CN114958372A - 一种反向共沉淀技术制备GdAlO3:Ce发光粉体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种反向共沉淀技术制备GdAlO3:Ce发光粉体的方法,包括稀土溶液的配置、前驱体的制备、前驱体干燥以及煅烧过程:将Gd2O3溶于过量稀硝酸中,配置成Gd(NO3)3溶液,再将Al2O3与Ce2O3分别溶于稀硝酸中,配置成Al(NO3)3和Ce(NO3)3溶液,将三种溶液充分混合制成稀土溶液,用少量十二烷基苯磺酸钠作分散剂,用氨水作沉淀剂调节pH值,在恒温条件下,用一定的速率反向滴定得到前驱体沉淀物,用去离子水和无水乙醇分别清洗3次,干燥、研磨、过筛后,在一定温度下煅烧一定时间,用湿法球磨、干燥,得到GdAlO3:Ce纳米粉体。本发明提供了一种反向共沉淀法制备GdAlO3:Ce发光粉体的方法,该方法工艺简单,制备出的粉体晶体具有纯度高、晶粒均匀、尺寸细小、光学性能优异等优点,在工业、农业、医学、国防领域中有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于功能材料技术领域,具体涉及一种反向共沉淀技术制备GdAlO3:Ce发光粉体的方法。
背景技术
铝酸钆(GdAlO3)作为一种稀土铝酸盐类发光材料,具有高熔点、良好的物理、化学和光学稳定性,以GdAlO3为基体的发光材料,可以通过掺杂少量稀土离子来提高光学性能,Ce3+由于其光学电负性小,可以实现5d到4f轨道的完全跃迁,并且发光衰减时间在100 ns以内,可作掺杂离子制备GdAlO3:Ce而备受关注。文献报道:用溶液燃烧法制备GdAlO3:Ce(5mol%)荧光粉体,因其高灵敏度、高分辨率,在亲水和疏水底物都可清楚采集到指纹的细节,有望应用于法医研究和防伪应用。由于GdAlO3:Ce材料光学性能与微观结构存在着密切联系,探索GdAlO3:Ce纳米粉体调控工艺尤为关键。
目前制备GdAlO3:Ce的方法有溶胶燃烧法等,但存在一些不足。例如溶胶燃烧法反应很难控制。因此亟需一种新的制备方法,以获得晶型可控,分散性好且具有优异光学性能的GdAlO3:Ce粉体。
发明内容
本发明的目的在于提供一种反向共沉淀技术制备GdAlO3:Ce发光粉体的方法,该方法工艺简单,制备出的粉体具有纯度高、晶粒均匀、尺寸细小、光学性能优异等优点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种反向共沉淀技术制备GdAlO3:Ce发光粉体的方法,包括如下步骤:
(1)将钆离子溶液、铈离子与铝离子溶液混合制成稀土溶液;
(2)以少量十二烷基苯磺酸钠作分散剂,分散剂的质量与混合溶液质量之比为3~5%,调节稀土溶液的pH值为8~11,分离干燥后获得前驱体;
(3)高温煅烧所述前驱体,球磨后得到GdAlO3:Ce纳米粉体材料,其中前驱体的煅烧温度为800~1200 ℃,煅烧保温时间为3~5 h。
进一步地,步骤(1)的所述稀土溶液中钆离子和铝离子的摩尔比为1:1。
进一步地,步骤(1)的所述稀土溶液中总阳离子浓度在0.2~0.4 mol/L范围之内。
进一步地,步骤(1)的所述稀土溶液中铈离子掺杂浓度在0.1~0.9 mol%范围之内。
进一步地,所述步骤(2)中采用氨水为沉淀剂调节稀土溶液的pH值。
进一步地,所述步骤(2)中采用十二烷基苯磺酸钠作为分散剂。
进一步地,所述步骤(2)中前驱体的干燥温度为60~80 ℃。
进一步地,所述步骤(3)中前驱体升温至煅烧温度的速率在5~10 ℃/min范围之内。
