专利名称：低温相偏硼酸钡纳米粉的制备方法
技术领域：
本发明涉及化学领域，特别是涉及一种纳米粉料的制备方法。发明人至今未检索到有关β-BaB2O4(低温相偏硼酸钡)纳米粉体制备方法的有关报道。纳米材料是近几年迅速发展起来的一门新的学科，它涉及到化学、物理学、材料学、生物学及仿生学等多学科领域，为各学科的交叉发展提供了新的机遇。由于纳米颗粒的超细结构(粒径在1-100nm)，它是由数目较少的原子或分子所组成，其特殊的结构使其具有许多独特的性质。主要表现在磁性、光吸收、热阻、化学活性、催化和熔点等方面与普通材料有很大的不同。
偏硼酸钡晶体通常有两种晶型，即高温相(α-BaB2O4)和低温相(β-BaB2O4)。其中低温相偏硼酸钡(β-BaB2O4)晶体是一种优良的非线性光学晶体，在紫外倍频领域得到广泛的应用。另外β-BaB2O4本身具有倍频效应，其非线性光学性质有望在非线性光学开关、功能陶瓷等领域中得到应用。高、低温相偏硼酸钡两相的相变温度为920±10℃。两种不同晶型偏硼酸钡的熔点都在1095±5℃。为了能生长出具有高价值的低温相偏硼酸钡晶体，目前国内外均采用添加助熔剂的熔盐法在其相变点以下温度生长该晶体。
本发明的目的是制备纳米级的BaB2O4，以降低β-BaB204的熔点，使其熔点低于或接近其相变点，以便能用其纯熔体在相变温度附近使用提拉法快速生长出高质量的β-BaB2O4晶体。这是把纳米材料应用于晶体生长中一个新颖的设想，是把纳米材料和新晶体材料两个高新科技领域相互渗透的新的尝试。
本发明的实施方案如下采用氢氧化钡与硼酸和过氧化氢反应。产物经陈化、洗涤、分离、烘干、焙烧得到纳米级的β-BaB2O4粉末，其反应式为
其具体制备步骤如下(1)把定量的Ba(OH)2·8H2O加热溶解于定量的蒸馏水中，配制浓度为0.3mol/L-0.5mol/L，溶解后趁热过滤；(2)把定量的H3BO3加热溶解于定量的蒸馏水中，配制浓度为0.7mol/L-1.0mol/L，稍冷后加入适量30％的过氧化氢水溶液，H3BO3∶30％H2O2＝1mol∶250ml-500ml；(3)把(2)喷雾加入到充分搅拌的(1)中，反应温度为30℃-60℃，反应体系的PH＝6-12，H3BO3∶Ba(OH)·8H2O＝2∶1-1.10(mol)；(4)反应完成后静置陈化30分钟--62小时，然后离心分离，用蒸馏水或无水乙醇多次洗涤；(5)在100-120℃减压烘干后置于500℃-600℃下烧结0.5-3h。
经以上步骤后得到产物β-BaB2O4粉末的粒度范围为40-100nm，其平均粒径为70nm。
湿化学法合成偏硼酸钡必须在强碱性介质中进行，反应过程中由于产物颗粒表面吸附大量的OH-，在反应过程及后来的烘干、烧结过程中OH-间极易发生脱水()，从而使颗粒间产生氧桥联结而长大，另外在制备偏硼酸盐的产物中带有结晶水的现象十分普遍。这些结晶水在后来的烧结过程中极易使颗粒交联而长大，无法制备纳米颗粒。本发明提出了在反应体系中加入过氧化氢，其作用有两个首先改变了生成偏硼酸钡的反应历程，第二由于过氧化氢的分散、托起作用使反应合成的产物不能凝结生成大颗粒的沉淀，而只能生成凝胶状态。
用本法制备的产物经X光粉末衍射分析确认为β-BaB2O4，经高分辩率的电镜观察，其粒径范围在40nm-100nm，平均粒径为70nm，产物为类球型。
