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，無團(tuán)聚、顆粒小，粒徑分布窄等要求。稀土氧化物是常見的熒光粉基體，其中氧化釓具有可見區(qū)無能級吸收，折射率高，易實現(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 (長波長光激發(fā)下發(fā)出短波長光)，在固體激光器、傳感器、太陽能電池、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，其工藝簡單、易于批量生產(chǎn)，但存在下列問題高溫煅燒時易造成顆粒變大、研磨過程中易引入雜質(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)。因為其有廣泛應(yīng)用前景，國內(nèi)外科技工作者開展了化學(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、基本無團(tuán)聚的氧化釔納米粉體(中國專利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 (中國專利200610024966.4)。沈陽化工學(xué)院馬偉民等通過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)備要求簡單，成本低(中國專利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(中國專利200910198286.8)；以摻雜準(zhǔn)納米級氧化釔陶瓷粉體經(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。因此開發(fā)一種基于共沉淀的水熱反應(yīng)、工藝較簡單、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際價值
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；所述的稀土無機(jī)鹽選用氯化鐿或硝酸鐿或氯化鉺或硝酸鉺。根據(jù)項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)時間控制在1-10小時內(nèi)。根據(jù)項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)時間控制在1-10小時內(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))。
具體實施例方式實例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小時后，所得白色沉淀經(jīng)離心分離，用去離子水和無水乙醇分別洗滌二次，經(jīng)真空干燥，800°C煅燒10小時，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，表明實現(xiàn)了鉺、鐿離子的摻雜。實例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小時后，所得白色沉淀經(jīng)離心分離，用去離子水和無水乙醇分別洗滌二次，經(jīng)真空干燥，800°C煅燒10小時，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小時后，所得白色沉淀經(jīng)離心分離， 用去離子水和無水乙醇分別洗滌二次，經(jīng)真空干燥，700°C煅燒10小時，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小時后，所得白色沉淀經(jīng)離心分離，用去離子水和無水乙醇分別洗滌二次，經(jīng)真空干燥，700°C煅燒5小時， 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)時間控制在1-10小時內(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)時間控制在1-10小時內(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C09K11/78GK102391865SQ201110283709
公開日2012年3月28日 申請日期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 申請人:中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所