專利名稱：顆粒狀納米碳酸鋇鍶鈣合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是采用改進(jìn)型氣-液相合成技術(shù)合成氧化物陰極納米熱電子發(fā)射材料，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)提高氧化物陰極的發(fā)射電流密度的一種新工藝。
背景技術(shù)：
氧化物陰極是應(yīng)用于電真空器件最為廣泛的熱陰極之一。在氧化物陰極的研究中，電子發(fā)射材料的傳統(tǒng)合成方法是液-液相合成方法，即用易溶于水的碳酸鹽與堿土金屬的硝酸鹽發(fā)生化學(xué)反應(yīng)合成不溶于水的堿土金屬碳酸鹽，這種合成方式參與反應(yīng)的化合物多，合成產(chǎn)物純度低，產(chǎn)率低，產(chǎn)物中碳酸鋇、碳酸鍶、碳酸鈣比例容易失調(diào)，影響碳酸鹽的發(fā)射性能。普通氣-液相合成技術(shù)克服了液-液相合成碳酸鹽工藝復(fù)雜，技術(shù)難度大，以及產(chǎn)率低、產(chǎn)物中碳酸鹽各成份比例的失調(diào)等缺點(diǎn)，但是普通氣-液相合成技術(shù)合成的碳酸鹽只能達(dá)到亞微米級(jí)，粒度仍然較大，且分散性和均勻性較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是公開一種顆粒狀納米碳酸鋇鍶鈣合成方法，采用改進(jìn)型氣-液相合成技術(shù)合成顆粒狀納米三元碳酸鹽，用簡(jiǎn)捷工藝合成電真空器件的氧化物陰極納米熱電子發(fā)射材料，克服了普通氣-液相合成碳酸鹽粒度較大，分散性和均勻性較差等缺點(diǎn)。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種顆粒狀納米碳酸鋇鍶鈣合成方法，用于氧化物陰極納米熱電子發(fā)射材料的合成，其采用改進(jìn)型氣-液相合成技術(shù)合成顆粒狀納米三元碳酸鹽；包括下列步驟a.首先，常壓下將質(zhì)量百分比為99. 9%的Ba(0H)2、Sr(0H)2、0&(0!1)2按摩爾比 05 明)(邪 5O) (3 8)混合后，溶于20°C 40°C的去離子水中；b.然后從溶液底部通入(X)2氣體，同時(shí)檢測(cè)溶液的PH值，當(dāng)溶液的PH值與初始值相比下降0.01 0. 1時(shí)，暫停通氣；c.將溶液加熱至60V 90°C后，再?gòu)娜芤旱撞客ㄈ?X)2氣體，同時(shí)檢測(cè)溶液的PH 值，當(dāng)溶液PH值為6. 8 7. 0時(shí)，停止通氣；d.用耐酸過濾漏斗過濾去溶液中的水分；e.最后，將沉淀物在常壓下200°C 250°C溫度條件下烘干，完成碳酸鹽的合成。所述的合成方法，其所述b)步中，(X)2氣體通氣速率為2 3L/min，保證在通氣過程中氣體始終從溶液底部通入。所述的合成方法，其所述c)步中，(X)2氣體與Ba (OH) 2、Sr (OH) 2、Ca (OH) 2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成 BaCO3、SrCO3、CaCO3。所述的合成方法，其所述e)步中，最后所得到的碳酸鹽形貌呈納米顆粒狀，直徑為 80 lOOnm。本發(fā)明的有益效果是，避免碳酸鹽在液-液相合成中技術(shù)難度大，工藝復(fù)雜等一系列技術(shù)困難，克服普通氣-液相合成碳酸鹽粒度較大，分散性和均勻性較差等缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)捷工藝合成氧化物陰極納米熱電子發(fā)射材料。采用這種方式合成納米顆粒狀結(jié)構(gòu)的碳酸鹽晶粒小，陰極發(fā)射涂層表面及內(nèi)部比表面積越大，越有利于涂層中盈余Ba沿晶粒表面向涂層表面擴(kuò)散。另外，涂層晶粒越小，晶粒表面原子數(shù)越多，越有利于涂層中Ba2+從發(fā)射表面向基金屬傳輸。Ba與Ba2+在涂層中的加快傳輸，促進(jìn)了涂層中電子的傳輸，增強(qiáng)了涂層的電導(dǎo)率，同時(shí)，陰極發(fā)射表面的面積增大，能促使更多的發(fā)射中心形成，有助于提高陰極發(fā)射性能。


