CN102229437B - 一种掺Nd3+离子的钇铝石榴石粉体的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种掺Nd3+离子的钇铝石榴石粉体及其制备方法。其方案是:按含钇试剂∶含铝试剂∶葡萄糖∶十六烷基三甲基溴化铵∶六水合氯化钕的摩尔比为1.5∶5∶3∶0.006∶(0.01~0.10)配料;室温条件下先将葡萄糖、含钇试剂、含铝试剂混磨10分钟,再将混磨料与六水合氯化钕一起研磨20分钟,然后向研磨料中加入十六烷基三甲基溴化铵,研磨30分钟;最后将研磨后的混合物在70℃的条件下干燥2小时,得到前驱体;将前驱体研磨30分钟,在800~1200℃条件下保温2小时,制得掺Nd3+离子的钇铝石榴石粉体。本发明具有反应温度低、工艺简单、容易控制、产率高、污染少和Nd3+离子掺杂量高的特点。所制备的粉体结晶性好,无杂相,粉体粒度为20~120nm。
Description
技术领域
本发明属于掺Nd3+离子的钇铝石榴石粉体技术领域。具体涉及一种掺Nd3+离子的钇铝石榴石粉体及其制备方法。
背景技术
近年来,稀土掺杂的钇铝石榴石粉体广泛应用于光学、检测、医疗等领域。比如为了使钇铝石榴石(YAG)具有激光发射能力,掺加一定量的稀土Nd3+制备的掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)。Nd:YAG是将作为基质的钇铝石榴石晶体中的部分Y3+由激活离子Nd3+取代,以形成Nd:YAG固熔体,Nd:YAG激光器是目前最常用的一类固体激光器。在YAG单晶制备过程中,Nd3+在结构完整的YAG单晶中的分凝系数仅为0.2左右,若掺Nd3+量过高,易产生Nd3+的聚集偏析,造成组成不均,并产生区域化学应力和热应力以及光学不均匀性,甚至使晶体开裂。因此,在YAG单晶材料制备中,掺Nd3+量一般小于摩尔含量1%。但较低的Nd3+掺杂量势必会影响Nd:YAG的激光输出功率。另外,无论是作为粉体直接应用还是用于制造器件,都要求制备的钇铝石榴石粉体具有一定形貌、颗粒细、纯度高、尺寸分布均匀以及无团聚等特性,这就需要不断改进粉体制备方法,以适应各领域对发光材料和激光材料的需求。
目前制备稀土掺杂钇铝石榴石粉体的方法有很多,如固相法、溶胶-凝胶法、共沉淀法、水热合成法等。每种方法都有自己的优势,也存在一些不足。比如前驱体价格昂贵、反应条件要求较高、反应过程难以控制、反应生成杂相多而影响粉体纯度,以及粉体分散性较差等。
发明内容
本发明旨在克服现有技术存在的不足,目的是提供一种反应温度低、合成工艺简单、合成过程容易控制、产率高和污染少的掺Nd3+离子的钇铝石榴石粉体的制备方法。用该方法制备的掺Nd3+离子的钇铝石榴石粉体可实现Nd3+离子的大量掺杂并保持钇铝石榴石的晶体结构,结晶性好,无杂相,粉体粒度为20~120nm。
为实现上述目的,本发明的技术方案是:按含钇试剂∶含铝试剂∶葡萄糖∶十六烷基三甲基溴化铵∶六水合氯化钕的摩尔比为1.5∶5∶3∶0.006∶(0.01~0.10)配料;在室温条件下先将葡萄糖、含钇试剂、含铝试剂混磨10分钟,得到混磨料;再将混磨料与六水合氯化钕一起研磨20分钟,得到研磨料;然后向研磨料中加入十六烷基三甲基溴化铵,研磨30分钟,得到研磨后的混合物。
最后将研磨后的混合物置于真空干燥箱中在70℃的条件下干燥2小时,得到前驱体;将 前驱体研磨30分钟,在800~1200℃条件下保温2小时,制得掺Nd3+离子的钇铝石榴石粉体。
