專利名稱：一種摻雜氧化釓納米粉體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料制備領(lǐng)域，尤其涉及一種上轉(zhuǎn)換發(fā)光摻雜氧化釓納米粉體的制備方法。
背景技術(shù)：
摻雜稀土氧化物熒光粉在投影電視和平板顯示等領(lǐng)域用途廣泛，優(yōu)質(zhì)熒光粉應(yīng)滿足物相純度高、近球形，無(wú)團(tuán)聚、顆粒小，粒徑分布窄等要求。稀土氧化物是常見(jiàn)的熒光粉基體，其中氧化釓具有可見(jiàn)區(qū)無(wú)能級(jí)吸收，折射率高，易實(shí)現(xiàn)稀土離子摻雜等優(yōu)異性能，是廣泛應(yīng)用的稀土發(fā)光材料基質(zhì)。摻雜氧化釓還應(yīng)用于上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料，因其獨(dú)特的發(fā)光性能 (長(zhǎng)波長(zhǎng)光激發(fā)下發(fā)出短波長(zhǎng)光)，在固體激光器、傳感器、太陽(yáng)能電池、三維立體顯示等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。上述重要應(yīng)用，高質(zhì)量氧化釓粉體的制備是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。不同粉體合成方法的產(chǎn)物具有不同的顆粒形貌和比表面積，決定了最終材料的性質(zhì)。目前制備氧化釓粉體的固相反應(yīng)合成法，其工藝簡(jiǎn)單、易于批量生產(chǎn)，但存在下列問(wèn)題高溫煅燒時(shí)易造成顆粒變大、研磨過(guò)程中易引入雜質(zhì)、易存在第二相等雜相。濕化學(xué)合成法主要有沉淀法，溶膠凝膠法等，其產(chǎn)物具有化學(xué)組成精確、組分分布均勻等優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)槠溆袕V泛應(yīng)用前景，國(guó)內(nèi)外科技工作者開(kāi)展了化學(xué)法制備氧化釓納米粉體的研究中科院上海硅酸鹽研究所陳積陽(yáng)等以氨水與碳酸氫銨的混合物為沉淀劑，制備了顆粒分布均勻、基本無(wú)團(tuán)聚的氧化釔納米粉體(中國(guó)專利03U9648. 3)。瑞典奧普托克里特股份公司等制備了二甘醇涂覆的1-15 nm的氧化釓納米晶，可應(yīng)用于選擇性組織磁共振成像等領(lǐng)域(中國(guó)專利200580030876. X)。上海寶山鋼鐵股份有限公司、中南大學(xué)李咸偉等采用溶膠-凝膠法，經(jīng)簡(jiǎn)單焙燒，制備了具有更高催化能力的氧化釔/ 二氧化鈦納米復(fù)合材料 (中國(guó)專利200610024966.4)。沈陽(yáng)化工學(xué)院馬偉民等通過(guò)微乳液法制備了分散性好、近似球形、尺寸在10-20 nm范圍內(nèi)的摻銪氧化釔釓發(fā)光粉體(中國(guó)專利200810010900.9)。暨南大學(xué)李玲等引入表面活性劑，釔離子溶液與堿性溶液在常溫常壓下反應(yīng)，粒度細(xì)小均勻， 分散性好，生產(chǎn)設(shè)備要求簡(jiǎn)單，成本低(中國(guó)專利01129722.0)。中科院上海硅酸鹽研究所黃毅華等以尿素為均勻沉淀劑，經(jīng)煅燒制備出球形、單分散的50-400 nm氧化釔粉體(中國(guó)專利200910198286.8)；以摻雜準(zhǔn)納米級(jí)氧化釔陶瓷粉體經(jīng)冷等靜壓成型后，經(jīng)低溫?zé)Y(jié)、 真空升溫?zé)Y(jié)，制備了摻雜氧化釔基透明陶瓷(中國(guó)專利20091019^83. 4)。水熱法反應(yīng)活性高，合成的顆粒分散度好、結(jié)晶度高，是一種制備納米粉體的理想方法。共沉淀法是引入的沉淀劑在一定反應(yīng)條件下釋放沉淀離子完成共沉淀過(guò)程.克服了直接沉淀法制備粉體中存在的反應(yīng)物混合不均勻等缺點(diǎn)，可以得到粒徑小、粒徑分布窄的粉體材料。因此開(kāi)發(fā)一種基于共沉淀的水熱反應(yīng)、工藝較簡(jiǎn)單、成本較低的摻雜氧化釓納米粉體的制備方法具有重要的實(shí)際價(jià)值
