专利名称：一种光学性能用硅酸铋粉体的制备方法
技术领域：
本发明涉及光学晶体材料的制备，具体涉及一种光学性能用硅酸铋粉体的制备方法。
背景技术：
硅酸铋(Bi12SiO2tl，简称BS0)是一种宽带隙、高电阻率的非铁电立方半绝缘体。它同时具有电光、光电导、光折变、压电、声光、旋光及法拉弟旋转等效应，在全息存储、干涉计量斑纹照相、相位耦合和实时相关等方面的应用，已经显示出它是一种很有前途的多功能材料。利用BSO的电光和光电导性能，在室温下用低功率激光就可实现许多种非线性光学变换。作为实时体全息记录材料，BSO是目前所获得的灵敏度最高、响应速度最快的少数几种光折变材料之一，因而在实时光信息处理和光计算等技术中有广泛的应用。这些应用包括非相干/相干光图象转换(PR0M1RIZ等)、光存储、实时干涉量度学、图象放大和相共轭等许多领域。此外，日本还将这种材料制成光电传感器用于变电所内故障的检测，还开发了能同时测定电流电压的传感器。可以预期，随着对光折变微观过程的进一步了解和应用研究的深入，BSO光折变器件将会进入实用阶段而成为商品化器件，从而在未来的信息领域中发挥重要作用。王燕等将Bi2O3与SiO2以物质的量比1 1混合，在一定温度下固相反应，生成 Bi2SiO5^Bi12SiO20以及Bi4Si3O12等多种晶相。表明该组分在升温过程中产生晶体的种类较多，制备单一晶体制备工艺难以控制。张争光等以Bi2O3和SiO2为原料，采用机械合金化制备了硅酸铋(Bi12SiO2tl)粉体。该方法利用两种粉体在反复碰撞和粉碎过程中发生的机械合金化反应来合成目标产物，省去了高温热处理过程。但机械合金化法所需时间长，生产效率低，不适于批量生产硅酸铋粉体。文献“Journalof Materials Science Letters 1999，18 :1871-1874”和文献“硅酸盐通报，2007，26 (6) :1236-1239”是采用机械合金化来制备硅酸铋粉体的。该方法是以氧化铋和氧化硅粉末为原料，经高能球磨直接制备硅酸铋粉体，该方法利用了两种粉体在反复地碰撞和粉碎过程中发生的机械合金化反应来合成目标产物，省去了高温热处理过程。 但机械合金化法所需时间长，生产效率低，不适于批量生产硅酸铋粉体。CN10038071C提供了一种制备高纯度硅酸铋纳米粉体，首先将铋盐溶解在有机溶剂中，形成铋盐浓度为0. 5 5M的含铋溶液，在按摩尔比Bi Si = 12 1将有机硅化合物加入到含铋溶液中，充分搅拌，形成均勻的溶液，对溶胶采用常压蒸发或负压蒸发，得到干燥的前躯体粉末，最后在有氧的环境中对前躯体粉末进行烧结，在较低的温度和较短的时间内制备出纯度和结晶度良好的硅酸铋纳米粉体。其通常整个溶胶-凝胶过程所需时间较长，常需要几天或儿几周凝胶中存在大量微孔，在干燥过程中又将会逸出许多气体及有机物，并产生收缩。文献“CN1821088A硅酸铋纳米粉体的制备方法及应用”采用溶剂挥发法制备了纳米级的硅酸铋粉体，并对其光催化降解水中刚果红的性能进行了评价，认为硅酸铋作为光催化剂具有较大的开发潜力。CN101157026A提供了一种硅酸铋粉体光催化剂的制备方法。首先将五水硝酸铋和嵌段共聚体表面活性剂溶解在乙酸中，形成均勻澄清的溶液，再按摩尔比铋硅=12 1 将硅酸酯加入到含铋溶液中，充分搅拌，形成均勻的溶胶。陈化后，将其移入高压釜内密闭晶化，得到铋硅的复合氧化物凝胶，经过滤、洗涤、干燥后，最后在空气环境中对该前躯体粉末进行焙烧，在较低的温度下稳定均勻地获得结晶度良好的硅酸铋粉体。且该催化剂颗粒度较大，便于从水体中分离以利于回收使用，而且具有高效的光催化活性，可以用于光催化降解有机污染物。其缺点是反应在密闭的容器中进行，无法观察生长过程，不直观；且设备要求高(耐高温高压的钢材，耐腐蚀的内衬)、技术难度大(温压控制严格)、成本高；安全性能差；不利于工业化生产。