在上述技术方案中,含钇试剂、含铝试剂、葡萄糖、十六烷基三甲基溴化铵和六水合氯化钕均为市售分析纯试剂。其中:含钇试剂为八水合硫酸钇或为十水合草酸钇;含铝试剂为六水合氯化铝或为九水合硝酸铝。
所述的研磨为手工研磨,手工研磨所采用的设备为玛瑙研钵。
由于采用上述技术方案,本发明所提供的掺Nd3+离子的钇铝石榴石粉体制备方法的突出特点是:
1、制备工艺简单,不需要昂贵的设备,原料易于获得;
2、前驱体反应温度低,在接近室温的条件下完成反应过程,合成过程易于控制;
3、产率高、无污染,原料按照设定配比完全参加反应,合成过程无污染性液体或气体产生;
4、Nd3+离子掺杂量高,摩尔含量高达3%以上;
5、所制备的掺Nd3+离子的钇铝石榴石粉体结晶性好,无杂相产生;
6、所制备的掺Nd3+离子的钇铝石榴石粉体粒度分布均匀,粒度为20~120nm。
因此,本发明的制备方法具有反应温度低、合成工艺简单、合成过程容易控制、产率高、污染少、Nd3+掺杂量高的特点。用该方法制备的掺Nd3+离子的钇铝石榴石粉体结晶性好,可实现Nd3+离子的大量掺杂并保持钇铝石榴石的晶体结构,无杂相,粉体粒度为20~120nm。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述,并非对其保护范围的限制。
在本具体实施方式中:所述的研磨为手工研磨,手工研磨所采用的设备为玛瑙研钵;所述的八水合硫酸钇、十水合草酸钇、六水合氯化铝、九水合硝酸铝、葡萄糖、十六烷基三甲基溴化铵和六水合氯化钕均为市售分析纯试剂。实施例中不再赘述。
实施例1
一种掺Nd3+离子的钇铝石榴石粉体及其制备方法。按八水合硫酸钇∶六水合氯化铝∶葡萄糖∶十六烷基三甲基溴化铵∶六水合氯化钕的摩尔比为1.5∶5∶3∶0.006∶(0.01~0..05)配料;在室温条件下先将葡萄糖、八水合硫酸钇、六水合氯化铝混磨10分钟,得到混磨料;再将混磨料与六水合氯化钕一起研磨20分钟,得到研磨料;然后向研磨料中加入十六烷基三甲基溴化铵,研磨30分钟,得到研磨后的混合物。
最后将研磨后的混合物置于真空干燥箱中在70℃的条件下干燥2小时,得到前驱体;将前驱体研磨30分钟,在1050~1200℃条件下保温2小时,制得掺Nd3+离子的钇铝石榴石粉体。
本实施例制得的掺Nd3+离子的钇铝石榴石粉体,颗粒无团聚,粒度为80~120nm。
实施例2
一种掺Nd3+离子的钇铝石榴石粉体及其制备方法。按八水合硫酸钇∶九水合硝酸铝∶葡萄糖∶十六烷基三甲基溴化铵∶六水合氯化钕的摩尔比为1.5∶5∶3∶0.006∶(0.06~0.10)配料;在室温条件下先将葡萄糖、八水合硫酸钇、九水合硝酸铝混磨10分钟,得到混磨料;再将混磨料与六水合氯化钕一起研磨20分钟,得到研磨料;然后向研磨料中加入十六烷基三甲基溴化铵,研磨30分钟,得到研磨后的混合物。
最后将研磨后的混合物置于真空干燥箱中在70℃的条件下干燥2小时,得到前驱体;将前驱体研磨30分钟,在900~1100℃条件下保温2小时,制得掺Nd3+离子的钇铝石榴石粉体。
本实施例制得的掺Nd3+离子的钇铝石榴石粉体,颗粒无团聚,粒度为20~60nm。
实施例3
一种掺Nd3+离子的钇铝石榴石粉体及其制备方法。按十水合草酸钇∶六水合氯化铝∶葡萄糖∶十六烷基三甲基溴化铵∶六水合氯化钕的摩尔比为1.5∶5∶3∶0.006∶(0.03~0.08)配料;在室温条件下先将葡萄糖、十水合草酸钇、六水合氯化铝混磨10分钟,得到混磨料;再将混磨料与六水合氯化钕一起研磨20分钟,得到研磨料;然后向研磨料中加入十六烷基三甲基溴化铵,研磨30分钟,得到研磨后的混合物。
