專利名稱：一種鎢酸鉛納米材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無機納米材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鎢酸鉛納米材料的制備方法。
背景技術(shù)：
近幾年來，隨著高能物理的發(fā)展，在探索新型閃爍體中發(fā)現(xiàn)PbWO4(PWO)晶體具有特殊的優(yōu)點，特別其具有高密度(8.3g/cm3)，短的輻照長度(0.89cm)，快發(fā)光衰減時間(90％的發(fā)光衰減時間小于20ns)和價格低廉等特點而被歐洲核子研究中心選作大型強子對撞機中緊湊型IU介子螺旋探測器(compact muon solenoid，CMS)的核心部件電磁量能器用閃爍體材料。
鎢酸鉛晶體作為一種發(fā)光材料由于其發(fā)光特性和潛在的應(yīng)用價值而引起了人們的廣泛的關(guān)注。已有研究表明，在一定的激發(fā)波長下，鎢酸鉛晶體表現(xiàn)出藍色、綠色、紅色的光帶吸收，但對其研究主要集中在晶體方面，對其制備及性能的研究卻比較少見。
水熱法作為制備納米材料的一種主要方法，其原理是在特制的密閉反應(yīng)容器(高壓釜)里，采用水溶液作為反應(yīng)介質(zhì)，通過對反應(yīng)容器加熱，創(chuàng)造一個高溫、高壓反應(yīng)環(huán)境，使得通常難溶或不溶的物質(zhì)溶解并且重結(jié)晶。相對于其它制備方法，水熱法制備的納米晶粒具有發(fā)育完整、顆粒度小、且分布均勻、顆粒團聚較輕、可使用較便宜的原料，易得到合適的化學計量物和晶形等優(yōu)點。而且，晶粒物相、線度和形貌可通過控制水熱反應(yīng)條件來控制；尤其是水熱法可制備結(jié)晶完好的納米晶而毋需高溫煅燒處理，避免了煅燒過程中造成的粉體硬團聚、缺陷形成和雜質(zhì)引入，因此，所制得的粉體具有較高活性。
有關(guān)鎢酸鉛材料的水熱合成報道比較少見，所制備出的鎢酸鹽材料大多以球形，長棒形為主，其直徑從納米到微米級不等。鎢酸鉛納米材料的性能與其粒子的形貌結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，所以對鎢酸鉛納米材料的形貌研究成為制備高性能發(fā)光材料的關(guān)鍵所在。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種鎢酸鉛納米材料的制備方法。
本發(fā)明提出的一種鎢酸鉛納米材料的制備方法，具體步驟如下將鎢酸鈉和鉛鹽分別置于容器中，以去離子水為溶劑，加入添加劑，常溫下攪拌40-60分鐘，移入反應(yīng)釜中，向反應(yīng)釜中加入去離子水至反應(yīng)釜容積的60％-70％，密封，在120-160℃溫度下反應(yīng)3-12小時。將反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，將所得沉淀物取出，洗滌，離心分離并干燥，將最終產(chǎn)物分散于無水乙醇中，該最終產(chǎn)物即為所需產(chǎn)物；其中，鎢酸鈉和鉛鹽的摩爾比為(0.8-1.2)∶1。
本發(fā)明中，所述鉛鹽為Pb(NO3)2、PbAc2或PbCl2等中任一種。
本發(fā)明中，所述添加劑為CTAB(十六烷基三甲基溴化銨)或SDS(十二烷基硫酸鈉)等中任一種，添加劑加入量為鎢酸鈉摩爾量的1-2倍。
本發(fā)明中，洗滌采用去離子水和無水乙醇分別清洗3-8次。
本發(fā)明中，利用本發(fā)明方法所得產(chǎn)物可以通過掃描電子顯微鏡(SEM)，X射線粉末衍射(XRD)和熒光性能進行表征。
本發(fā)明中，XRD結(jié)果表明產(chǎn)物純凈(與JCPDS卡片一致)。掃描電子顯微鏡(SEM)表明粒徑均一，分散性好。在熒光光譜分析結(jié)果表明產(chǎn)物具有光致發(fā)光性能。
本發(fā)明具有如下的優(yōu)點1、本發(fā)明首次在水熱條件下利用添加劑、溫度、pH值、反應(yīng)時間等條件的變化系統(tǒng)地研究了所制備的鎢酸鹽晶體的形貌及其熒光性能。本發(fā)明中制備的納米材料形貌規(guī)則，粒徑均一，結(jié)晶度高且具有良好的熒光性能。
2.本發(fā)明工藝簡單，反應(yīng)物均為基本的無機物，原料獲得十分便利，價格低廉，產(chǎn)物的處理比較方便，可以通過放大進行工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。