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光学性能用硅酸铋粉体的制备方法，可以在较低的温度和较短的时间内制备纯度和结晶度良好的Bi12SiO2tl粉体，且制备工艺简单，周期短，成本低。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种光学性能用硅酸铋粉体的制备方法，包括以下步骤第一步，将0. 01 0. 04mol的Bi (NO)3 · 5H20溶解于15 60ml的冰乙酸中制得含铋溶液；第二步，按摩尔比Bi Si = 12 1将正硅酸乙酯滴加到上述含铋溶液中，后放入超声仪器中于10 40°C下超声清洗1 6h，利用0. 01 IOml的分析纯乙二醇甲醚调节粘度，形成均勻的溶胶；第三步，得到的溶胶进行干燥，干燥温度控制在90 150°C，干燥时间为9 15h， 得到干燥的前驱体粉末；第四步，对所述前驱体粉末进行烧结，烧结温度为700 900°C，烧结时间为1 12h，即得硅酸铋Bi12SiO2tl粉体。更优方案，第二步中正硅酸乙酯的滴加时间为1 30min。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)制备周期短，一般为2 3天；(3)制备产物杂质少，纯度较高，结晶度良好，计算可得物相Bi12SiO2tl的质量分数为89%，结晶度为75%。
附图是本发明实施例三制备的硅酸铋Bi12SiO2tl粉体的XRD图，制备过程中烧结条件为800°C保温1.5h0
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例一一种光学性能用硅酸铋粉体的制备方法，包括以下步骤第一步，将0. Olmol的Bi (NO) 3 · 5H20溶解于15ml的冰乙酸中制得含铋溶液；第二步，按摩尔比Bi Si = 12 1将正硅酸乙酯滴加到所述含铋溶液中，后放入超声仪器中于40°C下超声清洗lh，利用0. Olml的分析纯乙二醇甲醚调节粘度，形成均勻的溶胶；第三步，得到的溶胶90°C干燥15h，得到干燥的前驱体粉末；第四步，将所述前驱体粉末放入氧化铝坩埚后连同氧化铝坩埚放入马弗炉中进行烧结，烧结温度为700°C，烧结时间12h，即得硅酸铋Bi12SiO^1粉体。实施例二一种光学性能用硅酸铋粉体的制备方法，包括以下步骤第一步，将0. 04mol的Bi (NO) 3 · 5H20溶解于60ml的冰乙酸中制得含铋溶液；第二步，按摩尔比Bi Si = 12 1将正硅酸乙酯滴加到所述含铋溶液中，后放入超声仪器中于10°c下超声清洗lh，利用IOml的分析纯乙二醇甲醚调节粘度，形成均勻的溶胶；第三步，得到的溶胶150°C干燥9h，得到干燥的前驱体粉末；第四步，将所述前驱体粉末放入氧化铝坩埚后连同氧化铝坩埚放入马弗炉中进行烧结，烧结温度为900°C，烧结时间为lh，即得硅酸铋Bi12SiO^1粉体。实施例三一种光学性能用硅酸铋粉体的制备方法，包括以下步骤第一步，将0. 02mol的Bi (NO) 3 · 5H20溶解于20ml的冰乙酸中制得含铋溶液；第二步，按摩尔比Bi Si = 12 1将正硅酸乙酯滴加到所述含铋溶液中，后放入超声仪器中于30°C下超声清洗池，利用0. Iml的分析纯乙二醇甲醚调节粘度，形成均勻的溶胶；第三步，得到的溶胶100°C干燥llh，得到干燥的前驱体粉末；第四步，将所述前驱体粉末放入氧化铝坩埚后连同氧化铝坩埚放入马弗炉中进行烧结，烧结温度为800°C，烧结时间为1. 