圖1本發(fā)明顆粒狀納米碳酸鋇鍶鈣合成方法合成的碳酸鹽形貌圖；圖2本發(fā)明顆粒狀納米碳酸鋇鍶鈣合成方法合成碳酸鹽的流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的顆粒狀納米碳酸鋇鍶鈣合成方法具體工藝過程是首先將99. 9% (質(zhì)量百分比)的 Ba (OH)2、Sr (OH)2、Ca (OH)2 按摩爾比 50 44 6 混合后，溶于30°C的去離子水中，然后通入CO2,其通氣速率為2. 5L/min,保證在通氣過程中氣體從溶液底部通入，溶液的PH值與初始值相比下降0. 05時(shí)暫停通氣，將溶液加熱至70°C 后繼續(xù)通氣，當(dāng)溶液PH值為6. 8 7. 0時(shí)，停止通氣。采用耐酸濾過漏斗過濾去溶液中的水分，沉淀物在200°C溫度條件下烘干(需5小時(shí)以上)，完成碳酸鹽的合成。本發(fā)明方法合成的碳酸鹽的形貌如圖1所示，從圖中可以看出，用氣-液相法合成的碳酸鹽納米顆粒， 直徑80 lOOnm，比采用傳統(tǒng)液-液相方式合成的碳酸鹽的結(jié)晶小。計(jì)算碳酸鹽產(chǎn)率，分析碳酸鹽純度、形貌，取得良好結(jié)果，合成碳酸鹽純度99. 9% 以上，產(chǎn)率99%以上，結(jié)晶??；取15克加入溶劑及粘接劑配制成碳酸鹽漿，噴涂于貯存式氧化物陰極發(fā)射表面，陰極分解、激活、老煉30小時(shí)后進(jìn)行直流發(fā)射測(cè)試。用本發(fā)明方法制得的納米顆粒狀碳酸鹽制備氧化物陰極，并進(jìn)行直流發(fā)射測(cè)試 (發(fā)射性能在具有水冷陽極的超高真空動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中測(cè)試，陰極直徑3mm，陰陽極之間距離 0. 9mm 1. Imm)，結(jié)果顯示納米碳酸鹽陰極在850°C、800°C、750°C的發(fā)射電流密度分別為3. 5A/cm2、2. 3A/cm2、l. 4A/cm2,而相同溫度下普通針狀碳酸鹽陰極的發(fā)射電流密度只有 2. 5A/cm2、l. 4A/cm2、0. 65A/cm2。
權(quán)利要求
1.一種顆粒狀納米碳酸鋇鍶鈣合成方法，用于氧化物陰極納米熱電子發(fā)射材料的合成，其特征在于，采用改進(jìn)型氣-液相合成技術(shù)合成顆粒狀納米三元碳酸鹽；包括下列步驟a.首先，常壓下將質(zhì)量百分比為99.9%的Ba (OH)2、Sr (OH) 2、Ca (OH)2按摩爾比(45 58)(邪 5O) (3 8)混合后，溶于20°C 40°C的去離子水中；b.然后從溶液底部通入CO2氣體，同時(shí)檢測(cè)溶液的PH值，當(dāng)溶液的PH值與初始值相比下降0.01 0. 1時(shí)，暫停通氣；c.將溶液加熱至60°C 90°C后，再?gòu)娜芤旱撞客ㄈ?X)2氣體，同時(shí)檢測(cè)溶液的PH值， 當(dāng)溶液PH值為6. 8 7. 0時(shí)，停止通氣；d.用耐酸過濾漏斗過濾去溶液中的水分；e.最后，將沉淀物在常壓下20(TC 250°C溫度條件下烘干，完成碳酸鹽的合成。
2.如權(quán)利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述b)步中，CO2氣體通氣速率為2 3L/min，保證在通氣過程中氣體始終從溶液底部通入。
3.如權(quán)利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述c)步中，CO2氣體與Ba(0H)2、 Sr (OH)2, Ca(OH)2 發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成 BaC03、SrCO3> CaCO30
4.如權(quán)利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述e)步中，最后所得到的碳酸鹽形貌呈納米顆粒狀，直徑為80 lOOnm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種顆粒狀納米碳酸鋇鍶鈣合成方法，涉及納米材料制備技術(shù)，是一種采用改進(jìn)型氣-液相合成技術(shù)合成氧化物陰極納米熱電子發(fā)射材料的工藝，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)氧化物陰極熱電子發(fā)射材料納米化。本發(fā)明方法合成的鋇、鍶、鈣三元納米碳酸鹽，形貌呈納米顆粒狀，結(jié)晶小，純度高，工藝流程少。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)捷，操作方便，成品率高。
文檔編號(hào)C01F11/18GK102234126SQ201010171329
公開日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2010年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月7日
發(fā)明者王其富, 王小霞, 羅積潤(rùn), 趙慶蘭 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所