一種具備多功能且結(jié)構(gòu)規(guī)整的硼酸鉛晶須的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微米/納米無機(jī)材料的合成技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具備多功能且結(jié)構(gòu)規(guī)整的硼酸鉛晶須的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著核技術(shù)在國防、科研及民用工業(yè)等領(lǐng)域的快速發(fā)展，人們接觸到高能粒子的幾率逐漸增大，并且其種類呈現(xiàn)出多樣化，如中子、γ射線、質(zhì)子等，嚴(yán)重地威脅著人類的身體健康。傳統(tǒng)輻射防護(hù)材料已不能滿足目前輕質(zhì)高效及多樣化防護(hù)要求，如移動式反應(yīng)堆和可攜帶輻射源等。因而，制備出具有多種高能粒子防護(hù)功能以及綜合性能優(yōu)異的材料尤為必要。在眾多高能粒子中，γ射線和中子具有各自特點(diǎn)且具有代表意義。前者是一種波長極短的電磁波，具備極強(qiáng)的穿透能力，對生物體產(chǎn)生不可再修復(fù)的損傷、癌變甚至基因突變;后者是一種不帶電、穿透力極強(qiáng)的粒子，對生物體造成的危害比其他射線更大。輻射防護(hù)材料如具備衰減這兩種高能粒子的能力便能應(yīng)用于目前多種高能粒子共存的輻射防護(hù)場所。眾所周知，重元素能夠衰減γ射線，如鉛;而輕元素能夠吸收熱中子，如硼。目前國內(nèi)外中子-γ射線防護(hù)材料多采用混凝土以及高分子基復(fù)合材料，即分別將具有中子和γ射線衰減物質(zhì)填充至基材。但是不同原子序數(shù)的輕、重元素在復(fù)合材料制備過程中沉降、分層現(xiàn)象明顯，很難滿足綜合性能優(yōu)異的要求，不利于中子-γ射線防護(hù)材料的應(yīng)用以及推廣。
[0003]基于此，本發(fā)明選擇以化學(xué)鍵形式結(jié)合分別具有γ射線和中子衰減能力的鉛和硼元素，得到一種硼酸鉛化合物。在大多數(shù)情況下，鉛(II)硼酸鹽通常由高溫固相反應(yīng)或通過一個復(fù)雜的水熱合成法是硼酸鹽。例如，熔融硼酸作為一種反應(yīng)性介質(zhì)已被用來作為一種簡便的生產(chǎn)方法。但這種方法產(chǎn)品往往伴隨著較大尺寸和成分偏析現(xiàn)象。分別用中心對稱的結(jié)構(gòu)或者先前合成的水熱系統(tǒng)在高溫、高壓或在一個復(fù)雜的熱液系統(tǒng)獲得目標(biāo)晶體。與這些方法相比，溶劑熱反應(yīng)方法在中等溫度下的合成具有很大的優(yōu)勢，過程相對簡單而且易于控制，有利于制備的結(jié)晶度較高的晶體材料。此外，不同的反應(yīng)條件，如溫度、化學(xué)計(jì)量比，時(shí)間，和反應(yīng)介質(zhì)的PH值可能產(chǎn)生多種形貌的硼酸鉛晶體。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種具備多功能且結(jié)構(gòu)規(guī)整的硼酸鉛晶須的制備方法，旨在解決不同原子序數(shù)的輕、重元素在復(fù)合材料制備過程中沉降、分層現(xiàn)象明顯，很難滿足綜合性能優(yōu)異的要求，不利于中子-γ射線防護(hù)材料的應(yīng)用以及推廣的問題。
[0005]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種具備多功能且結(jié)構(gòu)規(guī)整的硼酸鉛晶須的制備方法，該硼酸鉛晶須的制備方法包括以下步驟:
[0006]步驟一，在持續(xù)攪拌的條件下，分別將醋酸鉛(PbAc2)溶于去離子水、加入硼酸(Η3Β03)、加入吡啶直至溶液呈懸濁液，鉛、硼原子按一定的摩爾配比混合；
[0007]步驟二，在持續(xù)攪拌的條件下，向步驟一所得的懸濁液逐滴加入適量濃氨水，直至溶液呈白色乳狀漿液；
[0008]步驟三，將步驟二所得的乳狀漿液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，在一定反應(yīng)溫度條件下反應(yīng)一定時(shí)間；
[0009]步驟四，將步驟三溶劑熱處理所得的漿料經(jīng)冷卻、過濾、洗滌、干燥步驟，得到一種硼酸鉛晶須。
[0010]進(jìn)一步，所述步驟一中，鉛、硼原子摩爾比為1:6-1:15。
[0011]進(jìn)一步，所述步驟三中，反應(yīng)溫度為180°C-240°C。
[0012]進(jìn)一步，所述步驟三中，反應(yīng)時(shí)間為4h_24h。
[0013]進(jìn)一步，所述步驟四中，洗滌過程采用去離子水和無水乙醇反復(fù)洗滌3-10次。
[0014]進(jìn)一步，使用本發(fā)明所述的具備多功能且結(jié)構(gòu)規(guī)整的硼酸鉛晶須的制備方法直接獲得的晶須狀硼酸鉛晶體直徑為100-500nm，長徑比為200-1000。