最后将研磨后的混合物置于真空干燥箱中在70℃的条件下干燥2小时,得到前驱体;将前驱体研磨30分钟,在800~950℃条件下保温2小时,制得掺Nd3+离子的钇铝石榴石粉体。
本实施例制得的掺Nd3+离子的钇铝石榴石粉体,颗粒无团聚,粒度为40~80nm。
实施例4
一种掺Nd3+离子的钇铝石榴石粉体及其制备方法。按十水合草酸钇∶九水合硝酸铝∶葡萄糖∶十六烷基三甲基溴化铵∶六水合氯化钕的摩尔比为1.5∶5∶3∶0.006∶(0.05~0.10)配料;在室温条件下先将葡萄糖、十水合草酸钇、九水合硝酸铝混磨10分钟,得到混磨料;再将混磨料与六水合氯化钕一起研磨20分钟,得到研磨料;然后向研磨料中加入十六烷基三甲基溴化铵,研磨30分钟,得到研磨后的混合物。
最后将研磨后的混合物置于真空干燥箱中在70℃的条件下干燥2小时,得到前驱体;将前驱体研磨30分钟,在900~1000℃条件下保温2小时,制得掺Nd3+离子的钇铝石榴石粉体。
本实施例制得的掺Nd3+离子的钇铝石榴石粉体,颗粒无团聚,粒度为60~90nm。
本具体实施方式所提供的掺Nd3+离子的钇铝石榴石粉体制备方法的突出特点是:
1、制备工艺简单,不需要昂贵的设备,原料易于获得;
2、前驱体反应温度低,在接近室温的条件下完成反应过程,合成过程易于控制;
3、产率高、无污染,原料按照设定配比完全参加反应,合成过程无污染性液体或气体产生;
4、Nd3+离子掺杂量高,摩尔含量高达3%以上;
5、所制备的掺Nd3+离子的钇铝石榴石粉体结晶性好,无杂相产生;
6、所制备的掺Nd3+离子的钇铝石榴石粉体粒度分布均匀,粒度为20~120nm。
因此,本具体实施方式的制备方法具有反应温度低、合成工艺简单、合成过程容易控制、产率高、污染少、Nd3+掺杂量高的特点。用该方法制备的掺Nd3+离子的钇铝石榴石粉体结晶性好、无杂相、可实现Nd3+的大量掺杂并保持钇铝石榴石的晶体结构,粉体粒度为20~120nm。
Claims (3)
1.一种掺Nd3+离子的钇铝石榴石粉体的制备方法,其特征在于按含钇试剂∶含铝试剂∶葡萄糖∶十六烷基三甲基溴化铵∶六水合氯化钕的摩尔比为1.5∶5∶3∶0.006∶(0.01~0.10)配料;在室温条件下先将葡萄糖、含钇试剂、含铝试剂混磨10分钟,得到混磨料;再将混磨料与六水合氯化钕一起研磨20分钟,得到研磨料;然后向研磨料中加入十六烷基三甲基溴化铵,研磨30分钟,得到研磨后的混合物;
最后将研磨后的混合物置于真空干燥箱中在70℃的条件下干燥2小时,得到前驱体;将前驱体研磨30分钟,在800~1200℃条件下保温2小时,制得掺Nd3+离子的钇铝石榴石粉体;
所述的含钇试剂为八水合硫酸钇或为十水合草酸钇;
所述的含铝试剂为六水合氯化铝或为九水合硝酸铝。
2.根据权利要求1所述的掺Nd3+离子的钇铝石榴石粉体的制备方法,其特征在于所述的含钇试剂、含铝试剂、葡萄糖、十六烷基三甲基溴化铵和六水合氯化钕均为市售分析纯试剂。
3.根据权利要求1所述的掺Nd3+离子的钇铝石榴石粉体的制备方法,其特征在于所述的研磨为手工研磨,手工研磨所采用的设备为玛瑙研钵。
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