專利名稱：一種啞鈴狀氧化釔釓晶體的水熱制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種調(diào)控氧化物晶體形貌的水熱制備方法，尤其是一種 鈴狀氧化釔釓晶體的水熱制備方法。
背景技術(shù)：
稀土元素具有獨(dú)特的電子層結(jié)構(gòu)，其化合物表現(xiàn)出許多優(yōu)異的磁，光，電等物理和化學(xué)性質(zhì)。尤其是稀土元素的原子具有未充滿的受到外界屏蔽的4f5d電子組態(tài)，有豐富的電子能級(jí)和長壽命激發(fā)態(tài)，能級(jí)躍遷通道多達(dá)20余萬個(gè)，可以產(chǎn)生多種多樣的輻射吸收和發(fā)射，具有一般元素所無法比擬的光譜學(xué)性質(zhì)。稀土氧化物在熒光粉、光學(xué)玻璃、氧傳感器、 陶瓷和高溫超導(dǎo)材料等方面具有廣泛的應(yīng)用，其中IO3是最早商品化的稀土熒光粉的基質(zhì)材料，具有優(yōu)良的耐熱、耐腐蝕和高溫穩(wěn)定性。作為基質(zhì)材料，Y3+、La3+，Gd3+以及Lu3+四種離子是理想的基質(zhì)材料陽離子，因其具有4f°、4f7、4f12等全空、半充滿以及全充滿的結(jié)構(gòu)，基質(zhì)不產(chǎn)生f-f躍遷，不會(huì)產(chǎn)生無輻射躍遷而消耗能量。目前，復(fù)合基質(zhì)材料的研究是拓展稀土材料具有更為新穎的材料特性的方向之一。胡國榮等人以復(fù)合基質(zhì)材料得到的硼酸鹽具有優(yōu)異的發(fā)光強(qiáng)度[胡國榮，et al.， 化工新型材料，2008，36 (1)，80-81]。Rambabu等人以復(fù)合基質(zhì)材料得到的磷酸鹽發(fā)光強(qiáng)度明顯改善[Rambabu U.，et al. , Optical Materials, 2001，17(3)，401-408]。研究發(fā)現(xiàn)，基質(zhì)材料的晶體結(jié)構(gòu)、顆粒尺寸、形貌等對(duì)于稀土材料的力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)等性能有著重要的影響。因此實(shí)現(xiàn)基質(zhì)材料晶體結(jié)構(gòu)及外部形貌的可控，不僅對(duì)于研究晶體生長機(jī)理具有重要的理論意義，而且可以調(diào)節(jié)晶體的各種性能以滿足不同器件的具體要求，達(dá)到材料及器件性能最優(yōu)化匹配的目的。Dai等人采用微波水熱法，通過前驅(qū)物(Y，GcO2 (CO3) 3_ηΗ20得到花狀(Y, GcO2O3基質(zhì)材料[Dai Shen-Hua, et al.，Journal of Colloid and Interface Science, 2010, 349(1)，34-40]。迄今為止，對(duì)復(fù)合基質(zhì)材料氧化釔釓的研究報(bào)道還不多。本發(fā)明提供一種溫和的水熱方法調(diào)控合成具有 鈴狀形貌的氧化釔釓。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種tt鈴狀氧化釔釓晶體的水熱制備方法，以可溶性釔鹽和可溶性釓鹽為原料，一方面，利用檸檬酸對(duì)釔離子和釓離子的絡(luò)合作用影響結(jié)晶取向和結(jié)晶速率；另一方面，利用硼酸結(jié)合溶液中的氫氧根，減緩結(jié)晶過程中氧的供給；同時(shí)，利用尿素在不同溫度下具有不同的分解率，調(diào)節(jié)結(jié)晶速率。三種作用疊加可以有效改變氧化釔釓晶體結(jié)晶環(huán)境和結(jié)晶速率，形成啞鈴狀形貌的氧化釔釓晶體。本發(fā)明采用的技術(shù)方案的步驟如下
1)將可溶性釔鹽與可溶性釓鹽共同溶于去離子水中，控制溶液中釔離子和釓離子的摩爾總濃度為0. 02^0. 1摩爾/升；釔離子與釓離子的摩爾數(shù)之比為1，攪拌得到均勻溶液；2)在上述溶液中加入硼酸，攪拌使硼酸完全溶解；硼酸的摩爾數(shù)等于釔離子與釓離子的摩爾總數(shù)；
3)在步驟2)所述的溶液中加入檸檬酸鈉，攪拌使檸檬酸鈉完全溶解；檸檬酸鈉的摩爾數(shù)為釔離子與釓離子摩爾總數(shù)的2飛倍；