[0015]本發(fā)明制備的一種硼酸鉛晶須是以化學(xué)鍵形式結(jié)合分別具有γ射線和中子衰減能力的鉛和硼元素，可明顯改善傳統(tǒng)復(fù)合材料中因鉛和硼密度差異引起的功能填料分散不均，且具備衰減中子及γ射線的能力。同時(shí)，硼酸鉛晶須的各向異性特點(diǎn)能夠促進(jìn)復(fù)合材料綜合性能的提高，如力學(xué)性能。此外，硼酸鉛這類物質(zhì)已在化學(xué)催化、光電、光學(xué)等領(lǐng)域受到越來越多的關(guān)注，并展開了大量理論研究和應(yīng)用開發(fā)，因而，本發(fā)明提供的一種硼酸鉛晶須的制備方法，為其多功能應(yīng)用鋪平了道路；
[0016]本發(fā)明還具有如下優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明利用鉛、硼原子摩爾比、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間等條件的系統(tǒng)地研究了所制備硼酸鉛晶須的形貌及其中子-γ射線屏蔽性能。本發(fā)明中制備的一種硼酸鉛晶須的結(jié)構(gòu)規(guī)整、尺寸統(tǒng)一、結(jié)晶度高，且具有較好的中子-γ射線屏蔽性能;硼酸鉛這類物質(zhì)已在化學(xué)催化、光電、光學(xué)等領(lǐng)域受到越來越多的關(guān)注，并展開了大量理論研究和應(yīng)用開發(fā)。因而，本發(fā)明提供的一種硼酸鉛晶須的制備方法，為其多功能應(yīng)用鋪平了道路;本發(fā)明原料易得，價(jià)格低廉，產(chǎn)物處理簡便，可以放大進(jìn)行工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的具備多功能且結(jié)構(gòu)規(guī)整的硼酸鉛晶須的制備方法流程圖；
[0018]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的硼酸鉛晶須的X-射線粉末衍射圖；
[0019]圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的硼酸鉛晶須的掃描電鏡圖；
[0020]圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的硼酸鉛晶須的選取電子衍射(a)及高倍透射電鏡圖(b)；
[0021]圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的硼酸鉛晶須與氧化鉛和氧化硼混合物的中子-γ射線屏蔽性能對比圖(其中，硼酸鉛質(zhì)量為4克，置于5厘米直徑的模具經(jīng)壓實(shí)后測試中子γ射線屏蔽性能;混合物中Pb與B原子摩爾質(zhì)量與硼酸鉛晶須一致沖子源為熱中子，γ射線源能量為 105.3keV)。
【具體實(shí)施方式】
[0022]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0023]—種具備多功能且結(jié)構(gòu)規(guī)整的硼酸鉛晶須的制備方法，以醋酸鉛及硼酸為原料于吡啶中混合均勻，以濃氨水調(diào)節(jié)溶液PH值，攪拌溶液直至呈乳濁狀漿液，在室溫條件下獲得白色絮狀前驅(qū)體，在反應(yīng)釜中進(jìn)行水熱反應(yīng)，制得一種硼酸鉛晶須。
[0024]下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明的應(yīng)用原理作進(jìn)一步描述。
[0025]如圖1:一種具備多功能且結(jié)構(gòu)規(guī)整的硼酸鉛晶須的制備方法，該硼酸鉛晶須的制備方法包括以下步驟:
[0026]SlOl:在持續(xù)攪拌的條件下，分別將醋酸鉛(PbAc2)溶于去離子水、加入硼酸(Η3Β03)、加入吡啶直至溶液呈懸濁液，鉛、硼原子按一定的摩爾配比混合；
[0027]S102:在持續(xù)攪拌的條件下，向步驟一所得的懸濁液逐滴加入適量濃氨水，直至溶液呈白色乳狀漿液；
[0028]S103:將步驟二所得的乳狀漿液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，在一定反應(yīng)溫度條件下反應(yīng)一定時(shí)間；
[0029]S104:將步驟三溶劑熱處理所得的漿料經(jīng)冷卻、過濾、洗滌、干燥步驟，得到一種硼酸鉛晶須。
[0030]所述SlOl中，鉛、硼原子摩爾比為1:6-1:15。
[0031 ] 所述S103中，反應(yīng)溫度為180°C_240°C。
[0032]所述S103中，反應(yīng)時(shí)間為4h_24h。
[0033]所述S104中，洗滌過程采用去離子水和無水乙醇反復(fù)洗滌3-10次。
[0034]使用本發(fā)明所述的具備多功能且結(jié)構(gòu)規(guī)整的硼酸鉛晶須的制備方法直接獲得的晶須狀硼酸鉛晶體直徑為100-500nm，長徑比為200-1000。
[0035]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的硼酸鉛晶須的X-射線粉末