专利名称：一种制备闪烁硅酸铋粉体的方法
技术领域：
本发明涉及闪烁晶体材料的制备，公开了一种制备闪烁硅酸铋粉体的方法。
背景技术：
Bi4Si3O12晶体主要具有闪烁功能，它在可见光和近红外区域是透明的，其响应速度比目前广泛应用的闪烁体Bi4Ge3O12快3倍，在66^eV(37Cs)处的半宽度(FWHM)能量分辨率是Bi4Ge3O12的32%，在发射峰460nm处抗60Co γ射线辐射的性能大于105rad，辐射硬度比Bi4Ge3O12高一个数量级。高度的机械和化学稳定性、优良的发光特性以及低成本优势使得Bi4Si3O12晶体成为有发展前途的闪烁体之一。在某些方面可以代替Bi4Ge3O12，例如高能正负电子存储循环探测器中的量能器。另外，Bi4Si3O12晶体还具有电光、热致发光等性能。尽管人们认识闪铋矿(Bi4Si3O12)已经有180多年了，但是直到1971年 Philipsborn等才利用提拉法生长出Bi4Si3O12单晶。由于该方法的许多优点，提拉法一直是国内外生长BSO单晶的主要方法。另一种较常用的是坩埚下降法，通过延长钼坩埚熔炼时间和适当降低晶体生长炉温，明显降低了钼包裹体等缺陷，最终获得了优良单晶。1998年 L. Armelao等用溶胶-凝胶法制备了 Bi4Si3O12薄膜。Jin-Seong Kim等于2008年用固相烧结法合成了 Bi4Si3O12陶瓷。传统的固相反应烧结法可以以氧化铋和氧化硅粉末为原料混合，通过固相反应而制得硅酸铋粉体。这一方法的缺点是两种原料的混合难以达到完全均一，而且在高温下晶粒生长、团聚，难以获得理想大小粉体颗粒。田清泉、张争光等用固相法制备了 Bi4Si3O12粉体，研究发现，Bi4Si3O12微晶总是成对分布，并且排列成行，形成高有序的晶列结构。王燕等采用固相法合成了 Bi2SiO5粉体，研究表明在固相反应过程中生成的亚稳相Bi2SiO5随着反应时间延长衍射峰减弱，在固相反应温度由700°C升高至900°C过程中，Bi2SiO5逐渐转变为 Bi4Si3O12^巴学巍，柏朝晖等以正硅酸乙酯和Bi2O3为原料，采用溶胶-凝胶法制备了基本形状为球形、粒径40-100nm的硅酸铋(Bi4Si3O12)纳米粉体，并研究了粉体的激发光谱与发射光谱。Bi4Si3O12纳米粉体的激发主要发生在250 275nm之间，其最大激发波长为261nm。 样品的发射光谱是一个宽带谱，最大发射波长位于468nm。与晶体相比较，BSO纳米粉体的激发光谱和发射光谱发生了蓝移。推测原因是纳米材料结构颗粒组元尺寸很小，表面张力很大，颗粒内部发生畸变使键长变短，使纳米材料平均键长变短，结果键振动频率升高，引起蓝移。朱常任等人以正硅酸乙酯和五水硝酸铋为原料，采用化学溶液分解法制备 Bi4Si3O12粉体。用X射线衍射仪和扫描电子显微镜分析了粉体的相结构和形貌，研究了正硅酸乙酯的用量对粉体相组成的影响。结果表明，前驱物粉体在650°C下煅烧1小时，得到了单一的Bi4Si3O12的粉体；颗粒大小为3 5 μ m，由若干个大小为300 500nm的晶粒组成为多孔的网状结构；当铋硅比(摩尔比)的用量为1 2时，可以制备出相组成完全为Bi4Si3O12的粉体。该方法制备前躯体时耗时，用来调节溶液粘度的乙二醇甲醚有毒，且原料配比不是生成Bi4Si3O12晶相的配比，不利于大生产。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种制备闪烁硅酸铋粉体的方法，可以简单快速制备出Bi4Si3O12,且产物纯度高，便于大规模生产。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种制备闪烁硅酸铋粉体的方法，包括以下步骤第一步，以无水乙醇为球磨介质，将Bi2O3和SiO2按摩尔比1 1. 