4)在步驟3)所述的溶液中加入尿素，攪拌使尿素完全溶解；尿素的摩爾數(shù)為釔離子與釓離子的摩爾總數(shù)1、倍；
5)將最終的溶液在15(T260°C溫度范圍內(nèi)水熱處理M 48小時(shí)；
6)將水熱處理后的溶液離心、干燥，獲得具有 鈴狀氧化釔釓晶體粉體。所述的可溶性釔鹽為釔的硝酸鹽、氯化鹽或醋酸鹽。所述的可溶性釓鹽為釓的硝酸鹽、氯化鹽或醋酸鹽。本發(fā)明具有的有益效果是
傳統(tǒng)稀土氧化物的合成是通過氫氧化物在高溫下煅燒而得到的，需要耗費(fèi)大量的能量。本發(fā)明通過簡單、溫和的水熱合成方法就可以得到結(jié)晶良好的氧化釔釓粉體。同時(shí)，本發(fā)明提出利用檸檬酸鈉作為釔離子和釓離子的絡(luò)合劑，硼酸作為結(jié)晶競爭物質(zhì)，尿素作為結(jié)晶速率調(diào)節(jié)劑。通過改變檸檬酸鈉的絡(luò)合能力，調(diào)控釔離子和釓離子的摩爾比例，改變氧化釔釓的結(jié)晶環(huán)境和結(jié)晶速率，通過水熱溫度調(diào)節(jié)尿素的分解率，得到具有單分散的 鈴狀形貌的氧化釔釓晶體。具有特征形貌的氧化釔釓晶體材料，可以作為基底材料，滿足不同發(fā)光器件對(duì)于材料結(jié)構(gòu)及性能的要求。


圖1是實(shí)施例1所得產(chǎn)物的XRD圖譜。圖2是實(shí)施例1所得產(chǎn)物的電鏡照片。圖3是實(shí)施例2所得產(chǎn)物的XRD圖譜。圖4是實(shí)施例2所得產(chǎn)物的電鏡照片。圖5是實(shí)施例3所得產(chǎn)物的XRD圖譜。圖6是實(shí)施例3所得產(chǎn)物的電鏡照片。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
將0. 1915g六水硝酸釔和0. 2257g六水硝酸釓共同溶于50. OmL去離子水中，溶液中釔離子和釓離子的摩爾總濃度為0. 02摩爾/升；釔離子與釓離子的摩爾數(shù)之比為1 1，磁力攪拌15分鐘得到均勻溶液；在上述溶液中加入0. 0618g硼酸，硼酸的摩爾數(shù)為0. 001摩爾， 等于釔離子與釓離子的摩爾總數(shù)；攪拌使硼酸完全溶解；在上述溶液中加入0. 5161g檸檬酸鈉，檸檬酸鈉的摩爾數(shù)為為0. 002摩爾，等于釔離子與釓離子的摩爾總數(shù)的2倍；攪拌使檸檬酸鈉完全溶解；再加入0. 0601g尿素，尿素的摩爾數(shù)為為0. 001摩爾，等于釔離子與釓離子的摩爾總數(shù)；攪拌使尿素完全溶解；將最終的溶液在260°C溫度范圍內(nèi)水熱處理M小時(shí)；將水熱處理后的溶液離心、干燥，獲得具有 鈴狀氧化釔釓晶體粉體。圖1是該產(chǎn)物的XRD圖譜，該圖譜與氧化釔標(biāo)準(zhǔn)XRD譜圖(JCPDS No 41-1105)和氧化釓標(biāo)準(zhǔn)XRD譜圖(JCPDS No 43-1014)相似，說明產(chǎn)物的晶體結(jié)構(gòu)與氧化釔和氧化釓相同，是單一的純相。由于釔和釓混摻，各峰的角度值介于氧化釔和氧化釓標(biāo)準(zhǔn)譜圖之間。圖 2是該產(chǎn)物的SEM照片，從圖中可以看出得到的產(chǎn)物呈tt鈴狀，單分散，長約40微米，寬3-5 微米，單顆粒由一維的次級(jí)晶體定向排列組成。實(shí)施例2:
將0. 1420g醋酸釔水合物和0. 7048g醋酸釓水合物共同溶于50. OmL去離子水中，溶液中釔離子和釓離子的摩爾總濃度為0. 05摩爾/升；釔離子與釓離子的摩爾數(shù)之比為1:4， 磁力攪拌15分鐘得到均勻溶液；在上述溶液中加入0. M46g硼酸，硼酸的摩爾數(shù)為0. 0025 摩爾，等于釔離子與釓離子的摩爾總數(shù)；攪拌使硼酸完全溶解；在上述溶液中加入2. 5807g 檸檬酸鈉，檸檬酸鈉的摩爾數(shù)為為0.01摩爾，等于釔離子與釓離子的摩爾總數(shù)的4倍；攪拌使檸檬酸鈉完全溶解；再加入0. 3003g尿素，尿素的摩爾數(shù)為為0. 005摩爾，等于釔離子與釓離子的摩爾總數(shù)的2倍；攪拌使尿素完全溶解；將最終的溶液在200°C溫度范圍內(nèi)水熱處理30小時(shí)；將水熱處理后的溶液離心、干燥，獲得具有 鈴狀氧化釔釓晶體粉體。圖3是該產(chǎn)物的XRD圖譜，該圖譜與實(shí)施例1相似，是單一的純相。圖4是該產(chǎn)物的SEM照片，從圖中可以看出得到的產(chǎn)物呈啞鈴狀，單分散，長約20微米，寬3-5微米，單顆粒由一維的次級(jí)晶體定向排列組成。實(shí)施例3