3、本發(fā)明在制備的過程中除鉛鹽具有一定毒性外，其它所選用的試劑均無毒性，表面活性劑在后處期理過程中大部分可以得到回收，達到節(jié)約環(huán)保的效果。
4、相比固相反應(yīng)的方法，水熱法條件溫和，易通過控制釜內(nèi)的溫度壓力以達到控制產(chǎn)物形貌、結(jié)構(gòu)和性能的作用，有較好的重復性。


圖1為本發(fā)明實施例中的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。其中，a為實施例1中產(chǎn)物形貌圖(5000X)，b為實施例2中產(chǎn)物形貌圖(2500X)，c為實施例3中產(chǎn)物形貌圖(20000X)。
圖2為本發(fā)明實施例中產(chǎn)物的X射線粉末衍射(XRD)獲得的結(jié)構(gòu)圖。其中，a為實施例1中產(chǎn)物的XRD圖，b為實施例2中產(chǎn)物的XRD圖，c為實施例3中產(chǎn)物的XRD圖。
圖3為本發(fā)明實施例中產(chǎn)物的熒光發(fā)射光譜圖。其中，a為實施例1中產(chǎn)物的熒光光譜圖，b為實施例2中產(chǎn)物的熒光光譜圖，c為實施例3中產(chǎn)物的熒光光譜圖。
具體實施例方式
下面通過實施例進一步說明本發(fā)明。
實施例1(1)分別配制1mol/L的Pb(NO3)2水溶液100ml和1mol/L NaWO4水溶液100ml(采用的試劑都為分析醇)。各取1ml加入100ml燒杯中混合，然后加入0.001molCTAB(十六烷基三甲基溴化銨)，再加入一定量的去離子水并在常溫下攪拌約1小時，然后移入50毫升聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，向反應(yīng)釜中加入去離子水至反應(yīng)釜容積的60％-65％，密封，于120℃下反應(yīng)3小時。將反應(yīng)釜自然冷卻至室溫。
(2)將產(chǎn)物取出，用去離子水和無水乙醇洗滌7-8次，離心分離并干燥，將最終產(chǎn)物分散在無水乙醇中即得所需產(chǎn)物。
分別用掃描電子顯微鏡(SEM)和X射線粉末衍射儀(XRD)對產(chǎn)物的形貌和結(jié)構(gòu)進行了表征，從圖1(a)中可見TEM表明產(chǎn)物為直徑400納米、長度約3-4微米的PbWO4螺旋狀準納米棒，從圖2(a)中可見XRD結(jié)果表明產(chǎn)物純凈(與JCPDS卡片一致)。從圖3(a)中可見，熒光光譜分析結(jié)果表明，產(chǎn)物具有光致發(fā)光性能。
實施例2分別配制1mol/L的PbAc2水溶液100ml和1mol/LNaWO4水溶液100ml(采用的試劑都為分析醇)。各取1ml加入100ml燒杯中混合，然后加入0.002molSDS(十六烷基三甲基溴化銨)，再加入一定量的去離子水并在常溫下攪拌約1小時，然后移入50毫升聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，反應(yīng)釜中加入去離子水至反應(yīng)釜容積的65％-70％，密封，于140℃下反應(yīng)6小時。將反應(yīng)釜自然冷卻至室溫。將產(chǎn)物取出，用去離子水和無水乙醇洗滌3-6次，離心分離并干燥，將最終產(chǎn)物分散在無水乙醇中即得所需產(chǎn)物。得到的產(chǎn)物為寶塔狀PbWO4準納米材料，產(chǎn)物的晶系與實施例1相同。產(chǎn)物純度高，結(jié)晶度良好，光學性能與實施例1基本相似。從圖1(b)中可見TEM表明產(chǎn)物為直徑300納米、長度約3.5微米的PbWO4螺旋狀準納米棒，從圖2(b)中可見XRD結(jié)果表明產(chǎn)物純凈(與JCPDS卡片一致)。從圖3(b)中可見，熒光光譜分析結(jié)果表明，產(chǎn)物具有光致發(fā)光性能。
