專利名稱：低溫相偏硼酸鋇納米粉的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化學(xué)領(lǐng)域，特別是涉及一種納米粉料的制備方法。發(fā)明人至今未檢索到有關(guān)β-BaB2O4(低溫相偏硼酸鋇)納米粉體制備方法的有關(guān)報(bào)道。納米材料是近幾年迅速發(fā)展起來(lái)的一門新的學(xué)科，它涉及到化學(xué)、物理學(xué)、材料學(xué)、生物學(xué)及仿生學(xué)等多學(xué)科領(lǐng)域，為各學(xué)科的交叉發(fā)展提供了新的機(jī)遇。由于納米顆粒的超細(xì)結(jié)構(gòu)(粒徑在1-100nm)，它是由數(shù)目較少的原子或分子所組成，其特殊的結(jié)構(gòu)使其具有許多獨(dú)特的性質(zhì)。主要表現(xiàn)在磁性、光吸收、熱阻、化學(xué)活性、催化和熔點(diǎn)等方面與普通材料有很大的不同。
偏硼酸鋇晶體通常有兩種晶型，即高溫相(α-BaB2O4)和低溫相(β-BaB2O4)。其中低溫相偏硼酸鋇(β-BaB2O4)晶體是一種優(yōu)良的非線性光學(xué)晶體，在紫外倍頻領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。另外β-BaB2O4本身具有倍頻效應(yīng)，其非線性光學(xué)性質(zhì)有望在非線性光學(xué)開關(guān)、功能陶瓷等領(lǐng)域中得到應(yīng)用。高、低溫相偏硼酸鋇兩相的相變溫度為920±10℃。兩種不同晶型偏硼酸鋇的熔點(diǎn)都在1095±5℃。為了能生長(zhǎng)出具有高價(jià)值的低溫相偏硼酸鋇晶體，目前國(guó)內(nèi)外均采用添加助熔劑的熔鹽法在其相變點(diǎn)以下溫度生長(zhǎng)該晶體。
本發(fā)明的目的是制備納米級(jí)的BaB2O4，以降低β-BaB204的熔點(diǎn)，使其熔點(diǎn)低于或接近其相變點(diǎn)，以便能用其純?nèi)垠w在相變溫度附近使用提拉法快速生長(zhǎng)出高質(zhì)量的β-BaB2O4晶體。這是把納米材料應(yīng)用于晶體生長(zhǎng)中一個(gè)新穎的設(shè)想，是把納米材料和新晶體材料兩個(gè)高新科技領(lǐng)域相互滲透的新的嘗試。
本發(fā)明的實(shí)施方案如下采用氫氧化鋇與硼酸和過(guò)氧化氫反應(yīng)。產(chǎn)物經(jīng)陳化、洗滌、分離、烘干、焙燒得到納米級(jí)的β-BaB2O4粉末，其反應(yīng)式為
其具體制備步驟如下(1)把定量的Ba(OH)2·8H2O加熱溶解于定量的蒸餾水中，配制濃度為0.3mol/L-0.5mol/L，溶解后趁熱過(guò)濾；(2)把定量的H3BO3加熱溶解于定量的蒸餾水中，配制濃度為0.7mol/L-1.0mol/L，稍冷后加入適量30％的過(guò)氧化氫水溶液，H3BO3∶30％H2O2＝1mol∶250ml-500ml；(3)把(2)噴霧加入到充分?jǐn)嚢璧?1)中，反應(yīng)溫度為30℃-60℃，反應(yīng)體系的PH＝6-12，H3BO3∶Ba(OH)·8H2O＝2∶1-1.10(mol)；(4)反應(yīng)完成后靜置陳化30分鐘--62小時(shí)，然后離心分離，用蒸餾水或無(wú)水乙醇多次洗滌；(5)在100-120℃減壓烘干后置于500℃-600℃下燒結(jié)0.5-3h。
經(jīng)以上步驟后得到產(chǎn)物β-BaB2O4粉末的粒度范圍為40-100nm，其平均粒徑為70nm。
濕化學(xué)法合成偏硼酸鋇必須在強(qiáng)堿性介質(zhì)中進(jìn)行，反應(yīng)過(guò)程中由于產(chǎn)物顆粒表面吸附大量的OH-，在反應(yīng)過(guò)程及后來(lái)的烘干、燒結(jié)過(guò)程中OH-間極易發(fā)生脫水()，從而使顆粒間產(chǎn)生氧橋聯(lián)結(jié)而長(zhǎng)大，另外在制備偏硼酸鹽的產(chǎn)物中帶有結(jié)晶水的現(xiàn)象十分普遍。這些結(jié)晶水在后來(lái)的燒結(jié)過(guò)程中極易使顆粒交聯(lián)而長(zhǎng)大，無(wú)法制備納米顆粒。本發(fā)明提出了在反應(yīng)體系中加入過(guò)氧化氫，其作用有兩個(gè)首先改變了生成偏硼酸鋇的反應(yīng)歷程，第二由于過(guò)氧化氫的分散、托起作用使反應(yīng)合成的產(chǎn)物不能凝結(jié)生成大顆粒的沉淀，而只能生成凝膠狀態(tài)。
