一种水热溶剂法制备BaZrO3:(Ce、Pr)纳米粉体的方法
技术领域
[0001] 本
发明涉及一种制备纳米粉体的方法,特别是涉及一种水热溶剂法制备BaZrO3:(Ce、Pr)纳米粉体的方法。
背景技术
[0002]
闪烁体是重要的光功能材料,主要应用于高能物理和
核医学成像等领域,包括无机闪烁晶体和无机闪烁陶瓷。近几年来
钙钛矿结构的
金属化合物材料体系得到国内外学者的广泛关注,(Sr;Ba;Ca)HfO3:Ce及(Sr:Ba;Ca)ZrO3:Ce作为闪烁材料的文献有不同报道。目标在于解决陶瓷闪烁材料合成与制备技术的问题,并成为新材料领域的研究热点之一。
碱3
土BaZrO3作为一种
钙钛矿结构的化合物,
密度高(5.42g/ cm),
原子序数大,具有优良的电学和热
力学性能,掺杂Pr3+、Ce3+的BaZrO3材料对高能射线或高能粒子有较高的吸收能力,同时Pr3+、Ce3+(4f1)光学电负性小,能实现5d-4f完全跃迁,符合闪烁体发光衰减<100ns的特征要求是制备闪烁陶瓷的候选材料。
[0003] 目前国内外制备BaZrO3及掺杂稀土的BaZrO3的制备方法包括固相法,溶胶凝胶法、共沉淀法等。上述粉体合成方法中,固相法工艺简单但
烧结温度高且产物粒径分布不均匀、纯度低。溶胶凝胶法合成的粉体颗粒大、团聚严重。水热法产物分散性好、纯度高,但对设备要求高,成本高,产量低,不适合工业化生产。与上述方法相比,水热法制备粉体具有诸多优点,水热法的反应组分混合是分子、原子级,反应产物达到
纳米级,可实现离子掺杂均匀、掺杂范围广、产物纯度高、粒径均匀,工艺简单,是一种成本低廉、各组分可精确控制、易于实现产业化的合成方法。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提供一种水热溶剂法制备BaZrO3:(Ce、Pr)纳米粉体的方法,该方法形成纯晶相BaZrO3:(Ce、Pr),晶化温度低、无杂相、结晶度好、原料成本低、制备工艺简单、周期短,适合批量生产。
[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0006] 一种水热溶剂法制备BaZrO3:(Ce、Pr)纳米粉体的方法,所述方法包括如下制备过程:
[0007] 1)、溶液的配置:按精确的化学计量比称取Ba(NO3)2、ZrOCl2·8H2O、Ce(NO3)3、Pr(NO3)3并溶于醇-水溶液中,配置成金属盐溶液;将KOH稀释为矿化剂;
[0008] 2)、前驱体的制备:将上述的矿化剂滴加到配置好的金属盐溶液中,搅拌均匀后,将反应物装入反应釜中,然后将反应釜放入
微波炉中反应;得到的先驱沉淀物经时效,清洗,抽滤,烘干获得粉末样品。
[0009] 所述的一种水热溶剂法制备BaZrO3:(Ce、Pr)纳米粉体的方法,所述Ce3+的掺杂浓3+ 3+
度0.2mol%~1.0mol% , Ce 、Pr 的摩尔掺杂浓度比为1:0~1:7。
[0010] 所述的一种水热溶剂法制备BaZrO3:(Ce、Pr)纳米粉体的方法,所述醇-水比为1:1~4:1,金属盐溶液的初始浓度为0.01~1mol/L。
[0011] 所述的一种水热溶剂法制备BaZrO3:(Ce、Pr)纳米粉体的方法,所述沉淀完全后调节体系的PH为8~14,反应温度和时间分别为120~240℃和12~24 h。
[0012] 本发明的优点与效果是:
[0013] 1、本发明可形成纯晶相BaZrO3:(Ce、Pr),晶化温度低,无杂相,结晶度好。
[0014] 2、本发明原料成本低,制备工艺简单,周期短,有广阔的应用前景,适合批量生产。
附图说明
[0015] 图1是BaZrO3粉体的SEM形貌。可以看出粉体分散性良好,近似球形;
[0016] 图2 Ce3+的掺杂浓度对粉体发光性能的影响,当Ce3+掺杂浓度为0.4mol%时,粉体的发光性能最强;
[0017] 图3 Ce3+、Pr 3+的掺杂摩尔浓度比对粉体发光性能的影响,可见加入Pr 3+后,粉体发光性能增强,最佳Ce3+、Pr 3+掺杂摩尔浓度比为1:3。
具体实施方式
[0018] 下面结合附图所示
实施例,对本发明作进一步详述。
[0019] 实施例1:
[0020] 把Ba(NO3)2、ZrOCl2·8H2O混合并溶于醇-水溶液中(
乙醇和水比例为3:1),配成0.2 mol/L金属盐溶液。将KOH稀释浓度为3mol/L的矿化剂。然后将矿化剂滴入已配好的金属盐溶液中,直至pH=14,并用磁力搅拌器搅拌,滴定结束将其装入反应釜中,然后将反应釜放入
微波炉中,在合适的条件(温度、时间、pH等)下反应。反应后,经时效,将生成的沉淀物用蒸馏水清洗三遍,用
硝酸银检测滤液,直至无氯离子存在,再用无水乙醇洗两遍,置于温度为80℃干燥箱中干燥24h ,
研磨,得分散性好、近球形的BaZrO3粉体。
[0021] 实施例2:
[0022] 把Ba(NO3)2、ZrOCl2·8H2O和不同量的Ce(NO3)3混合并溶于醇-水溶液中(乙醇和水比例为3:1),配成0.2 mol/L金属盐溶液。将KOH稀释浓度为3mol/L的矿化剂。然后将矿化剂滴入已配好的金属盐溶液中,直至pH=14,并用磁力搅拌器搅拌,滴定结束将其装入反应釜中,然后将反应釜放入微波炉中,在合适的条件(温度、时间、pH等)下反应。反应后,经时效,将生成的沉淀物用蒸馏水清洗三遍,用硝酸银检测滤液,直至无氯离子存在,再用无水乙醇洗两遍,置于温度为80℃干燥箱中干燥24h,研磨,得到分散性好、近球形的BaZrO3: Ce粉体。
[0023] 实施例3:
[0024] 把 Ba(NO3)2、 ZrOCl2·8H2O和不同量的Pr(NO3)3、Ce(NO3)3并溶于醇-水溶液中(乙醇和水比例为3:1),配成0.2 mol/L金属盐溶液。将KOH稀释浓度为3mol/L的矿化剂。然后将矿化剂滴入已配好的金属盐溶液中,直至PH=14,并用磁力搅拌器搅拌,滴定结束将其装入反应釜中,,然后将反应釜放入微波炉中,在合适的条件(温度、时间、pH等)下反应。反应后,经时效后,获得的沉淀物用蒸馏水清洗三遍,用硝酸银检测滤液,直至无氯离子存在,再用无水乙醇洗两遍,置于温度为80℃干燥箱中干燥24h ,研磨,得分散性好、近球形的BaZrO3:(Ce、Pr)粉体。