一种钨酸镉单晶纳米带的制备方法

文档序号:8050692阅读:329来源:国知局
专利名称:一种钨酸镉单晶纳米带的制备方法
技术领域
本发明属于纳米材料技术领域,涉及一种钨酸镉材料的制备方法,具体涉及一种钨酸镉单晶纳米带的制备方法。
背景技术
钨酸镉属于单斜系,晶体结构和钨酸锌相同,同属黑钨矿结构,其晶格常数为a = 0. 5029nm, b = 0. 5859nm, c = 0. 5074nm, β = 91. 47°。钨酸镉晶体具有平均折射率高、X 射线吸收系数高、辐射损伤低、发光强度大及余辉低等优点,被认为是具有应用前景的发光材料。在室温CdWO4通常被用作X射线闪烁器。钨酸镉闪烁器具有高效、短衰弱时间、高停止能和高化学稳定性等优点,在这一领域难以被其它闪烁器所替代。目前,现有技术中合成钨酸镉的方法,多限于制备粉体,块体,薄膜等材料。Blasse. G 很早就在《Chem. Phys. Lett))173 卷第 409 页,刊号 ISSN0009-2614,报道了高温固体反应法制备钨酸镉粉体,由于WO3高温挥发,因此产物的化学计量比很难控制, 同时存在温度高,周期长,颗粒不均勻等缺点。Sangeete. S在《J Crystal Growth》200卷第191页,刊号ISSN 0022-0M8,报道了采用Czochralski法生长钨酸镉单晶,这种制备方法设备复杂,成本高,过程控制要求特别高,不利于大规模合成,限制了钨酸镉的应用。在 《Thin Solid Films》434 卷第 55 页,刊号 ISSN 0040-6090 ;《Appl. Surf. ki.》140 卷第 138 页,刊号 ISSN 0169-4332 ;《J Lumin))99 卷第 349 页,刊号 ISSN0022-2313,分别报道了用溶胶凝胶法、激光脉冲消融法、喷雾热解法制备钨酸镉薄膜。这些薄膜制备方法工艺路线繁琐,制备中使用大量有机物,造成环境污染,所得到的薄膜含有杂质,纯度低,构成薄膜的的颗粒粒径不均勻,形貌不规则,各向异性不好,在很多领域的应用受到很大限制。以上合成方法大多存在温度高,能耗大,周期长,过程不易控制的问题,而且获得的均为宏观尺寸的钨酸镉晶体,这限制了钨酸镉在纳米领域的应用。众所周知,固体材料的物理特性与固体颗粒的尺寸、形貌和微结构有关。Wang. Y. G.等在《Mater Sci Eng B》130 卷第277页,刊号ISSN 0921-5107,报道用熔盐晶须生长法获得了钨酸镉纳米棒、发现纳米棒的发光性质要优于钨酸镉块体和薄膜,但这种合成方法温度较高,周期长,原料为固体混合,均勻性控制难度大。与熔盐晶须生长合成方法相比,水热法具有反应温度低、操作简单、 成分可控和纯度高等优点。

发明内容
本发明的目的是提供一种钨酸镉单晶纳米带的制备方法,解决了现有钨酸镉材料制备方法存在的温度高,能耗大,周期长,过程不易控制的问题,同时改善了钨酸镉的形貌和尺寸分布。本发明所采用的技术方案是,一种钨酸镉单晶纳米带的制备方法,具体按照以下步骤实施步骤1 将可溶性镉盐在室温条件下研磨成粉末,溶于去离子水中,得到摩尔浓度为0. 1-0. 3mol · Γ1的透明溶液;步骤2 在搅拌的条件下,向步骤1得到的镉盐溶液中加入十二烷基苯磺酸钠,使得溶液中十二烷基苯磺酸钠的摩尔浓度为0. 005-0. 015mol · L—1 ;步骤3 将摩尔浓度为0. 4-0. Smol · L—1钨酸钠溶液加入到步骤2得到的溶液中, 待透明溶液变为不透明的悬浊液,继续剧烈搅拌1- ;步骤4 分别用Imol · L-1的盐酸溶液和Imol · L—1氢氧化钠溶液调节步骤3得到的悬浊液的PH值为7-9,继续搅拌0. 5-lh ;步骤5 搅拌结束后,将步骤4得到的悬浊液移至聚四氟乙烯衬里的不锈钢反应釜中,在90-180°C温度下水热反应12-3^1,冷却至室温,得到水热产物;步骤6 将步骤5得到的水热产物进行过滤,得到固体产物,将固体产物先用无水乙醇洗涤2-4次,再用去离子水洗涤2-5次,在60-90°C温度下干燥,得到白色钨酸镉纳米带粉末。