CN104211100A - 一种非晶态结构BaF2的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于材料制备的技术领域，特别涉及一种非晶态结构BaF2的制备方法。该方法首先利用溶剂热合成法制备晶粒尺寸为14nm左右的立方萤石结构BaF2纳米晶粒，将其作为初始原料，然后再利用金刚石对顶砧压机对材料加压至最大压力30GPa，样品由立方萤石结构转化为非晶态结构，将金刚石对顶砧压机内压力慢慢卸至常压时，BaF2样品的非晶态结构仍然能够在常压下保留下来。本发明方法的初始原料具有制备过程简单，晶粒尺寸小，形貌均一，粒径分布窄等优点，高压合成得到的产物在常压下具有稳定的非晶态结构，相纯度高。BaF2材料具有良好的光学性能，合成的新材料在光学、生物学等领域有很大应用潜力。
Description
技术领域
本发明属于材料制备的技术领域，特别涉及一种非晶态结构BaF2的制备方法。
背景技术
BaF2是碱土金属氟化物的重要一员，具有优良的光学性能。特别是它是平均衰减时间均小于1 ns的快闪成分，是迄今已知最快的无机闪烁体。人们对BaF2的闪烁性能进行了深入的研究，BaF2已经成为理想的高密度发光材料，在伽玛射线和基本粒子探测器广泛应用 [1, 2]。另外，BaF2具有较好的离子导电性，成为高温电池、燃料电池、化学过滤器和传感器的重要候选材料 [3]。由于其具有广泛的应用潜力，BaF2一直是研究的热点材料，特别是具有新晶体结构的BaF2材料的合成，成为材料领域新的挑战，吸引了人们广泛的研究兴趣。
在压力作用下物质分子之间和原子之间的距离会发生改变，导致物质的晶体结构、电子结构发生改变，利用高压方法可以得到常压条件下无法合成的新相，是获得新结构、新材料的重要研究手段。BaF2材料有三种晶体结构[4, 5]：萤石型 (Fm3m)立方相、α-PbCl2型 (Pnma)正交相和Ni2In型 (P6 3 /mmc)六角相。其中萤石型立方相为稳定相，α-PbCl2型正交相和Ni2In型六角相为亚稳相。然而，到目前为止人们只发现了BaF2的这三种晶体结构，没有利用各种物理化学手段合成出非晶态结构的BaF2相关研究报道。此外，材料的晶体结构会很大地影响材料的光学、 电学等物理和化学性质，合成新晶体结构的材料将会优化器件功能，有很大的潜在的应用价值。 因此，发展简单、 方便的方法来合成新的晶体结构的BaF2材料，对研究新功能材料的有重要意义。
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发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服背景技术存在的问题和缺陷，提供一种相纯度高、具有稳定的非晶态结构的BaF2的制备方法，该方法工艺步骤简单。
本发明的目的通过以下技术方案实现：该制备方法包括以下步骤：
①、将8.4 mL油酸，0.2 g NaOH，24mL无水乙醇制成混合溶液A，然后将混合溶液A放置在磁力搅拌器上，室温下强力搅拌60min，使油酸和NaOH充分反应，将0.523g的Ba(NO3)2加入三相共存的混合溶液A中，搅拌10 min，最后在混合溶液中加入0.168g 的NaF，经搅拌成乳白色悬浊液后移至40 mL聚四氟乙烯内胆的反应釜中，密封，在180 ℃下热处理24 h，冷却后取出，用环己烷收集容器底部的反应物，反应物用无水乙醇反复离心清洗处理，经离心清洗处理反应物经80 ℃，10 h干燥处理得到立方萤石相BaF2纳米晶粒。
②、以步骤①中制得的立方萤石相BaF2纳米晶粒为初始原料，利用对称式金刚石对顶砧进行加压，金刚石砧面大小为0.4mm，密封垫采用T301不锈钢片，预压厚度为90 μm，在预压的垫片上钻个直径为100 μm小孔，作为高压样品腔，将一小块红宝石置于其中高压样品腔内，然后，将立方萤石相BaF2纳米晶粒放入金刚石对顶砧压机中进行加压至最高压力30 GPa，得到高压合成非晶态结构的BaF2。
③、将金刚石对顶砧压机缓慢卸压至常压，得到合成非晶态结构的BaF2，经测试卸压后合成非晶态结构的BaF2没有回到最初的立方萤石相，仍保持非晶态结构，说明利用高压手段可以成功合成非晶态结构的BaF2。
本发明方法具有以下优点和积极效果：
1、本发明方法采用溶剂热法合成的晶粒尺寸小（小于15nm）的立方萤石相BaF2纳米晶粒为初始原料，采用金刚石对顶砧压机在高压下合成非晶态结构BaF2的合成方法；
2、本发明的初始原料为晶粒尺寸小，形貌均匀，粒径分布窄的BaF2纳米晶粒；