實施例3分別配制1mol/L的PbCl2水溶液100m和1mol/L NaWO4水溶液100ml(采用的試劑都為分析醇)。分別取0.8mlPbCl2水溶液和1ml NaWO4水溶液加入100ml燒杯中，然后加入0.0015molCTAB(十六烷基三甲基溴化銨)，再加入一定量的去離子水并在常溫下攪拌約1小時，然后移入50毫升聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，反應(yīng)釜中加入去離子水至反應(yīng)釜容積的60％-63％，密封，于160℃下反應(yīng)12小時。將反應(yīng)釜自然冷卻至室溫。將產(chǎn)物取出，用去離子水和無水乙醇洗滌，離心分離并干燥，將最終產(chǎn)物分散在無水乙醇中即得所需產(chǎn)物。，得到的產(chǎn)物直徑約150nm的PbWO4納米粒子，產(chǎn)物的晶系與實施例1相同。產(chǎn)物純度高，結(jié)晶度及光學性能良好。光學性能與實施例1基本相似。從圖1(c)中可見TEM表明產(chǎn)物為直徑150納米左右的納米粒子，從圖2(c)中可見XRD結(jié)果表明產(chǎn)物純凈(與JCPDS卡片一致)。從圖3(c)中可見，熒光光譜分析結(jié)果表明，產(chǎn)物具有光致發(fā)光性能。
實施例4分別配制1mol/L的PbCl2水溶液100ml和1mol/LNaWO4水溶液100ml(采用的試劑都為分析醇)。分別取1.2mlPbCl2水溶液和1ml NaWO4水溶液加入100ml燒杯中，然后加入0.002molCTAB(十六烷基三甲基溴化銨)，再加入一定量的去離子水并在常溫下攪拌約50分鐘，然后移入50毫升聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，向反應(yīng)釜中加入去離子水至反應(yīng)釜容積的60％-70％，密封，于160℃下反應(yīng)12小時。將反應(yīng)釜自然冷卻至室溫。將產(chǎn)物取出，用去離子水和無水乙醇洗滌，離心分離并干燥，將最終產(chǎn)物分散在無水乙醇中即得所需產(chǎn)物。
產(chǎn)物結(jié)構(gòu)與性能與實施例3基本相似。
權(quán)利要求
1.一種鎢酸鉛納米材料的制備方法，其特征在于具體步驟如下將鎢酸鈉和鉛鹽分別置于容器中，以去離子水為溶劑，加入添加劑，在常溫下反應(yīng)40-60分鐘，移入反應(yīng)釜中，向反應(yīng)釜中加入去離子水至反應(yīng)釜容積的60％-70％，密封，在120-160℃下反應(yīng)3-12小時，將反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，將所得沉淀物取出，洗滌，離心分離并干燥，將最終產(chǎn)物分散于無水乙醇中，該最終產(chǎn)物即得所需產(chǎn)物；其中，鎢酸鈉和鉛鹽的摩爾比為(0.8-1.2)∶1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎢酸鉛納米材料的制備方法，其特征在于所述添加劑為十六烷基三甲基溴化銨或十二烷基硫酸鈉中任一種，添加劑的加入量鎢酸鈉摩爾量的1-2倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎢酸鉛納米材料的制備方法，其特征在于所述鉛鹽為Pb(NO3)2、PbAc2或PbCl2中任一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎢酸鉛納米材料的制備方法，其特征在于洗滌采用去離子水和無水乙醇分別清洗3-8次。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎢酸鉛納米材料的制備方法，其特征在于利用本發(fā)明方法得到的產(chǎn)物通過掃描電子顯微鏡，X射線粉末衍射和熒光儀進行表征。
全文摘要
本發(fā)明屬于無機納米材料領(lǐng)域，涉及一種制備鎢酸鹽納米材料的合成方法。將鎢酸鈉和鉛鹽分別置于容器中，以去離子水為溶劑，加入添加劑，在常溫下反應(yīng)40－60分鐘，移入反應(yīng)釜中，向釜中加入去離子水至釜容積的60％－70％，密封，然后在120－160℃溫度下反應(yīng)3－12小時，將反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，將產(chǎn)物取出，洗滌，離心分離干燥，將最終產(chǎn)物分散于無水乙醇中，即得所需產(chǎn)物。本發(fā)明原料易得，成本低廉，工藝簡單，儀器設(shè)備簡便，制備產(chǎn)物純度高，后處理方便，不產(chǎn)生雜質(zhì)污染物，為納米材料的控制合成提供了新的途徑。
文檔編號C01G21/00GK101049969SQ20071004048
公開日2007年10月10日 申請日期2007年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月10日
發(fā)明者莊凌, 吳慶生, 孫冬梅, 劉心波, 李升 申請人:同濟大學