用本法制備的產(chǎn)物經(jīng)X光粉末衍射分析確認(rèn)為β-BaB2O4，經(jīng)高分辯率的電鏡觀察，其粒徑范圍在40nm-100nm，平均粒徑為70nm，產(chǎn)物為類球型。
實(shí)施例一(1)取Ba(OH)2·8H2O 15.8g加熱溶解于150ml蒸餾水中，趁熱過(guò)濾；(2)取分析純的H3BO36.2g加熱溶解于120ml蒸餾水中，稍冷后加入20ml 30％的過(guò)氧化氫水溶液；(3)把(2)噴霧加入充分?jǐn)嚢璧?1)中，反應(yīng)溫度36℃，反應(yīng)體系最終PH＝6；(4)陳化2h后，離心分離，用無(wú)水乙醇洗滌3次后真空干燥(120℃)4h，然后置于馬福爐中在大氣中500℃燒結(jié)1h。
結(jié)果經(jīng)高分辯率的電鏡測(cè)得β-BaB2O4的平均粒經(jīng)為100nm。
實(shí)施例二
(1)稱取Ba(OH)2·8H2O 33.4g加熱溶解于300ml蒸餾水中，趁熱過(guò)濾；(2)稱取分析純的H3BO312.4g加熱溶解于300ml蒸餾水中，稍冷后加入50ml 30％的過(guò)氧化氫水溶液；(3)把(2)噴霧加入充分?jǐn)嚢璧?1)中，反應(yīng)溫度36℃，反應(yīng)體系最終PH＝6；(4)反應(yīng)完成后陳化0.5h，離心分離，并用蒸餾水洗滌3次；(5)120℃下真空于燥4h，置于馬福爐在空氣中500℃下燒結(jié)1h立即取出。
結(jié)果用高分辨的電鏡觀察其顆粒直徑在40nm-100nm平均粒徑為70nm。
實(shí)施例三(1)稱取Ba(OH)2·8H2O 33.4g加熱溶解于300ml蒸餾水中，趁熱過(guò)濾；(2)稱取分析純的H3BO312.4g加熱溶解于300ml蒸餾水中，稍冷后加入50ml 30％的過(guò)氧化氫水溶液；(3)把(2)噴霧加入充分?jǐn)嚢璧?1)中，反應(yīng)溫度60℃，反應(yīng)體系最終PH＝6；(4)反應(yīng)完成后陳化0.5h，離心分離，先用水洗滌2次，再用無(wú)水乙醇洗滌2次，然后加入250ml正丁醇共沸蒸餾；(5)120℃真空干燥，置500℃下燒結(jié)1h，即取出。
結(jié)果經(jīng)高分辯率的電鏡觀察其顆粒粒度范圍在40nm-100nm，β-BaB2O4的平均粒徑為70nm。
權(quán)利要求
1.一種低溫相偏硼酸鋇納米粉的制備方法，其特征在于，該法采用氫氧化鋇與硼酸和過(guò)氧化氫反應(yīng)，產(chǎn)物經(jīng)陳化、洗滌、分離、烘干、焙燒得到納米級(jí)的β-BaB2O4粉末，其反應(yīng)式為其具體制備步驟如下(1)把定量的Ba(OH)2·8H2O加熱溶解于定量的蒸餾水中，配制濃度為0.3mol/L-0.5mol/L，溶解后趁熱過(guò)濾；(2)把定量的H3BO3加熱溶解于定量的蒸餾水中，配制濃度為0.7mol/L-1.0mol/L，稍冷后加入適量30％的過(guò)氧化氫水溶液，H3BO3∶30％H2O2＝1mol∶250ml-500ml；(3)把(2)噴霧加入到充分?jǐn)嚢璧?1)中，反應(yīng)溫度30℃-60℃，反應(yīng)體系PH＝6-12，H3BO3∶Ba(OH)·8H2O＝2∶1-1.10(mol)；(4)反應(yīng)完成后靜置陳化0.5h--62h，然后離心分離，用蒸餾水或無(wú)水乙醇多次洗滌；(5)100-120℃減壓烘干后置于500℃-600℃下燒結(jié)0.5-3h。
2.如權(quán)利要求1所述的低溫相偏硼酸鋇納米粉的制備方法，其特征在于，在反應(yīng)體系中添加過(guò)氧化氫。
3.如權(quán)利要求1所述的低溫相偏硼酸鋇納米粉的制備方法，其特征在于，反應(yīng)體系的PH＝6-12。
4.如權(quán)利要求1所述的低溫相偏硼酸鋇納米粉的制備方法，其特征在于，陳化時(shí)間為0.5h-10h。
5.如權(quán)利要求1所述的低溫相偏硼酸鋇納米粉的制備方法，其特征在于，在空氣中，置于500℃-550℃下，燒結(jié)0.5h-2h。
全文摘要
一種低溫相偏硼酸鋇鈉米粉的制備方法,其反應(yīng)式為:Ba(OH)
文檔編號(hào)C01B35/12GK1357494SQ0013501
公開日2002年7月10日 申請(qǐng)日期2000年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月7日
發(fā)明者位民 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所