本发明的特点还在于,其中步骤1中的可溶性镉盐采用硝酸镉或氯化镉。本发明的有益效果是,以可溶性镉盐、钨酸钠为原料,表面活性剂SDBS为添加剂, 水为介质,通过简单的实验装置和反应步骤,通过严格控制反应温度、表面活性剂SDBS的添加量,溶液的酸碱度,制备出了具有独特形貌,尺寸分布比较均一的钨酸镉纳米带。纳米带宽度小,为黑钨矿单晶结构,形貌良好。纳米带宽度60-120nm,长度1. 2-2. 5um,厚度大约 20nm。本发明的制备方法与高温固体反应法、Czochralski法、溶胶凝胶法、激光脉冲消融法、喷雾热解法、熔盐晶须生长法等制备钨酸镉的方法相比,该方法原料价廉易得,设备简单,能耗低,周期短,制备成本低,产率高,操作安全可靠;产品具有独特的形貌和尺寸,工艺重复性好,质量稳定,易于大规模制备,在纳米器件XCT探测器、放射性核光谱及辐射性测定和核医学仪器等很多领域有广泛应用。


图1是本发明方法制备的钨酸镉纳米带SEM图;图2是本发明方法制备的钨酸镉纳米带XRD图;图3是本发明方法制备的钨酸镉纳米带的ED图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明进行详细说明。本发明钨酸镉单晶纳米带的制备方法,采用可溶性镉盐为镉源,以水为介质,在表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(sodium dodecyl benzenesulfonate, SDBS)参与的情况下,用钨酸钠作沉淀剂,在室温下得到悬浊溶液。然后经过水热反应、过滤、洗涤和干燥,即可得到黑钨矿结构的单晶钨酸镉纳米带。具体按照以下步骤实施步骤1 将可溶性镉盐在室温条件下研磨成粒度较细的粉末,溶于去离子水中,得到摩尔浓度为0. 1-0. 3mol · L—1的透明溶液。可溶性镉盐采用硝酸镉或氯化镉。步骤2 在搅拌的情况下,向步骤1得到的镉盐溶液中加入表面活性剂SDBS,最终溶液中 SDBS 浓度为 0. 005-0. 015mol · L—1。步骤3 将浓度为0. 4-0. Smol · L—1钨酸钠溶液加入到步骤2得到的混合溶液中,待透明溶液变为不透明的悬浊液,继续剧烈搅拌i-池。步骤4 分别用Imol · L—1的盐酸溶液和Imol · L—1氢氧化钠溶液调节步骤3得到的悬浊液的PH值至7-9,继续搅拌0. 5-lh。步骤5 搅拌结束后,将步骤4得到的悬浊液移至聚四氟乙烯衬里的不锈钢反应釜中,在90-180°C温度下水热反应12-3^1,冷却至室温,得到水热产物。步骤6 将步骤5得到的水热反应产物进行过滤,得到固体产物,将该固体产物先用无水乙醇洗涤2-4次,再用去离子水洗涤2-5次,在60-90°C温度下干燥,得到白色钨酸镉纳米带粉末。所得样品经过X-射线衍射(XRD)鉴定为黑钨矿结构的钨酸镉晶体,用扫描电子显微镜表征了样品的形貌,为一维带状结构;用电子衍射(ED)表征产物为单晶结构。如图1、 图2及图3所示,图1说明合成的产物为纳米带,纳米带的长度可达2. 5um,纳米带宽度为 60-120nm,厚度大约20nm。图2说明合成产物的XRD图各个衍射峰的位置和相对强度均与 JCPDS 卡片 NO. 14-0676 (a = 0. 5029nm,b = 0. 5859nm, c = 0. 5074nm)非常一致,表明产物为黑钨矿结构的钨酸镉。图3说明合成的产物为单晶结构。如果水热反应温度低于90_180°C或者反应时间低于12_36h,则悬浊液不能完全转化为钨酸镉纳米带。获得纳米带状钨酸镉的工艺关键是镉盐透明溶液悬浊化处理工艺,如果悬浊化过程加入的钨酸钠溶液浓度超出0. 4-0. Smol · L—1,容易出现钨酸镉沉淀或者镉盐溶液依然透明,这样即使经过后续的水热反应也不能获得完全的纳米带状钨酸镉;加入表面活性剂SDBS对产物的形貌有重要影响,如果使最终溶液中SDBS浓度不在 0. 