5 1 2球磨 5小时，作为反应原料；第二步，以无水乙醇为球磨介质，将NaCl和Na2SO4按摩尔比0.3 0. 7 0.9 0. 1球磨5小时，得到NaCl-Na2SO4复合盐；第三步，将烘干的Bi2O3和SiO2的混合料与NaCl-Na2SO4复合盐以质量比1 4 4 1在研钵中手磨30min ；第四步，将配合料放入氧化铝坩埚中，然后将坩埚放入马弗炉中，750°C 850°C条件下保温0. 5 3小时，取出，冷却至室温；第五步，将冷却的试样在超声波中用去离子水清洗后烘干，即得Bi4Si3O12粉体。其中，所述第五步中的清洗可反复进行一次以上。与现有技术相比，本发明的优点是(1)方法简便，易于操作，反应条件温和；(2)生产成本低，制备周期短约13 25h ；(3)产物纯度高，可达80% 100%。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。实施例一一种制备闪烁硅酸铋粉体的方法，包括以下步骤第一步，以无水乙醇为球磨介质，将Bi2O3和SiO2按摩尔比2 3球磨5小时，作为反应原料；第二步，以无水乙醇为球磨介质，将NaCl和Na2SO4按摩尔比0.533 0. 467球磨 5小时，得到NaCl-Na2SO4复合盐；第三步，将烘干的Bi2O3和SiO2的混合料与NaCl-Na2SO4复合盐以质量比3 2在研钵中手磨30min ；第四步，将配合料放入氧化铝坩埚中，然后将坩埚放入马弗炉中，750°C条件下保温3小时，取出，冷却至室温；第五步，将冷却的试样在超声波中用去离子水清洗后烘干，即得Bi4Si3O12粉体。实施例二一种制备闪烁硅酸铋粉体的方法，包括以下步骤第一步，以无水乙醇为球磨介质，将Bi2O3和SiO2按摩尔比2 3球磨5小时，作为反应原料；第二步，以无水乙醇为球磨介质，将NaCl和Na2SO4按摩尔比0.533 0. 467球磨 5小时，得到NaCl-Na2SO4复合盐；第三步，将烘干的Bi2O3和SiO2的混合料与NaCl-Na2SO4复合盐以质量比3 2在研钵中手磨30min ；第四步，将配合料放入氧化铝坩埚中，然后将坩埚放入马弗炉中，800°C条件下保温1小时，取出，冷却至室温；第五步，将冷却的试样在超声波中用去离子水清洗后烘干，即得Bi4Si3O12粉体。实施例三一种制备闪烁硅酸铋粉体的方法，包括以下步骤第一步，以无水乙醇为球磨介质，将Bi2O3和SiO2按摩尔比2 3球磨5小时，作为反应原料；第二步，以无水乙醇为球磨介质，将NaCl和Na2SO4按摩尔比0.533 0. 467球磨 5小时，得到NaCl-Na2SO4复合盐；第三步，将烘干的Bi2O3和SiO2的混合料与NaCl-Na2SO4复合盐以质量比4 1在研钵中手磨30min ；第四步，将配合料放入氧化铝坩埚中，然后将坩埚放入马弗炉中，820°C条件下保温3小时，取出，冷却至室温；第五步，将冷却的试样在超声波中用去离子水清洗后烘干，即得Bi4Si3O12粉体。实施例四一种制备闪烁硅酸铋粉体的方法，包括以下步骤第一步，以无水乙醇为球磨介质，将Bi2O3和SW2按摩尔比1 2球磨5小时，作为反应原料；第二步，以无水乙醇为球磨介质，将NaCl和Na2SO4按摩尔比3 2球磨5小时，得到NaCl-Na2SO4复合盐；第三步，将烘干的Bi2O3和SiO2的混合料与NaCl-Na2SO4复合盐以质量比1 4在研钵中手磨30min ；第四步，将配合料放入氧化铝坩埚中，然后将坩埚放入马弗炉中，850°C条件下保温0.5小时，取出，冷却至室温；第五步，将冷却的试样在超声波中用去离子水清洗后烘干，即得Bi4Si3O12粉体。