实施例一(1)取Ba(OH)2·8H2O 15.8g加热溶解于150ml蒸馏水中，趁热过滤；(2)取分析纯的H3BO36.2g加热溶解于120ml蒸馏水中，稍冷后加入20ml 30％的过氧化氢水溶液；(3)把(2)喷雾加入充分搅拌的(1)中，反应温度36℃，反应体系最终PH＝6；(4)陈化2h后，离心分离，用无水乙醇洗涤3次后真空干燥(120℃)4h，然后置于马福炉中在大气中500℃烧结1h。
结果经高分辩率的电镜测得β-BaB2O4的平均粒经为100nm。
实施例二
(1)称取Ba(OH)2·8H2O 33.4g加热溶解于300ml蒸馏水中，趁热过滤；(2)称取分析纯的H3BO312.4g加热溶解于300ml蒸馏水中，稍冷后加入50ml 30％的过氧化氢水溶液；(3)把(2)喷雾加入充分搅拌的(1)中，反应温度36℃，反应体系最终PH＝6；(4)反应完成后陈化0.5h，离心分离，并用蒸馏水洗涤3次；(5)120℃下真空于燥4h，置于马福炉在空气中500℃下烧结1h立即取出。
结果用高分辨的电镜观察其颗粒直径在40nm-100nm平均粒径为70nm。
实施例三(1)称取Ba(OH)2·8H2O 33.4g加热溶解于300ml蒸馏水中，趁热过滤；(2)称取分析纯的H3BO312.4g加热溶解于300ml蒸馏水中，稍冷后加入50ml 30％的过氧化氢水溶液；(3)把(2)喷雾加入充分搅拌的(1)中，反应温度60℃，反应体系最终PH＝6；(4)反应完成后陈化0.5h，离心分离，先用水洗涤2次，再用无水乙醇洗涤2次，然后加入250ml正丁醇共沸蒸馏；(5)120℃真空干燥，置500℃下烧结1h，即取出。
结果经高分辩率的电镜观察其颗粒粒度范围在40nm-100nm，β-BaB2O4的平均粒径为70nm。
权利要求
1.一种低温相偏硼酸钡纳米粉的制备方法，其特征在于，该法采用氢氧化钡与硼酸和过氧化氢反应，产物经陈化、洗涤、分离、烘干、焙烧得到纳米级的β-BaB2O4粉末，其反应式为其具体制备步骤如下(1)把定量的Ba(OH)2·8H2O加热溶解于定量的蒸馏水中，配制浓度为0.3mol/L-0.5mol/L，溶解后趁热过滤；(2)把定量的H3BO3加热溶解于定量的蒸馏水中，配制浓度为0.7mol/L-1.0mol/L，稍冷后加入适量30％的过氧化氢水溶液，H3BO3∶30％H2O2＝1mol∶250ml-500ml；(3)把(2)喷雾加入到充分搅拌的(1)中，反应温度30℃-60℃，反应体系PH＝6-12，H3BO3∶Ba(OH)·8H2O＝2∶1-1.10(mol)；(4)反应完成后静置陈化0.5h--62h，然后离心分离，用蒸馏水或无水乙醇多次洗涤；(5)100-120℃减压烘干后置于500℃-600℃下烧结0.5-3h。
2.如权利要求1所述的低温相偏硼酸钡纳米粉的制备方法，其特征在于，在反应体系中添加过氧化氢。
3.如权利要求1所述的低温相偏硼酸钡纳米粉的制备方法，其特征在于，反应体系的PH＝6-12。
4.如权利要求1所述的低温相偏硼酸钡纳米粉的制备方法，其特征在于，陈化时间为0.5h-10h。
5.如权利要求1所述的低温相偏硼酸钡纳米粉的制备方法，其特征在于，在空气中，置于500℃-550℃下，烧结0.5h-2h。
全文摘要
一种低温相偏硼酸钡钠米粉的制备方法,其反应式为:Ba(OH)
文档编号C01B35/12GK1357494SQ0013501
公开日2002年7月10日 申请日期2000年12月7日 优先权日2000年12月7日
发明者位民 申请人:中国科学院福建物质结构研究所