發(fā)明內(nèi)容
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本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)水熱法制備高質(zhì)量摻雜氧化釓納米粉體的方法。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
1. 一種摻雜氧化釓納米粉體的制備方法，以釓鹽、稀土無(wú)機(jī)鹽為原料，以尿素為共沉淀劑，在水熱條件下生成前驅(qū)體，經(jīng)煅燒制得摻雜氧化釓納米粉體。根據(jù)項(xiàng)1所述的摻雜氧化釓納米粉體的制備方法，其特征在于所述的釓鹽選用氯化釓或硝酸釓；所述的稀土無(wú)機(jī)鹽選用氯化鐿或硝酸鐿或氯化鉺或硝酸鉺。根據(jù)項(xiàng)1所述的摻雜氧化釓納米粉體的制備方法，其特征在于所述的稀土離子與釓離子的摩爾比為0. 1:4到1:4。根據(jù)項(xiàng)1所述的摻雜氧化釓納米粉體的制備方法，其特征在于所述的尿素與釓離子的摩爾比約為10:1 - 5:1。根據(jù)項(xiàng)1所述的摻雜氧化釓納米粉體的制備方法，其特征在于所述的水熱反應(yīng)的溫度控制在120-180攝氏度內(nèi)，反應(yīng)時(shí)間控制在1-10小時(shí)內(nèi)。根據(jù)項(xiàng)1所述的摻雜氧化釓納米粉體的制備方法，其特征在于煅燒的溫度控制在500-1000攝氏度內(nèi)，反應(yīng)時(shí)間控制在1-10小時(shí)內(nèi)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)水相反應(yīng)、工藝較簡(jiǎn)單、成本較低，制備的氧化釓納米粉體為結(jié)晶態(tài)、純度高、約40nm粒徑，為上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料。


圖1平均粒徑為39 nm的摻鉺、鐿氧化釓粉體的透射電鏡TEM圖；圖2平均粒徑為39 nm的摻鉺、鐿氧化釓粉體的粉末X射線衍射圖；圖3平均粒徑為39 nm的摻鉺、鐿氧化釓粉體的上轉(zhuǎn)換發(fā)光射圖(980 nm激發(fā))。
具體實(shí)施例方式實(shí)例1 把0. 5 g尿素溶于8. 0 ml去離子水，再加入8. 0 ml GdCl3水溶液(0. 2 M)，4.0 ml YbClyK溶液(0.1 Μ),4.0 ml ErCl3水溶液(0. 01 Μ)攪拌均勻后，溶液轉(zhuǎn)移入 40 ml的不銹鋼耐壓反應(yīng)釜中，在140°C反應(yīng)10小時(shí)后，所得白色沉淀經(jīng)離心分離，用去離子水和無(wú)水乙醇分別洗滌二次，經(jīng)真空干燥，800°C煅燒10小時(shí)，得到白色粉體。圖1為其透射電鏡圖，可知其為平均粒徑約為39 nm的納米粉體；圖2為其X射線衍射圖，可知其為高純物相的氧化釓；圖3平均粒徑為39 nm的摻鉺、鐿氧化釓納米粉體的上轉(zhuǎn)換發(fā)光譜圖， 發(fā)紅色強(qiáng)光，表明實(shí)現(xiàn)了鉺、鐿離子的摻雜。實(shí)例2:把0.5 g尿素溶于8.0 ml去離子水，再加入8.0 ml GdClyK溶液(0. 2 Μ), 4.0 ml YbClyK溶液(0.1 Μ), 4.0 ml ErCl3水溶液(0. 01 Μ)攪拌均勻后，溶液轉(zhuǎn)移入 40 ml的不銹鋼耐壓反應(yīng)釜中，在150°C反應(yīng)10小時(shí)后，所得白色沉淀經(jīng)離心分離，用去離子水和無(wú)水乙醇分別洗滌二次，經(jīng)真空干燥，800°C煅燒10小時(shí)，得到白色粉體。