实施例六一种制备闪烁硅酸铋粉体的方法，包括以下步骤第一步，以无水乙醇为球磨介质，将Bi2O3和SiO2按摩尔比1 1球磨5小时，作为反应原料；第二步，以无水乙醇为球磨介质，将NaCl和Na2SO4按摩尔比1 1球磨5小时，得到NaCl-Na2SO4复合盐；第三步，将烘干的Bi2O3和SiO2的混合料与NaCl-Na2SO4复合盐以质量比1 1在研钵中手磨30min ；第四步，将配合料放入氧化铝坩埚中，然后将坩埚放入马弗炉中，800°C条件下保温1小时，取出，冷却至室温；第五步，将冷却的试样在超声波中用去离子水清洗后烘干，即得Bi4Si3O12粉体。实施例七一种制备闪烁硅酸铋粉体的方法，包括以下步骤第一步，以无水乙醇为球磨介质，将Bi2O3和SW2按摩尔比1 1球磨5小时，作为反应原料；第二步，以无水乙醇为球磨介质，将NaCl和Na2SO4按摩尔比1 1球磨5小时，得到NaCl-Na2SO4复合盐；第三步，将烘干的Bi2O3和SiO2的混合料与NaCl-Na2SO4复合盐以质量比3 7在研钵中手磨30min ；第四步，将配合料放入氧化铝坩埚中，然后将坩埚放入马弗炉中，800°C条件下保温1小时，取出，冷却至室温；第五步，将冷却的试样在超声波中用去离子水清洗后烘干，即得Bi4Si3O12粉体。实施例八一种制备闪烁硅酸铋粉体的方法，包括以下步骤第一步，以无水乙醇为球磨介质，将Bi2O3和SW2按摩尔比1 1球磨5小时，作为反应原料；第二步，以无水乙醇为球磨介质，将NaCl和Na2SO4按摩尔比3 2球磨5小时，得到NaCl-Na2SO4复合盐；第三步，将烘干的Bi2O3和SiO2的混合料与NaCl-Na2SO4复合盐以质量比9 1在研钵中手磨30min ；第四步，将配合料放入氧化铝坩埚中，然后将坩埚放入马弗炉中，800°C条件下保温1小时，取出，冷却至室温；第五步，将冷却的试样在超声波中用去离子水清洗后烘干，即得Bi4Si3O12粉体。以上各个实施例中，第五步中的清洗可进行多次，效果更佳。对以上各实施例制备的Bi4Si3O12粉体进行试验分析，其纯度可达80% 100%。
权利要求
1.一种制备闪烁硅酸铋粉体的方法，其特征在于，包括以下步骤第一步，以无水乙醇为球磨介质，将Bi2O3和SiO2按摩尔比1 1.5 1 2球磨5小时，作为反应原料；第二步，以无水乙醇为球磨介质，将NaCl和Na2SO4按摩尔比0.3 0. 7 0. 9 0.1 球磨5小时，得到NaCl-Na2SO4复合盐；第三步，将烘干的Bi2O3和SiO2的混合料与NaCl-Na2SO4复合盐以质量比1 4 4 1 在研钵中手磨30min ；第四步，将配合料放入氧化铝坩埚中，然后将坩埚放入马弗炉中，750°C 850°C条件下保温0. 5 3小时，取出，冷却至室温；第五步，将冷却的试样在超声波中用去离子水清洗后烘干，即得Bi4Si3O12粉体。
2.一种制备闪烁硅酸铋粉体的方法，其特征在于，包括以下步骤第一步，以无水乙醇为球磨介质，将Bi2O3和SiO2按摩尔比2 3球磨5小时，作为反应原料；第二步，以无水乙醇为球磨介质，将NaCl和Na2SO4按摩尔比0.533 0. 467球磨5小时，得到NaCl-Na2SO4复合盐；第三步，将烘干的Bi2O3和SW2的混合料与NaCl-Na2SO4复合盐以质量比3 2在研钵中手磨30min ；第四步，将配合料放入氧化铝坩埚中，然后将坩埚放入马弗炉中，750°C条件下保温3 小时，取出，冷却至室温；第五步，将冷却的试样在超声波中用去离子水清洗后烘干，即得Bi4Si3O12粉体。
