微乳液法制备锆酸钡掺铈BaZrO₃:Ce纳米发光材料的方法

专利名称：微乳液法制备锆酸钡掺铈BaZrO₃:Ce纳米发光材料的方法
技术领域：
本发明涉及一种荧光粉的制备方法，特别是涉及一种微乳液法制备锆酸钡掺 BaZrO3ICe纳米发光材料的方法。
背景技术：
闪烁体是一种能有效地吸收高能射线(χ射线、Y射线)或高能粒子，而发射紫外 光或可见光的功能材料。闪烁体主要应用在高能物理和核医学成像领域。闪烁体材料分为 无机和有机两类。有机闪烁体大多属于苯环结构的芳香族碳氢化合物，无机闪烁体分为闪 烁单晶、陶瓷闪烁体和闪烁玻璃。陶瓷闪烁体制备成本低廉、易裁剪、合成粉体工艺相对简 单、可实现分子原子级均勻掺杂已是今后发展趋势。近几年立方晶系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。
BaZrO3及掺杂稀土的BdrO3的制备方法包括固相法、沉淀法、溶胶_凝胶法、水 热法等。固相法虽工艺简单但烧结温度高(1200-170(TC)且产物粒径分布不均勻、纯度低； 湿化学法(沉淀法、溶胶-凝胶法)虽能有效提高材料的性能，但产物易团聚、易引入杂质； 水热法虽产物分散性好、纯度高，但对设备要求高、安全性差。与上述制备方法相比，微乳液 法具有制备工艺简单、样品粒径分布窄、样品颗粒尺寸和形貌可控、可实现分子水平的均勻 掺杂、引入杂质少等独特的优点，使其在纳米材料的合成领域有着巨大的应用潜力。发明内容
本发明的目的在于提供一种反相双微乳液法制备纳米BdrO3: Ce发光材料的方 法，采用环己烷为油相，十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为表面活性剂，正丁醇为助表面活性 剂配成微乳液来制备Ba&03:Ce发光材料。该方法制备的Ba&03:Ce样品发光性能得到改 善，分散性好、粒径均勻，实现了对样品的粒径和形貌可控。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的微乳液法制备锆酸钡掺铈BdrO3: Ce纳米发光材料的方法，该方法采用环己烷为油相， 十六烷基三甲基溴化铵(CATB)为表面活性剂，正丁醇为助表面活性剂；制备的过程包括初 始稀土溶液的配置、微乳液的配置、混合、抽滤、洗涤、干燥以及前驱体的煅烧过程；稀土溶 液的初始浓度范围在0. 2mol/L。
所述的微乳液法制备锆酸钡掺铈Ba&03:Ce纳米发光材料的方法，所述的采用的 表面活性剂和油相的质量比为1:3，表面活性剂和助表面活性剂的质量比为2:5。
所述的微乳液法制备锆酸钡掺铈Ba&03:Ce纳米发光材料的方法，微乳液混合后 的体系反应温度控制在0_75°C ；干燥温度控制在80-100°C。
所述的微乳液法制备锆酸钡掺铈Ba&03:Ce纳米发光材料的方法，前驱体煅烧的 温度范围控制在500-1000°C之间。
所述的微乳液法制备锆酸钡掺铈BdrO3 = Ce纳米发光材料的方法，BaZrO3: Ce纳米 粉体中Ce的原子含量在0. 1-1. 1%摩尔分数之间。
本发明的优点与效果是本发明所采用的原料成本低，废液易回收，引入杂质少，工艺简单，操作简便，制备周 期短。在制备过程中，或通过调节原料的配比，或添加一种辅助分散剂，或改变初始溶液的 浓度来控制产品的晶型、形貌以及尺寸。前驱体在较低煅烧温度(900°c)下保温池得到的 BaZrO3ICe样品，形貌近球形，分散性好，粒径均勻约为20nm。该BdrO3 Ce样品制备方法在 实际应用中有广阔的前景。


图1为添加聚乙烯醇吡啶烷酮0% (质量分数)，经900°C煅烧: 后得到的样品的 SEM 图；图2为添加聚乙烯醇吡啶烷酮1% (质量分数)，经900°C煅烧池后得到的样品的SEM图；图3为添加聚乙烯醇吡啶烷酮1、(质量分数)，经900°C煅烧池后得到的样品的SEM图；图4为添加聚乙烯醇吡啶烷酮3% (质量分数)，经900°C煅烧池后得到的样品的SEM图；图5为不同Ce含量(0. 1-1. 1 % (摩尔分数))的BaZrO3ICe样品发光性能比较。
注本发明的图1一图5为产物状态的分析示意图或照片，图中文字或影像不清晰 并不影响对本发明技术方案的理解。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
本发明材料选用原料硝酸钡、硝酸氧化锆、硝酸铈，十六烷基三甲基溴化铵CTAB、聚乙烯醇吡啶烷酮、草 酸、环己烷、正丁醇和乙醇等均为分析纯试剂，蒸馏水为二次水。以上试剂均没有经过纯化处理。