005-0. 015mol · Γ1范围内,由于SDBS的浓度小于其CMC或者浓度太大,不能形成带状胶束或对钨酸镉晶核的某些晶面生长的抑制作用太强,获得的钨酸镉产物的形貌将不是规则的纳米带状结构。实施例1将硝酸镉经过研磨后溶于去离子水中,得到浓度为0. Imol · L—1的硝酸镉透明溶液;在搅拌的情况下,向硝酸镉溶液中加入表面活性剂SDBS,SDBS添加量,使最终溶液中 SDBS浓度为0. 005mol · Γ1 ;将浓度为0. 4mol · Γ1钨酸钠溶液加入到上述溶液中,透明溶液变为不透明的悬浊液,继续剧烈搅拌Ih ;然后用Imol - Γ1的盐酸溶液和氢氧化钠溶液调节上述悬浊液的PH值至7,继续搅拌0.证。搅拌结束后,将悬浊液移至IOOml聚四氟乙烯衬里的不锈钢反应釜中,悬浊液加至反应釜容积的3/4,拧紧反应釜顶盖,放入电炉中加热,待温度达到预定温度后保温,反应温度90°C,反应时间36h,随后自然冷却至室温,得到水热产物;将以上得到的水热反应产物固液混合体用漏斗进行过滤,得到固体产物,将该固体产物先用无水乙醇洗涤2次,再用去离子水洗涤3次,在普通烘箱中空气气氛下60°C温度下干燥,得到白色钨酸镉纳米带粉末。XRD测试表明产物为纯黑钨矿结构钨酸镉,扫描电子显微镜检测表明,获得的钨酸镉纳米带形状规则,表面光滑,截面呈长方形,长度1. 2-2. 5um,宽度60-120nm,厚度约 20nm。ED图为清晰的衍射斑点,表明合成的产物为单晶结构。与其他制备方法相比,本发明方法工艺简单,水热处理温度低,设备简单,产率高,成本低。实施例2
将硝酸镉经过研磨后溶于去离子水中,得到浓度为0. 3mol · L—1的硝酸镉透明溶液;在搅拌的情况下,向硝酸镉溶液中加入表面活性剂SDBS,SDBS添加量,使最终溶液中 SDBS浓度为0. 015mol · L—1 ;将浓度为0. 8mol · L—1钨酸钠溶液加入到上述溶液中,透明溶液变为不透明的悬浊液,继续剧烈搅拌池;然后用Imol - Γ1的盐酸溶液和氢氧化钠溶液调节上述悬浊液的pH值至9,继续搅拌lh。搅拌结束后,将悬浊液移至IOOml聚四氟乙烯衬里的不锈钢反应釜中,悬浊液加至反应釜容积的3/4,拧紧反应釜顶盖,放入电炉中加热,待温度达到预定温度后保温,反应温度180°C,反应时间12h,随后自然冷却至室温,得到水热产物;将以上得到的水热反应产物固液混合体用漏斗进行过滤,得到固体产物,将该固体产物先用无水乙醇洗涤4次,再用去离子水洗涤5次,在普通烘箱中空气气氛下90°C温度下干燥,得到白色钨酸镉纳米带粉末。实施例3将硝酸镉经过研磨后溶于去离子水中,得到浓度为0. 2mol · L—1的硝酸镉透明溶液;在搅拌的情况下,向硝酸镉溶液中加入表面活性剂SDBS,SDBS添加量,使最终溶液中 SDBS浓度为0. Olmol · L—1 ;将浓度为0. 6mol · L—1钨酸钠溶液加入到上述溶液中,透明溶液变为不透明的悬浊液,继续剧烈搅拌池;然后用Imol - Γ1的盐酸溶液和氢氧化钠溶液调节上述悬浊液的pH值至5,继续搅拌0.他。搅拌结束后,将悬浊液移至IOOml聚四氟乙烯衬里的不锈钢反应釜中,悬浊液加至反应釜容积的3/4,拧紧反应釜顶盖,放入电炉中加热,待温度达到预定温度后保温,反应温度140°C,反应时间Mh,随后自然冷却至室温,得到水热产物;将以上得到的水热反应产物固液混合体用漏斗进行过滤,得到固体产物,将该固体产物先用无水乙醇洗涤3次,再用去离子水洗涤4次,在普通烘箱中空气气氛下75°C温度下干燥,得到白色钨酸镉纳米带粉末。实施例4将氯化镉经过研磨后溶于去离子水中,得到浓度为0. Imol · L—1的氯化镉透明溶液;在搅拌的情况下,向氯化镉溶液中加入表面活性剂SDBS,SDBS添加量,使最终溶液中 SDBS浓度为0. 005mol · Γ1 ;将浓度为0. 