3.一种制备闪烁硅酸铋粉体的方法，其特征在于，包括以下步骤第一步，以无水乙醇为球磨介质，将Bi2O3和SiO2按摩尔比2 3球磨5小时，作为反应原料；第二步，以无水乙醇为球磨介质，将NaCl和Na2SO4按摩尔比0.533 0. 467球磨5小时，得到NaCl-Na2SO4复合盐；第三步，将烘干的Bi2O3和SW2的混合料与NaCl-Na2SO4复合盐以质量比3 2在研钵中手磨30min ；第四步，将配合料放入氧化铝坩埚中，然后将坩埚放入马弗炉中，800°C条件下保温1 小时，取出，冷却至室温；第五步，将冷却的试样在超声波中用去离子水清洗后烘干，即得Bi4Si3O12粉体。
4.一种制备闪烁硅酸铋粉体的方法，其特征在于，包括以下步骤第一步，以无水乙醇为球磨介质，将Bi2O3和SiO2按摩尔比2 3球磨5小时，作为反应原料；第二步，以无水乙醇为球磨介质，将NaCl和Na2SO4按摩尔比0.533 0. 467球磨5小时，得到NaCl-Na2SO4复合盐；第三步，将烘干的Bi2O3和SW2的混合料与NaCl-Na2SO4复合盐以质量比4 1在研钵中手磨30min ；第四步，将配合料放入氧化铝坩埚中，然后将坩埚放入马弗炉中，820°C条件下保温3 小时，取出，冷却至室温；第五步，将冷却的试样在超声波中用去离子水清洗后烘干，即得Bi4Si3O12粉体。
5.一种制备闪烁硅酸铋粉体的方法，其特征在于，包括以下步骤第一步，以无水乙醇为球磨介质，将Bi2O3和SiO2按摩尔比1 2球磨5小时，作为反应原料；第二步，以无水乙醇为球磨介质，将NaCl和Na2SO4按摩尔比3 2球磨5小时，得到 NaCl-Na2SO4 复合盐；第三步，将烘干的Bi2O3和SW2的混合料与NaCl-Na2SO4复合盐以质量比1 4在研钵中手磨30min ；第四步，将配合料放入氧化铝坩埚中，然后将坩埚放入马弗炉中，850°C条件下保温0.5 小时，取出，冷却至室温；第五步，将冷却的试样在超声波中用去离子水清洗后烘干，即得Bi4Si3O12粉体。
6.一种制备闪烁硅酸铋粉体的方法，其特征在于，包括以下步骤第一步，以无水乙醇为球磨介质，将Bi2O3和SiO2按摩尔比1 1球磨5小时，作为反应原料；第二步，以无水乙醇为球磨介质，将NaCl和Na2SO4按摩尔比1 1球磨5小时，得到 NaCl-Na2SO4 复合盐；第三步，将烘干的Bi2O3和SW2的混合料与NaCl-Na2SO4复合盐以质量比1 1在研钵中手磨30min ；第四步，将配合料放入氧化铝坩埚中，然后将坩埚放入马弗炉中，800°C条件下保温1 小时，取出，冷却至室温；第五步，将冷却的试样在超声波中用去离子水清洗后烘干，即得Bi4Si3O12粉体。
7.根据权利要求1至6任一权利要求所述的制备闪烁硅酸铋粉体的方法，其特征在于， 所述第五步中进行一次以上的清洗。
全文摘要
本发明涉及闪烁晶体材料的制备，公开了一种制备闪烁硅酸铋粉体的方法，首先，以无水乙醇为球磨介质，将Bi2O3和SiO2按摩尔比1∶1.5～1∶2球磨，作为反应原料，以无水乙醇为球磨介质，将NaCl和Na2SO4按摩尔比0.3∶0.7～0.9∶0.1球磨；然后，将烘干的Bi2O3和SiO2的混合料与NaCl-Na2SO4复合盐以质量比1∶4～4∶1在研钵中手磨，再将配合料放入氧化铝坩埚中，然后将坩埚放入马弗炉中，750℃～850℃条件下保温0.5～3小时，取出，冷却；最后，将冷却的试样在超声波中用去离子水清洗后烘干，即得Bi4Si3O12粉体，本发明可以简单快速制备出Bi4Si3O12，且产物纯度高，便于大规模生产。
文档编号C01B33/20GK102275945SQ201110187088
公开日2011年12月14日 申请日期2011年7月6日 优先权日2011年7月6日
发明者江红涛, 王秀峰, 许亚琴, 鲁俊雀 申请人:陕西科技大学