CN103333688B - 采用一元醇热法制备SrHfO3:Ce超微球发光粉体的方法 - Google Patents

Abstract

采用一元醇热法制备SrHfO₃:Ce发光粉体的方法，涉及一种制备发光粉体的方法，其特征在于采用高纯Sr(NO₃)₂，HfOCl₂?8H₂O，Ce(NO₃)₃·6H₂O为原料，KOH作为矿化剂，乙醇/水混合溶液为反应溶剂；制备过程的相关条件包括原料的配置、矿化剂的加入、混合、水热反应、过滤、洗涤及干燥；SrHfO₃:Ce发光粉体中Ce的含量在0.1-1.5mol%之间。本发明制备SrHfO₃:Ce发光粉体的方法工艺简单，超微球粒子的形貌及粒径可控性好。本发明的超微球粉体是陶瓷闪烁体基质材料的重要原料，可将其烧制成光学性能优良的闪烁透明陶瓷。

Description

采用一元醇热法制备SrHfO3:Ce超微球发光粉体的方法

技术领域

本发明涉及一种制备发光粉体的方法，特别是涉及一种采用一元醇热法制备SrHfO₃:Ce超微球发光粉体的方法。

背景技术

随着现代核电子学、探测技术与成像技术的不断发展，闪烁体的应用范围日益扩大。SrHfO₃具有对X射线超强阻止本领，衰减快，光输出较高及良好的能量分辨能力等优良特性，是适应快速响应探测器的极有前途的闪烁体基质材料之一。在核医学(X-CT、PET等)、高能物理、材料无损探伤、安全检查、地质勘探等领域有广泛的应用前景。但国内外研究表明，如何将其烧制成透明陶瓷仍然是个难题。故制备出性能优良的SrHfO₃粉体成为研究的热点问题。烧结活性高，粒度均匀，粉体近球形，激活剂在基质中均匀掺杂，对于获得光学性能优良的闪烁陶瓷至关重要。因此对SrHfO₃粉体的制备工艺提出了更高的要求。

制备粉体的方法有很多种，主要包括共沉淀法、燃烧法、溶胶-凝胶法以及水热法等。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。燃烧法制备粉体存在晶粒尺寸分布不均匀的情况。溶胶凝胶得到粉体的形貌不易控制。相比之下，水热法简单易行，团聚少，粒径和形貌通过调整工艺参数可以得到控制，激活剂在基质中掺杂较为均匀。乙醇可以降低去离子水的介电常数，从而降低SrHfO₃的溶解度，产生高的过饱和度，而成核所需的过饱和度较生长所需更高，因此所得粉体粒径较纯水为溶剂小；同时可以降低固体颗粒的表面张力；另外加入乙醇后，能促进前驱物更易脱水，使反应速率进一步加快，有助于形核，采用乙醇/水混合溶剂，缓和了实验条件，可通过改变溶剂的组成配比，使生成的超微球颗粒、粒度分布实现可控性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用一元醇热法制备SrHfO₃:Ce超微球发光粉体的方法。该方法制备的粉体粒度分布均匀，基本呈球形，粒径在一定程度上实现可控。制备的SrHfO₃:Ce超微球发光粉体工艺操作方便、简单易于推广。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

采用一元醇热法制备SrHfO₃:Ce超微球发光粉体的方法，所述方法包括以下过程：该方法以高纯Sr(NO₃)₂、HfOCl₂8H₂O作为反应原料，以Ce(NO3)₃作为激活剂，KOH作为矿化剂，乙醇／水混合溶剂作为反应时的熔剂；制备过程为原料配置、矿化剂加入、混合、水热反应、过滤、洗涤及干燥过程；SrHfO₃:Ce超微球发光粉体中Ce含量在0.1~1.5mol%之间；

具体步骤如下：将原料Sr(NO₃)₂和HfOCl₂8H₂O配制成初始溶液，再加入5～10ml稀土溶液Ce(NO₃)₃，用磁力搅拌作用下实现混合均匀，滴加2mol%的KON溶液，调节PH值，当溶液变浑浊时继续搅拌后放入250ml反应釜中，填入乙醇使填充度达到70％～80％，在120-200℃温度范围内保温条件下进行水热反应；获得的水热产物经过滤，无水乙醇洗涤后，再将沉淀物放入真空干燥箱中干燥12～24h，获得的样品经碾磨过筛后得到SrHfO₃:Ce超微球粉体。

所述的采用一元醇热法制备SrHfO₃:Ce超微球发光粉体的方法，所述溶液混合后PH值11-14；保温时间2-8h；干燥温度60-80℃。

本发明的优点与效果是：

本发明所采用的原料广泛，操作简便，制备周期短，工艺可控，无需煅烧，节省能耗。在制备过程中，通过控制原料的配比，调节pH值，水热温度，保温时间，不同溶剂配比等条件，实现控制产品的晶型、形貌以及尺寸。前驱物在水热温度120-200℃保温2-8h，PH值为11-14，溶剂配比V(C₂H₅OH):V(H₂O)为4:1得到尺寸约800nm的SrHfO₃:Ce超微球粉体，其分散性较好，粒径大小均匀。该制备方法获得的SrHfO₃:Ce超微球粉体有广泛的应用价值。