經(jīng)透射電鏡和粉末X射線衍射分析，為平均粒徑約73 nm的摻雜氧化釓粉體。實(shí)例3 把0.5 g尿素溶于8.0 ml去離子水，再加入8.0 ml Gd (NO3) 3水溶液(0. 2 M)，4.0 ml Yb (NO3)3 水溶液(0. 1 Μ)和 4. 0 ml Er (NO3) 3 水溶液(0. 01 M)，攪拌均勻后，溶液轉(zhuǎn)移入40 ml的不銹鋼耐壓反應(yīng)釜中，在150°C反應(yīng)5小時(shí)后，所得白色沉淀經(jīng)離心分離， 用去離子水和無(wú)水乙醇分別洗滌二次，經(jīng)真空干燥，700°C煅燒10小時(shí)，得到白色粉體。經(jīng)透射電鏡和粉末X射線衍射分析，為平均粒徑約65 nm的摻雜氧化釓粉體。
實(shí)例4 把0. 8 g尿素溶于8. 0 ml去離子水，再加入8. 0 ml Gd (13水溶液(0. 2 M)，攪拌均勻后，溶液轉(zhuǎn)移入40 ml的不銹鋼耐壓反應(yīng)釜中，在150°C反應(yīng)8小時(shí)后，所得白色沉淀經(jīng)離心分離，用去離子水和無(wú)水乙醇分別洗滌二次，經(jīng)真空干燥，700°C煅燒5小時(shí)， 得到白色粉體。經(jīng)透射電鏡和粉末X射線衍射分析，為平均粒徑約50 nm的氧化釓粉體。
權(quán)利要求
1.一種摻雜氧化釓納米粉體的制備方法，以釓鹽、稀土無(wú)機(jī)鹽為原料，以尿素為共沉淀劑，在水熱條件下生成前驅(qū)體，經(jīng)煅燒制得摻雜氧化釓納米粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻雜氧化釓納米粉體的制備方法，其特征在于所述的釓鹽選用氯化釓或硝酸釓；所述的稀土無(wú)機(jī)鹽選用氯化鐿或硝酸鐿或氯化鉺或硝酸鉺。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻雜氧化釓納米粉體的制備方法，其特征在于所述的稀土離子與釓離子的摩爾比為0. 1:4到1:4。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻雜氧化釓納米粉體的制備方法，其特征在于所述的尿素與釓離子的摩爾比約為10:1 - 5:1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻雜氧化釓納米粉體的制備方法，其特征在于所述的水熱反應(yīng)的溫度控制在120-180攝氏度內(nèi)，反應(yīng)時(shí)間控制在1-10小時(shí)內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻雜氧化釓納米粉體的制備方法，其特征在于煅燒的溫度控制在500-1000攝氏度內(nèi)，反應(yīng)時(shí)間控制在1-10小時(shí)內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于共沉淀的水熱反應(yīng)、工藝簡(jiǎn)單、成本較低的摻雜氧化釓納米粉體的制備方法。本發(fā)明通過(guò)尿素在水熱條件下均勻釋放出氨，與釓、激活劑鉺、敏化劑鐿等稀土離子生成高質(zhì)量前驅(qū)體，經(jīng)煅燒得到摻雜氧化釓上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粉體，制備的摻雜氧化釓粉體為結(jié)晶態(tài)、純度高、約40nm粒徑。
文檔編號(hào)C09K11/78GK102391865SQ201110283709
公開(kāi)日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月21日
發(fā)明者周有福, 張林杰, 洪茂椿, 許文濤 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所