3、本发明制备方法得到的样品，通过用同步辐射XRD对样品的晶体结构进行表征，发现在高压下BaF2样品具有稳定的非晶态结构，相纯度很高，没有其它结晶相衍射峰出现；卸压后样品依然保持非晶态结构，没有恢复初始的立方萤石结构；
4、本发明具有过程简单、室温合成、合成时间短、可重复性高等优点。
附图说明
图1是立方萤石结构BaF2纳米晶粒的透射电镜图。
图2是立方萤石结构BaF2纳米晶粒的粒径分布图。
图3是立方萤石结构BaF2纳米晶粒的XRD图。
图4是BaF2纳米晶粒随压力变化的同步辐射 XRD图（实线为加压过程，虚线为卸压过程）。
图5是立方萤石结构BaF2纳米晶粒(a)与非晶态结构BaF2(b)的同步辐射电子衍射图。
具体实施方式
现结合实施例更加具体地描述本发明，如无特殊说明，所用试剂均为市售可获得的产品，并未加进一步提纯使用。
实验试剂
| 油酸 | AR | 天津光复精细化工研究所 |
| 无水乙醇 | AR | 北京北化精细化学品有限责任公司 |
| Ba(NO3)2 | AR | 广东汕头市西陇化工厂 |
| NaF | AR | 北京北化精细化学品有限责任公司 |
| NaOH | AR | 北京北化精细化学品有限责任公司 |
具体步骤是：
①、将8.4 mL油酸，0.2 g NaOH，24mL无水乙醇制成混合溶液A，然后将混合溶液A放置在磁力搅拌器上，室温下强力搅拌60 min，使油酸和NaOH充分反应。将0.523g的Ba(NO3)2加入三相共存的混合溶液A中，搅拌10 min，保证Ba2+与Na+的置换反应完全，最后在混合溶液中加入0.168g 的NaF，经搅拌成乳白色悬浊液后移至40mL聚四氟乙烯内胆的反应釜中，密封，在180 ℃下热处理24h，冷却后取出。用环己烷收集容器底部的反应物，反应物采用无水乙醇反复离心清洗处理，离心清洗处理后的反应物再经80 ℃，10 h干燥处理得到立方萤石相BaF2纳米晶粒初始样品，其晶粒尺寸大约为14nm左右。
②、高压合成非晶态结构BaF2是在对称式金刚石对顶砧中进行，利用对称式金刚石对顶砧进行加压，金刚石砧面大小为0.4mm，密封垫采用T301不锈钢片，预压厚度为90 μm。在预压的垫片上钻了直径为100 μm小孔，作为高压样品腔，将一小块红宝石置于其中高压样品腔内。压力的标定是采用标准红宝石荧光标压的技术。然后，将步骤①中制得的立方萤石相BaF2纳米晶粒放入金刚石对顶砧压机中，对样品进行加压至30 GPa。随着压力升高，立方萤石结构衍射峰变得越来越弱，逐渐向非晶态结构，当压力为21.4 Gpa时，样品完全转变为非晶态结构，加至最高压力30 Gpa样品仍然保持非晶态结构，得到高压合成非晶态结构的BaF2。
③、将金刚石对顶砧压机缓慢卸压至常压，得到合成非晶态结构的BaF2，卸压后样品（合成非晶态结构的BaF2）没有回到最初的立方萤石相，仍保持非晶态结构，说明利用高压手段可以成功合成非晶态结构的BaF2。
Claims (1)
1.一种非晶态结构BaF2的制备方法，其特征在于：该制备方法包括以下步骤：
①、将8.4 mL油酸，0.2 g NaOH，24mL无水乙醇制成混合溶液A，然后将混合溶液A放置在磁力搅拌器上，室温下强力搅拌60min，使油酸和NaOH充分反应，将0.523g的Ba(NO3)2加入三相共存的混合溶液A中，搅拌10 min，最后在混合溶液中加入0.168g 的NaF，经搅拌成乳白色悬浊液后移至40 mL聚四氟乙烯内胆的反应釜中，密封，在180 ℃下热处理24 h，冷却后取出，用环己烷收集容器底部的反应物，反应物用无水乙醇反复离心清洗处理，经离心清洗处理反应物经80 ℃，10 h干燥处理得到立方萤石相BaF2纳米晶粒；
②、以步骤①中制得的立方萤石相BaF2纳米晶粒为初始原料，利用对称式金刚石对顶砧进行加压，金刚石砧面大小为0.4mm，密封垫采用T301不锈钢片，预压厚度为90 μm，在预压的垫片上钻个直径为100 μm小孔，作为高压样品腔，将一小块红宝石置于其中高压样品腔内，然后，将立方萤石相BaF2纳米晶粒放入金刚石对顶砧压机中进行加压至最高压力30 GPa，得到高压合成非晶态结构的BaF2；
③、将金刚石对顶砧压机缓慢卸压至常压，得到合成非晶态结构的BaF2，经测试卸压后合成非晶态结构的BaF2没有回到最初的立方萤石相，仍保持非晶态结构，说明利用高压手段已经成功合成非晶态结构的BaF2。
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