將1. 2134g六水氯化釔和0. 3717g六水氯化釓共同溶于50. OmL去離子水中，溶液中釔離子和釓離子的摩爾總濃度為0. 1摩爾/升；釔離子與釓離子的摩爾數(shù)之比為4:1，磁力攪拌15分鐘得到均勻溶液；在上述溶液中加入0. 3092g硼酸，硼酸的摩爾數(shù)為0. 005摩爾，等于釔離子與釓離子的摩爾總數(shù)；攪拌使硼酸完全溶解；在上述溶液中加入6. 4518g檸檬酸鈉，檸檬酸鈉的摩爾數(shù)為為0. 025摩爾，等于釔離子與釓離子的摩爾總數(shù)的5倍；攪拌使檸檬酸鈉完全溶解；再加入1.2012g尿素，尿素的摩爾數(shù)為為0. 02摩爾，等于釔離子與釓離子的摩爾總數(shù)的4倍；攪拌使尿素完全溶解；將最終的溶液在150°C溫度范圍內(nèi)水熱處理48 小時(shí)；將水熱處理后的溶液離心、干燥，獲得具有 鈴狀氧化釔釓晶體粉體。圖5是該產(chǎn)物的XRD圖譜，該圖譜與實(shí)施例1相似，是單一的純相。圖6是該產(chǎn)物的SEM照片，從圖中可以看出得到的產(chǎn)物呈啞鈴狀，單分散，長約30-50微米，寬3-5微米， 單顆粒由一維的次級(jí)晶體定向排列組成。
權(quán)利要求
1.一種 鈴狀氧化釔釓晶體的水熱制備方法，其特征在于該方法的步驟如下1)將可溶性釔鹽與可溶性釓鹽共同溶于去離子水中，控制溶液中釔離子和釓離子的摩爾總濃度為0. 02^0. 1摩爾/升；釔離子與釓離子的摩爾數(shù)之比為1，攪拌得到均勻溶液；2)在上述溶液中加入硼酸，攪拌使硼酸完全溶解；硼酸的摩爾數(shù)等于釔離子與釓離子的摩爾總數(shù)；3)在步驟2)所述的溶液中加入檸檬酸鈉，攪拌使檸檬酸鈉完全溶解；檸檬酸鈉的摩爾數(shù)為釔離子與釓離子摩爾總數(shù)的2飛倍；4)在步驟3)所述的溶液中加入尿素，攪拌使尿素完全溶解；尿素的摩爾數(shù)為釔離子與釓離子的摩爾總數(shù)1、倍；5)將最終的溶液在15(T260°C溫度范圍內(nèi)水熱處理M 48小時(shí)；6)將水熱處理后的溶液離心、干燥，獲得具有 鈴狀氧化釔釓晶體粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種 鈴狀氧化釔釓晶體的水熱制備方法，其特征在于所述的可溶性釔鹽為釔的硝酸鹽、氯化鹽或醋酸鹽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種 鈴狀氧化釔釓晶體的水熱制備方法，其特征在于所述的可溶性釓鹽為釓的硝酸鹽、氯化鹽或醋酸鹽。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種啞鈴狀氧化釔釓晶體的水熱制備方法。將可溶性釔鹽和可溶性釓鹽溶于水中，釔離子與釓離子的摩爾數(shù)之比為1∶4~4∶1；加入摩爾數(shù)等于釔離子與釓離子的摩爾總數(shù)的硼酸，攪拌，使硼酸完全溶解；再加入摩爾數(shù)為釔離子與釓離子的摩爾總數(shù)2~5倍的檸檬酸鈉；加入摩爾數(shù)為釔離子與釓離子的摩爾總數(shù)1~4倍的尿素。將最終的溶液在150~260℃溫度范圍內(nèi)水熱處理24~48小時(shí)。將水熱處理后的溶液離心、干燥，獲得具有啞鈴狀形貌的氧化釔釓粉體。本發(fā)明得到的啞鈴狀形貌的氧化釔釓粉體是由次級(jí)二維顆粒定向排列而成，具有該特征形貌的氧化釔釓晶體材料，可以滿足器件對(duì)于材料結(jié)構(gòu)的特定要求。
文檔編號(hào)C01F17/00GK102351234SQ201110197128
公開日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月14日
發(fā)明者席珍強(qiáng), 曾紅春, 杜平凡, 王耐艷, 王龍成, 繆翔, 金達(dá)萊 申請(qǐng)人:浙江理工大學(xué)