4mol · Γ1钨酸钠溶液加入到上述溶液中,透明溶液变为不透明的悬浊液,继续剧烈搅拌Ih ;然后用Imol - Γ1的盐酸溶液和氢氧化钠溶液调节上述悬浊液的PH值至7,继续搅拌0.证。搅拌结束后,将悬浊液移至IOOml聚四氟乙烯衬里的不锈钢反应釜中,悬浊液加至反应釜容积的3/4,拧紧反应釜顶盖,放入电炉中加热,待温度达到预定温度后保温,反应温度120°C,反应时间20h,随后自然冷却至室温,得到水热产物;将以上得到的水热反应产物固液混合体用漏斗进行过滤,得到固体产物,将该固体产物先用无水乙醇洗涤3次,再用去离子水洗涤4次,在普通烘箱中空气气氛下80°C温度下干燥,得到白色钨酸镉纳米带粉末。实施例4将氯化镉经过研磨后溶于去离子水中,得到浓度为0. 3mol · L—1的氯化镉透明溶液;在搅拌的情况下,向氯化镉溶液中加入表面活性剂SDBS,SDBS添加量,使最终溶液中 SDBS浓度为0. Olmol · L—1 ;将浓度为0. 7mol · L—1钨酸钠溶液加入到上述溶液中,透明溶液变为不透明的悬浊液,继续剧烈搅拌0. 9h ;然后用Imol -Γ1的盐酸溶液和氢氧化钠溶液调节上述悬浊液的pH值至8,继续搅拌lh。 搅拌结束后,将悬浊液移至IOOml聚四氟乙烯衬里的不锈钢反应釜中,悬浊液加至反应釜容积的3/4,拧紧反应釜顶盖,放入烘箱中加热,待温度达到预定温度后保温,反应温度160°C,反应时间30h,随后自然冷却至室温,得到水热产物;将以上得到的水热反应产物固液混合体用漏斗进行过滤,得到固体产物,将该固体产物先用无水乙醇洗涤3次,再用去离子水洗涤5次,在普通烘箱中空气气氛下85°C温度下干燥,得到白色钨酸镉纳米带粉末。
权利要求
1.一种钨酸镉单晶纳米带的制备方法,其特征在于,具体按照以下步骤实施步骤1 将可溶性镉盐在室温条件下研磨成粉末,溶于去离子水中,得到摩尔浓度为 0. 1-0. 3mol · L—1的透明溶液;步骤2 在搅拌的条件下,向步骤1得到的镉盐溶液中加入十二烷基苯磺酸钠,使得溶液中十二烷基苯磺酸钠的摩尔浓度为0. 005-0. 015mol · Γ1 ;步骤3 将摩尔浓度为0. 4-0. Smol · L—1钨酸钠溶液加入到步骤2得到的溶液中,待透明溶液变为不透明的悬浊液,继续剧烈搅拌1- ;步骤4 分别用Imol · Γ1的盐酸溶液和Imol · L—1氢氧化钠溶液调节步骤3得到的悬浊液的PH值为7-9,继续搅拌0. 5-lh ;步骤5 搅拌结束后,将步骤4得到的悬浊液移至聚四氟乙烯衬里的不锈钢反应釜中, 在90-180°C温度下水热反应12-3^1,冷却至室温,得到水热产物;步骤6 将步骤5得到的水热产物进行过滤,得到固体产物,将固体产物先用无水乙醇洗涤2-4次,再用去离子水洗涤2-5次,在60-90°C温度下干燥,得到白色钨酸镉纳米带粉末。
2.根据权利要求1所述的钨酸镉单晶纳米带的制备方法,其特征在于,所述的步骤1中的可溶性镉盐采用硝酸镉或氯化镉。
全文摘要
本发明公开的一种钨酸镉单晶纳米带的制备方法,以可溶性镉盐、钨酸钠为原料,表面活性剂SDBS为添加剂,水为介质,通过严格控制反应温度、表面活性剂SDBS的添加量,溶液的酸碱度,制备出了具有独特形貌,尺寸分布比较均一的钨酸镉纳米带。纳米带宽度小,为黑钨矿单晶结构,形貌良好。纳米带宽度60-120nm,长度1.2-2.5um,厚度大约20nm。本发明方法原料价廉易得,设备简单,能耗低,周期短,制备成本低,产率高,操作安全可靠;产品具有独特的形貌和尺寸,工艺重复性好,质量稳定,易于大规模制备,在纳米器件XCT探测器、放射性核光谱及辐射性测定和核医学仪器等很多领域有广泛应用。
文档编号C30B29/60GK102358950SQ20111032153
公开日2012年2月22日 申请日期2011年10月20日 优先权日2011年10月20日
发明者张晓军, 高宾 申请人:西安工程大学
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1