5h，即得硅酸铋Bi12SiO^1粉体。对本实施例制得的硅酸铋Bi12SiO2tl粉体进行分析，其XRD图如附图所示，可以看出本实施例制得的硅酸铋Bi12SiO2tl粉体纯度较高。实施例四一种光学性能用硅酸铋粉体的制备方法，包括以下步骤第一步，将0. 03mol的Bi (NO) 3 · 5H20溶解于50ml的冰乙酸中制得含铋溶液；第二步，按摩尔比Bi Si = 12 1将正硅酸乙酯滴加到所述含铋溶液中，后放入超声仪器中于20°C下超声清洗4h，利用6ml的分析纯乙二醇甲醚调节粘度，形成均勻的溶胶；第三步，得到的溶胶120°C干燥10h，得到干燥的前驱体粉末；第四步，将所述前驱体粉末放入氧化铝坩埚后连同氧化铝坩埚放入马弗炉中进行烧结，烧结温度为850°C，烧结时间为4h，即得硅酸铋Bi12SiO^1粉体。实施例五
6
一种光学性能用硅酸铋粉体的制备方法，包括以下步骤第一步，将0. 03mol的Bi (NO) 3 · 5H20溶解于22ml的冰乙酸中制得含铋溶液；第二步，按摩尔比Bi Si = 12 1将正硅酸乙酯滴加到所述含铋溶液中，后放入超声仪器中于10 40°C下超声清洗2h，利用5. 5ml的分析纯乙二醇甲醚调节粘度，形成均勻的溶胶；第三步，得到的溶胶100°C干燥10h，得到干燥的前驱体粉末；第四步，将所述前驱体粉末放入氧化铝坩埚后连同氧化铝坩埚放入马弗炉中进行烧结，烧结温度为750°C，烧结时间为8h，即得硅酸铋Bi12SiO^1粉体。将以上各个实施例制得的硅酸铋Bi12SiO^1粉体进行实验分析，其物相Bi12SiO^1的质量分数为可达89 %，结晶度达到75 %。
权利要求
1.一种光学性能用硅酸铋粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤第一步，将0. 01 0. 04mol的Bi (NO)3 · 5H20溶解于15 60mL的冰乙酸中制得含铋溶液；第二步，按摩尔比Bi Si = 12 1将正硅酸乙酯滴加到所述含铋溶液中，后放入超声仪器中于10 40°C下超声清洗1 他，利用0. 01 IOmL的分析纯乙二醇甲醚调节粘度，形成均勻的溶胶；第三步，得到的溶胶进行干燥，干燥温度控制在90 150°C，干燥时间为9 15h，得到干燥的前驱体粉末；第四步，对所述前驱体粉末进行烧结，烧结温度为700 900°C，烧结时间为1 12h， 即得硅酸铋Bi12SiO2tl粉体。
2.一种光学性能用硅酸铋粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤 第一步，将0. Olmol的Bi (NO)3 · 5H20溶解于15mL的冰乙酸中制得含铋溶液；第二步，按摩尔比Bi Si = 12 1将正硅酸乙酯滴加到所述含铋溶液中，后放入超声仪器中于40°C下超声清洗lh，利用0. OlmL的分析纯乙二醇甲醚调节粘度，形成均勻的溶胶；第三步，得到的溶胶90°C干燥15h，得到干燥的前驱体粉末；第四步，对所述前驱体粉末进行烧结，烧结温度为700°C，烧结时间12h，即得硅酸铋 Bi12SiO^1 粉体。