附图说明

图1为溶剂配比V(C₂H₅OH):V(H₂O)为2:1，PH值为13.5，水热温度140℃保温4h后得到的粉体形貌的SEM图；

图2为溶剂配比V(C₂H₅OH):V(H₂O)为3:1，PH值为13.5，水热温度140℃保温4h后得到粉体的SEM图；

图3为溶剂配比V(C₂H₅OH):V(H₂O)为4:1，PH值为13.5，水热温度140℃保温4h后制备出的样品的SEM图；

图4为不同Ce含量(0.1-1.5mol%)粉体的发光性能的比较图。

注：本发明的图1～图4为产物状态的照片或分析示意图，图中文字或影像不清晰并不影响对本发明技术方案的理解。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明。

本发明材料的选用：原料Sr(NO₃)₂（纯度99.99％）；HfOCl₂8H₂O（纯度99.99％）;Ce(NO₃)₂(纯度99.99％);KOH(纯度82％)，乙醇为分析纯试剂，去离子水为二次蒸馏水。以上试剂未经过纯化处理。

本发明制备过程：将原料Sr(NO₃)₂和HfOCl₂8H₂O配制成初始溶液，再加入5～10ml不同浓度的稀土溶液Ce(NO₃)₃，用磁力搅拌作用下实现混合均匀，滴加2mol%的KON溶液，调节PH值11-14，当溶液变浑浊时继续搅拌一段时间后放入250ml反应釜中，填入乙醇使填充度达到70％～80％，在120-200℃温度范围内保温时间2-8h条件下进行水热反应。获得的水热产物经过滤，无水乙醇洗涤后，再将沉淀物放入真空干燥箱中于60-80℃干燥12～24h，获得的样品经碾磨过筛后得到SrHfO₃:Ce超微球粉体。

实施例1

按照制备过程，将Sr(NO₃)₂和HfOCl₂8H₂O溶于10ml的去离子水中，用磁力搅拌器进行搅拌，再加入0.3mol% Ce(NO₃)₃，在不断搅拌的情况下，加入20ml无水乙醇，即溶剂V(C₂H₅OH):V(H₂O)为2:1，加入矿化剂KOH，调节PH值达到13.5，溶液变浑浊，搅拌一段时间后装入50ml的反应釜中，填充度70%-80%，调节温度140℃保温4h后得到白色沉淀，将其过滤，用无水乙醇洗涤多次后置于真空干燥箱中80℃干燥24h后得到白色粉体，经碾磨过筛后得到样品。对不同水热温度，不同保温时间下得到的样品进行XRD分析。对所得样品的形貌进行SEM分析，可直接观察粉体形貌及颗粒尺寸。所得粉体为近似超微球，团聚不明显，颗粒粒径分布不均匀，尺寸为1.2μm左右，如图1所示。

实施例2

改变溶剂体积含量使V(C₂H₅OH):V(H₂O)为3:1，即将Sr(NO₃)₂和HfOCl₂8H₂O溶于7.5ml的去离子水中，其他条件如实施例1，所得粉体形貌如图2所示，粉体呈近球形，团聚不明显，粒径分布较均匀，粒径有所减小，约为1.0μm。

实施例3

改变反应溶剂体积含量V(C₂H₅OH):V(H₂O)为4:1，即将Sr(NO₃)₂和HfOCl₂8H₂O溶于6ml的去离子水中，其他条件如实施例1，所得粉体的形貌如图3所示，粉体形貌为均匀球形，分散性好，无团聚现象，粒径在800nm左右。

实施例4

改变Ce含量在0.1-1.5mol%范围内，其他条件如实施例3，所得粉体的发光性能如图4所示。当Ce含量为0.7mol%时，粉体发光性能最佳。

Claims (1)

1.采用一元醇热法制备SrHfO₃:Ce超微球发光粉体的方法，以Ce(NO3)₃作为激活剂，KOH作为矿化剂，乙醇／水混合溶剂作为反应时的熔剂；制备过程为原料配置、矿化剂加入、混合、水热反应、过滤、洗涤及干燥过程；其特征在于，所述方法包括以下过程：

以高纯Sr(NO₃)₂、HfOCl₂•8H₂O作为反应原料，将Sr(NO₃)₂和HfOCl₂•8H₂O溶于6ml的去离子水中，用磁力搅拌器进行搅拌，再加入0.7mol% Ce(NO₃)₃，在不断搅拌的情况下，加入无水乙醇，即溶剂V（C₂H₅OH）:V(H₂O)为4:1，加入矿化剂KOH，调节PH值达到13.5，溶液变浑浊，搅拌一段时间后装入50ml的反应釜中，填充度70%-80%，调节温度140℃保温4h后得到白色沉淀，将其过滤，用无水乙醇洗涤多次后置于真空干燥箱中80℃干燥24h后得到白色粉体，经碾磨过筛后得到样品。