CN101260299B - 一种微乳液法制备氧化钇、钆、铕纳米发光粉体的方法 - Google Patents

一种微乳液法制备氧化钇、钆、铕纳米发光粉体的方法 Download PDF

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Abstract

一种微乳液法制备氧化钇、钆、铕纳米发光粉体的方法，涉及一种化工原料的制备方法，该方法采用高纯稀土氧化物为原料，环己烷为油相，十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂，正丁醇为助表面活性剂采用反向微乳液法制备了分散性良好、近似球形、尺寸在10～20nm范围内的(Y，Gd)2O3:Eu纳米发光粉体。并通过比较不同初始溶液浓度对粉体形貌的影响，得出当初始溶液浓度为0.4mol/L时粉体的性能最优。当Eu含量为10at％时，(Y，Gd)2O3:Eu粉体的发光强度最高。这种制备(Y，Gd)2O3:Eu发光粉体的方法简单易行，对粉体形貌及粒径可控性好，在纳米材料的制备领域有广泛的应用前景。

Description

一种微乳液法制备氧化钇、钆、铕纳米发光粉体的方法
技术领域
本发明涉及一种化工原料的制备方法，特别是涉及一种采用反相微乳液法制备氧化钇、钆、铕(Y，Gd)2O3:Eu(YGO)纳米发光粉体的方法。
背景技术
Y2O3:Eu和Gd2O3:Eu是研究的较多的发光材料，由于其优良的红色发光性能，被广泛的应用于光致发光材料领域。但随着纳米技术的发展，纳米材料所具有的独特性质逐渐展现出来，比如高活性、高比表面能等等，有研究表明，随着发光粉体颗粒尺寸的降低，其发光性能会有很大的增强。另外在Y2O3:Eu中加入Gd可增强材料对X射线的阻止本领提高发光效率，用(Y，Gd)2O3:Eu优良粉体材料制备的陶瓷闪烁体在医学探测器领域有很好的应用前景。要获得光学性能良好的闪烁陶瓷，需要烧结活性好、粒度分布均匀基本球形的粉体作为基本原料。同时激活剂在基质中均匀掺杂也是非常重要的。这就对粉体的制备工艺提出了更高的要求。
制备纳米粉体的方法有很多种，主要包括燃烧法、共沉淀法、溶胶-凝胶以及微乳液法等。燃烧法制备Y2O3复合纳米粉体都存在晶粒尺寸分布不均匀的情况。共沉淀法，由于各种离子完全沉淀的条件不同，很难同时沉淀，就很容易造成激活剂掺杂不均匀。与其它制备方法相比，微乳液法制备超微细粒子具有实验装置相对简单、操作容易、粒子尺寸可控、粒径分布窄以及可以在分子水平均匀掺杂等优点。据报道要获得好的发光性能，粉体材料需要具备条件：细尺寸、窄分布、无团聚、好的结晶性能以及球形。微乳液在这些方面有独特的优势：微乳液由水(水溶液)、油和两亲分子组成，是光学各向同性的以及热动力学稳定的纳米构造的混合物。反相微乳液法常用来合成无机纳米粒子，分散在油相中的“水核”尺寸在纳米量级，反应在“水核”中进行，“水核”的大小、形状及其它特性可以通过改变形成条件而控制，使生成的纳米粒子的大小、粒度分布以及存在形态得到控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种反相微乳液法制备纳米(Y，Gd)2O3:Eu发光粉体的方法。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配成微乳液来制备(Y，Gd)2O3:Eu发光粉体。该方法选用原料简单，其制备的(Y，Gd)2O3:Eu粉体粒径小，对粉体的粒径和形貌具有较强的可控性。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种微乳液法制备氧化钇、钆、铕纳米发光粉体的方法，该纳米发光粉体制作方法为：将原料氧化物Y2O3，Gd2O3，Eu2O3用盐酸加热溶解，配成浓度为0.1～1.0mol/L的初始溶液；取100ml的环己烷加入7.675g的十六烷基三甲基溴化铵和20.0ml的正丁醇，在磁力搅拌器强力搅拌下加入5.0ml的初始稀土溶液，待溶液变得透明；将1mol/L氨水配成微乳液，在搅拌的状态下将氨水微乳液加入到含有稀土溶液的微乳液中，不断搅拌后，溶液变浑浊，继续反应30min然后经过抽滤，无水乙醇洗涤；在真空干燥箱中干燥24h，所得样品经碾磨后过筛后得到前驱体粉末；将前驱体粉末置于石英坩埚中与马弗炉中煅烧2h后即为氧化钇、钆、铕纳米发光粉体。
如上所述的一种微乳液法制备氧化钇、钆、铕纳米发光粉体的方法，该方法采用的环己烷为油相，十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂，正丁醇为助表面活性剂；油相和表面活性剂的质量比为1∶4，表面活性剂和助表面活性剂的质量比为1∶3。
如上所述的一种微乳液法制备氧化钇、钆、铕纳米发光粉体的方法，其微乳液混合后的PH值控制在7～10；干燥温度控制在70～100℃；前驱体煅烧的温度范围控制在500～1000℃。
如上所述的一种微乳液法制备氧化钇、钆、铕纳米发光粉体的方法，其(Y，Gd)2O3:Eu纳米粉体中Eu的原子含量为1～12at％。
本发明的优点与效果是：
本发明所采用的原料简单易得，操作简便，制备周期短。在制备过程中，通过控制原料的配比，调节初始溶液的浓度，含水量以及不同温度下煅烧来控制产品的晶型、形貌以及尺寸。前驱体在较低煅烧温度(800℃)下保温2h得到了尺寸在10～20nm范围内的(Y，Gd)2O3:Eu纳米粉体，形貌基本为球形，分散性较好。该(Y，Gd)2O3:Eu纳米粉体制备方法在实际应用中有广阔的前景。
附图说明
图1为本发明稀土初始浓度为0.20mol/L，经800℃煅烧2h后得到的粉体形貌的SEM图；
图2a、2b为本发明稀土初始浓度为0.40mol/L，经800℃煅烧2h后得到的粉体SEM及TEM图；
图3为本发明稀土初始浓度为0.70mol/L，经800℃煅烧2h后得到的粉体SEM图；
图4为不同Eu含量(1％～12％)的粉体的发光性能比较波线图。
具体实施方式
本发明的附图为在电子显微镜下对本发明粉体进行扫描的照片，其中包含的文字不是很清晰，但并不影响对本发明技术方案的理解。
下面对本发明进行详细说明。
材料选用：
原料氧化物(Y2O3，Gd2O3，Eu2O3)纯度均为99.99％，十六烷基三甲基溴化铵CATB、氨水(25％～28％)、环己烷、正丁醇、乙醇和盐酸等均为分析纯试剂，蒸馏水为二次水。以上试剂均没有经过纯化处理。
制备过程：
原料氧化物用盐酸加热溶解，配成浓度为0.1～1.0mol/L的初始溶液。取100ml的环己烷加入7.675g的十六烷基三甲基溴化铵和20.0ml的正丁醇，在磁力搅拌器强力搅拌下加入5.0ml的不同浓度的初始稀土溶液，一段时间后溶液变得透明。将1mol/L氨水也配成微乳液，在搅拌的状态下将氨水微乳液加入到含有稀土溶液的微乳液中，微乳液混合后的PH值控制在7～10，不断搅拌一段时间后，溶液变浑浊，继续反应30min然后经过抽滤，无水乙醇洗涤，在真空干燥箱中70～100℃下干燥24h，所得样品经碾磨后过筛后得到前驱体粉末。将前驱体粉末置于石英坩埚中与马弗炉中在500～1000℃范围内煅烧2h后得到样品。
实施例1
按照制备过程，将100ml环己烷，7.670g CATB，20.0ml正丁醇加入一400ml的烧杯中，用磁力搅拌器进行强力搅拌，同时加入5.0ml的0.2mol/L的稀土溶液，2min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1.0mol/L氨水溶液15.0ml，不断搅拌得到透明微乳液(记为b)。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30min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℃干燥24h后得到前驱体粉，经碾磨过筛后再经800℃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，对前驱体粉进行TG/DSC综合热分析。对所得的粉体的形貌进行SEM分析，粉体颗粒尺寸由TEM得到。所得粉体基本为球形，尺寸在100nm左右，如图1所示。
实施例2
改变初始稀土溶液的浓度为0.40mol/L，其他条件如实施例1，所得粉体的形貌如图2a中SEM所示，而其颗粒尺寸由图2b中TEM图片得到，在10-20nm范围内，粉体分散性较好。
实施例3
改变初始稀土溶液的浓度为0.70mol/L，其他条件如实施例1，所得粉体的形貌如图3所示，粉体形貌基本为长条形。
实施例4
改变Eu的含量在1％-12at％范围内，其他条件如实施例2，所得粉体的发光性能如图4所示。当Eu含量为10％时，粉体发光性能最佳。