本发明制备过程原料硝酸钡、硝酸氧化锆用蒸馏水溶解，配成浓度为0. 2mol/L的初始溶液。取IOOml的 环己烷加入7. 451g的十六烷基三甲基溴化铵和22. 9ml的正丁醇，在磁力搅拌器强力搅拌 下加入8. 9ml初始溶液和不同体积的稀土溶液，20min后得到透明微乳液A。将2mol/L草 酸溶液按照上述操作配成微乳液B，在搅拌的状态下将微乳液A滴加到微乳液B中，随微乳 液A的滴入，溶液中不断生成白色胶状沉淀物，持续反应60min，前驱沉淀物经陈化，无水乙 醇洗涤，抽滤，在真空干燥箱中80°C下干燥Mh，得到前驱体。将前驱体粉末研磨过筛后置 于刚玉坩埚中于马弗炉中在500-1000°C范围内煅烧池后得到BdrO3 = Ce样品。
实施例1按照制备过程，向400ml的烧杯中加入IOOml环己烷、7. 415g CATB、22. 9ml正丁醇，磁 力搅拌器强力搅拌，同时加入8. 9ml的0. 2mol/L的稀土溶液，20min后溶液变透明，得到稳定的微乳液体系(记为A)。取相同量的环己烷，CATB和正丁醇于另一 400ml烧杯中，搅拌的 同时加入1.011101/1草酸溶液4.51111，不断搅拌得到透明微乳液(记为8)。不断搅拌的情况 下，将A溶液加入B溶液中，一段时间后出现浑浊，反应60min后，用真空泵抽滤，无水乙醇 洗涤多次再经抽滤后置于真空干燥箱中80°C干燥24h后得到前驱体粉体，粉体碾磨过筛后 再经900°C煅烧得到样品。对不同温度下煅烧下得到的样品进行XRD分析，综合前驱体粉 体的TG/DTA热分析，确定煅烧温度。对所得的样品的形貌进行SEM分析，样品颗粒尺寸由 ImgineJ软件分析得到。所得样品形状不规则，尺寸在30nm左右，如图1所示。
实施例2添加聚乙烯醇吡啶1% (质量分数)，其他条件如实施例1，所得样品的形貌如图2所示， 样品形貌基本为多面体，粒径约为^nm。
实施例3添加聚乙烯醇吡啶m (质量分数)，其他条件如实施例1，所得样品的形貌如图3中SEM 所示，样品形貌基本为近球形，粒径约为25nm，样品分散性较好。
实施例4添加聚乙烯醇吡啶3% (质量分数)，其他条件如实施例1，所得样品的形貌如图4所示， 样品形貌基本为球形，粒径约为20nm，样品分散性良好。
实施例5改变Ce的含量在0. 1-1. 1% (摩尔分数)范围内，其他条件如实施例1，所得样品的发光 性能如图5所示。当Ce含量为0. 7%时，样品发光性能最佳。
权利要求
1.微乳液法制备锆酸钡掺铈BdrO3:Ce纳米发光材料的方法，其特征在于该方法采用 环己烷为油相，十六烷基三甲基溴化铵(CATB)为表面活性剂，正丁醇为助表面活性剂；制 备的过程包括初始稀土溶液的配置、微乳液的配置、混合、抽滤、洗涤、干燥以及前驱体的煅 烧过程；稀土溶液的初始浓度范围在0. 2mol/L。
2.根据权利要求1所述的微乳液法制备锆酸钡掺铈Ba&03:Ce纳米发光材料的方法， 其特征在于所述的采用的表面活性剂和油相的质量比为1:3，表面活性剂和助表面活性剂 的质量比为2:5。
3.根据权利要求1所述的微乳液法制备锆酸钡掺铈Ba&03:Ce纳米发光材料的方法， 其特征在于微乳液混合后的体系反应温度控制在0_75°C ；干燥温度控制在80-100°C。
4.根据权利要求1所述的微乳液法制备锆酸钡掺铈Ba&03:Ce纳米发光材料的方法， 其特征在于前驱体煅烧的温度范围控制在500-1000°C之间。
5.根据权利要求1所述的微乳液法制备锆酸钡掺铈Ba&03:Ce纳米发光材料的方法， 其特征在于，BaZrO3ICe纳米粉体中Ce的原子含量在0. 1-1. 1%摩尔分数之间。
全文摘要
微乳液法制备锆酸钡掺铈BaZrO3:Ce纳米发光材料的方法，涉及一种荧光粉的制备方法，该方法采用环己烷为油相，十六烷基三甲基溴化铵(CATB)为表面活性剂，正丁醇为助表面活性剂；制备的过程包括初始稀土溶液的配置、微乳液的配置、混合、抽滤、洗涤、干燥以及前驱体的煅烧过程；稀土溶液的初始浓度范围在0.2mol/L。在制备过程中，或通过调节原料的配比，或添加一种辅助分散剂，或改变初始溶液的浓度来控制产品的晶型、形貌以及尺寸。前驱体在较低煅烧温度(900℃)下保温3h得到的BaZrO3:Ce样品，形貌近球形，分散性好。本发明材料可应用在高能物理和核医学成像领域。
文档编号C09K11/67GK102031108SQ20101055540
公开日2011年4月27日 申请日期2010年11月23日 优先权日2010年11月23日
发明者李玉玲, 温强, 苑晓宇, 马伟民 申请人:沈阳化工大学