米級(jí)摻雜四硼酸鋁釔顆粒的制備方法。
本發(fā)明采用沉淀法，以有機(jī)胺為沉淀劑，把釔，鋁，摻雜稀土陽(yáng)離子和硼酸陰離子按YAB的組成比沉淀下，經(jīng)熱處理制得摻雜YAB納米顆粒。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是釔、鋁和摻雜稀土離子選用其分析純硝酸鹽，硼離子選用分析純硼酸，控制濃度為5.0-0.05mol/L。采用有機(jī)胺溶液為沉淀劑，如二甲胺，二乙胺，三乙胺、三乙醇胺等，控制濃度為5.0-0.05mol/L，沉淀過(guò)程中應(yīng)控制pH值為7-11并充分?jǐn)嚢瑁ＷC所有離子都均勻沉淀完全，制得白色膠狀沉淀。
白色沉淀先用去離子水洗滌多次，再用有機(jī)溶劑洗滌多次，如無(wú)水乙醇，丙酮等。為了去除沉淀中殘留的水分和有機(jī)溶劑，在普通烘箱中100-120℃間干燥2-6小時(shí)。
為了把沉淀前驅(qū)體轉(zhuǎn)變成氧化物，處理后的白色沉淀物在950-1150℃范圍內(nèi)煅燒2-6小時(shí)，制得白色粉體。如果煅燒溫度過(guò)低，生成YAB不完全，純度低，如果溫度過(guò)高，YAB晶粒生長(zhǎng)，粒徑變大。
制備的摻釹YAB顆粒的透射電子顯微鏡形貌分析，表明制備的YAB顆粒的粒徑分布窄，平均粒徑為50納米，基本無(wú)團(tuán)聚；其粉末X射線衍射分析表明，所有特征峰為YAB相，未出現(xiàn)其它雜峰；其EDS能譜分析表明，釔、鈮離子摩爾比Y∶Nd約為9∶1。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是制備工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備要求低，原料為無(wú)機(jī)鹽，生產(chǎn)成本低，易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)；YAB顆粒粒徑為納米級(jí)，粒徑分布窄，基本無(wú)團(tuán)聚；摻雜稀土離子采用液液混合，摻雜效果好。
具體實(shí)施例方式
實(shí)例1把Y(NO3)3、Al(NO3)3和H3BO3分別溶于蒸餾水中，釔、鋁和硼離子的濃度分別為0.6mol/L、1.0mol/L和1.0mol/L，把這三種溶液按摩爾比為1∶3∶4混合，劇烈攪拌下，滴加適量的二乙胺溶液，得到白色膠狀沉淀，pH值為10左右。抽濾，蒸餾水洗2次，無(wú)水乙醇洗2次，在110℃干燥4小時(shí)，研磨過(guò)篩，然后放在高溫爐中1000℃煅燒4小時(shí)，獲得平均粒徑為80納米的YAB粉體。實(shí)例2把Y(NO3)3、Al(NO3)3和H3BO3分別溶于蒸餾水中，釔、鋁和硼離子的濃度分別為0.3mol/L、0.5mol/L和0.5mol/L，把這三種溶液按摩爾比為1∶3∶4混合，劇烈攪拌下，滴加適量的二甲胺溶液，得到白色膠狀沉淀，pH值為9左右。抽濾，蒸餾水洗2次，無(wú)水乙醇洗2次，在120℃干燥4小時(shí)，研磨過(guò)篩，然后放在高溫爐中1050℃煅燒4小時(shí)，獲得平均粒徑為50納米的YAB粉體。
實(shí)例3把Y(NO3)3、Nd(NO3)3、Al(NO3)3和H3BO3分別溶于蒸餾水中，釔、釹、鋁和硼離子的濃度分別為0.3mol/L、0.3mol/L、0.5mol/L和0.5mol/L，把這四種溶液按摩爾比為0.9∶0.1∶3∶4混合，劇烈攪拌下，滴加適量的二甲胺溶液，得到白色膠狀沉淀，pH值為9左右。抽濾，蒸餾水洗2次，無(wú)水乙醇洗2次，在120℃干燥4小時(shí)，研磨過(guò)篩，然后放在高溫爐中1000℃煅燒4小時(shí)，獲得平均粒徑為50納米的摻釹YAB粉體。
實(shí)例4把Y(NO3)3、Nd(NO3)3、Al(NO3)3和H3BO3分別溶于蒸餾水中，釔、釹、鋁和硼離子的濃度分別為0.6mol/L、0.6mol/L、1.0mol/L和1.0mol/L，把這四種溶液按摩爾比為0.9∶0.1∶3∶4混合，劇烈攪拌下，滴加適量的三乙醇胺溶液，得到白色膠狀沉淀，pH值為10左右。抽濾，蒸餾水洗2次，無(wú)水乙醇洗2次，在110℃干燥4小時(shí)，研磨過(guò)篩，然后放在高溫爐中1100℃煅燒4小時(shí)，獲得平均粒徑為70納米的摻釹YAB粉體。
實(shí)例5把Y(NO3)3、Nd(NO3)3、Al(NO3)3和H3BO3分別溶于蒸餾水中，釔、釹、鋁和硼離子的濃度分別為0.3mol/L、0.3mol/L、0.5mol/L和0.5mol/L，把這四種溶液按摩爾比為0.9∶0.1∶3∶4混合，劇烈攪拌下，滴加適量的三乙胺溶液，得到白色膠狀沉淀，pH值為9左右。抽濾，蒸餾水洗2次，無(wú)水乙醇洗2次，在110℃干燥4小時(shí)，研磨過(guò)篩，然后放在高溫爐中1000℃煅燒4小時(shí)，獲得平均粒徑為50納米的摻釹YAB粉體。
權(quán)利要求
1.一種納米級(jí)摻雜四硼酸鋁釔顆粒的制備方法，它包括沉淀、煅燒過(guò)程，其特征在于(1)釔、鋁、摻雜離子選用相應(yīng)的硝酸鹽為原料，硼離子選用硼酸為原料，其濃度為5.0-0.05mol/L，各離子水溶液先混合，然后與沉淀劑作用生成沉淀前驅(qū)體；(2)沉淀劑采用有機(jī)胺溶液，濃度為5.0-0.05mol/L；(3)煅燒溫度為950-1150℃，時(shí)間為2-6小時(shí)。
2.如權(quán)利要求1的制備方法，其特征在于前述(2)中所述的有機(jī)胺溶液為二甲胺或二乙胺或三乙胺或三乙醇胺。
全文摘要
一種納米級(jí)摻雜四硼酸鋁釔顆粒的制備方法，屬于精細(xì)化工領(lǐng)域。本發(fā)明的主要特征是以釔，鋁，摻雜稀土離子和硼酸的水溶液為原料，以有機(jī)胺為沉淀劑，沉淀前驅(qū)體經(jīng)過(guò)濾、干燥、煅燒，可獲得平均粒徑為50納米的摻雜四硼酸鋁釔顆粒。該方法突出特點(diǎn)是采用濕化學(xué)方法，以無(wú)機(jī)鹽為原料，獲得無(wú)團(tuán)聚，粒徑分布窄的摻雜四硼酸鋁釔納米顆粒。該方法工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C04B35/622GK1796330SQ200410011668
公開(kāi)日2006年7月5日 申請(qǐng)日期2004年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月28日
發(fā)明者周有福, 許顏清, 洪茂椿, 李定 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所