3.一种光学性能用硅酸铋粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤 第一步，将0. 04mol的Bi (NO)3 · 5H20溶解于60mL的冰乙酸中制得含铋溶液；第二步，按摩尔比Bi Si = 12 1将正硅酸乙酯滴加到所述含铋溶液中，后放入超声仪器中于10°C下超声清洗lh，利用IOmL的分析纯乙二醇甲醚调节粘度，形成均勻的溶胶； 第三步，得到的溶胶150°C干燥9h，得到干燥的前驱体粉末；第四步，对所述前驱体粉末进行烧结，烧结温度为900°C，烧结时间为lh，即得硅酸铋 Bi12SiO^1 粉体。
4.一种光学性能用硅酸铋粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤 第一步，将0. 02mol的Bi (NO)3 · 5H20溶解于20mL的冰乙酸中制得含铋溶液；第二步，按摩尔比Bi Si = 12 1将正硅酸乙酯滴加到所述含铋溶液中，后放入超声仪器中于30°C下超声清洗池，利用0. ImL的分析纯乙二醇甲醚调节粘度，形成均勻的溶胶；第三步，得到的溶胶100°C干燥llh，得到干燥的前驱体粉末； 第四步，对所述前驱体粉末进行烧结，烧结温度为800°C，烧结时间为1. 5h，即得硅酸铋 Bi12SiO2tl 粉体。
5.一种光学性能用硅酸铋粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤 第一步，将0. 03mol的Bi (NO)3 · 5H20溶解于50mL的冰乙酸中制得含铋溶液；第二步，按摩尔比Bi Si = 12 1将正硅酸乙酯滴加到所述含铋溶液中，后放入超声仪器中于20°C下超声清洗4h，利用6mL的分析纯乙二醇甲醚调节粘度，形成均勻的溶胶； 第三步，得到的溶胶120°C干燥10h，得到干燥的前驱体粉末； 第四步，对所述前驱体粉末进行烧结，烧结温度为850°C，烧结时间为4h，即得硅酸铋Bi12SiO^1 粉体。
6.一种光学性能用硅酸铋粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤 第一步，将0. 03mol的Bi (NO)3 · 5H20溶解于22mL的冰乙酸中制得含铋溶液；第二步，按摩尔比Bi Si = 12 1将正硅酸乙酯滴加到所述含铋溶液中，后放入超声仪器中于10 40°C下超声清洗2h，利用5. 5mL的分析纯乙二醇甲醚调节粘度，形成均勻的溶胶；第三步，得到的溶胶100°C干燥10h，得到干燥的前驱体粉末； 第四步，对所述前驱体粉末进行烧结，烧结温度为750°C，烧结时间为他，即得硅酸铋 Bi12SiO^1 粉体。
7.根据权利要求1至6任一权利要求所述的光学性能用硅酸铋粉体的制备方法，其特征在于，所述第二步中正硅酸乙酯的滴加时间为1 30min。
8.根据权利要求1至6任一权利要求所述的光学性能用硅酸铋粉体的制备方法，其特征在于，所述前驱体粉末是放入氧化铝坩埚后连同氧化铝坩埚放入马弗炉中进行烧结的。
全文摘要
本发明涉及光学晶体材料的制备，公开了一种光学性能用硅酸铋粉体的制备方法，首先，将Bi(NO)3·5H2O溶解于冰乙酸中制得含铋溶液，再按摩尔比Bi∶Si＝12∶1将正硅酸乙酯滴加到所述含铋溶液中，低温超声清洗，利用分析纯的乙二醇甲醚调节粘度，形成均匀的溶胶，然后将溶胶进行干燥，得到干燥的前驱体粉末，最后对所述前驱体粉末进行烧结，即得硅酸铋Bi12SiO20粉体，本发明可以在较低的温度和较短的时间内制备纯度和结晶度良好的Bi12SiO20粉体，且制备工艺简单，周期短，成本低。
文档编号B82Y40/00GK102351513SQ201110187090
公开日2012年2月15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