Claims (3)

1.一种微乳液法制备氧化钇、钆、铕纳米发光粉体的方法，其特征在于，该纳米发光粉体制作方法为：将原料氧化物Y2O3，Gd2O3，Eu2O3用盐酸加热溶解，配成浓度为0.1～1.0mol/L的初始溶液；取100ml的环己烷加入7.675g的十六烷基三甲基溴化铵和20.0ml的正丁醇，在磁力搅拌器强力搅拌下加入5.0ml的初始稀土溶液，待溶液变得透明；将1mol/L氨水配成微乳液，在搅拌的状态下将氨水微乳液加入到含有稀土溶液的微乳液中，不断搅拌后，溶液变浑浊，继续反应30min然后经过抽滤，无水乙醇洗涤；在真空干燥箱中干燥24h，所得样品经碾磨后过筛后得到前驱体粉末；将前驱体粉末置于石英坩埚中与马弗炉中煅烧2h后即为氧化钇、钆、铕纳米发光粉体。
2.根据权利要求1所述的一种微乳液法制备氧化钇、钆、铕纳米发光粉体的方法，其特征在于，微乳液混合后的PH值控制在7～10；干燥温度控制在70～100℃；前驱体煅烧的温度范围控制在500～1000℃。
3.根据权利要求1所述的一种微乳液法制备氧化钇、钆、铕纳米发光粉体的方法，其特征在于，(Y，Gd)2O3:Eu纳米粉体中Eu的原子含量为1～12at％。
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