进一步地,所述GdAlO3:Ce粉体为近球形纳米粉体,且在300~400 nm波长处具有良好的发光性能。
与现有技术相比,本发明的优点与效果是:
1. 本发明采用反向共沉淀技术制备GdAlO3:Ce发光粉体材料,反向共沉淀法可使金属盐溶液在恒温条件下进行化学反应,直接获得纯相GdAlO3:Ce粉体;
2.前驱体经煅烧获得GdAlO3:Ce粉体材料,粉体有纯度高、晶粒均匀、尺寸细小、光学性能优异等优点;
3.本发明所采用的原料价格低廉,工艺操作简便,制备周期短,适合工业化批量生产;GdAlO3:Ce粉体在可见光范围内有良好的光学性能。本发明在工业、农业、医学、国防领域中有广阔的应用前景。
附图说明
图1为GdAlO3:Ce样品的XRD衍射图。
图2为母盐浓度为0.2 mol/L且铈掺杂量为0.3 mol%条件下制备的前驱体,经1100℃煅烧后获得GdAlO3:Ce的SEM形貌。
图3为母盐浓度为0.3 mol/L且铈掺杂量为0.3 mol%条件下制备的前驱体,经1100℃煅烧后获得GdAlO3:Ce的SEM形貌。
图4为母盐浓度为0.4 mol/L且铈掺杂量为0.3 mol%条件下制备的前驱体,经1100℃煅烧后获得GdAlO3:Ce的SEM形貌。
图5为不同Ce3+含量(0.1~0.9 mol%)样品发光性能的比较。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
以下实施例中Gd2O3、Al2O3及Ce2O3纯度均为99.99%,氨水、硝酸等为分析纯试剂,蒸馏水为二次水。以上试剂均没有经过纯化处理。
实施例1
一种反向共沉淀技术制备GdAlO3:Ce发光粉体的方法,包括如下步骤:
(1)将Gd2O3溶于过量的硝酸中制成Gd(NO3)3溶液,并充分搅拌;
(2)将与所述Gd2O3相同摩尔质量的Al2O3溶于稀硝酸中制成Al(NO3)3溶液;
(3)将Ce2O3溶于稀硝酸中制成Ce(NO3)3溶液;
(4)在不断搅拌下将Gd (NO3)3、Al (NO3)3和Ce(NO3)3溶液混合,制成总阳离子浓度为0.2 mol/L的稀土溶液,其中钆离子和铝离子的摩尔比为1:1,且铈掺杂量为0.3 mol%;
(5)以氨水为矿沉淀剂,以十二烷基苯磺酸钠作分散剂,分散剂的质量与混合溶液质量之比为4%,采用反向滴定法滴定,得到具有白色絮状沉淀的稀土溶液;
(6)将得到的沉淀用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次,得到前驱体;
(7)将洗净后的前驱体放到真空干燥箱中干燥24 h;
(8)将干燥好的前驱体升温至1100 ℃,煅烧后随炉冷却,得到GdAlO3:Ce样品。
采用日本理学(Rigaku)D/MAX-RB型X射线衍射仪对样品进行分析,结果表明,生成物的特征峰与GdAlO3标准PDF#46-0395基本一致,且没有观察到其他杂峰,这是因为Ce3+掺杂量微量,并全部掺杂到基质中,没有Ce3+的衍生物,如图1所示。采用HITACHI S-3400N型扫描电子显微镜对样品进行分析,结果表明,粉体GdAlO3:Ce微观形貌呈近球状、各向异性、大小均匀,如图2所示。
实施例2
一种反向共沉淀技术制备GdAlO3:Ce发光粉体的方法,包括如下步骤:
(1)将Gd2O3溶于过量的硝酸中制成Gd(NO3)3溶液,并充分搅拌;
(2)将与所述Gd2O3相同摩尔质量的Al2O3溶于稀硝酸中制成Al(NO3)3溶液;
(3)将Ce2O3溶于稀硝酸中制成Ce(NO3)3溶液;
(4)在不断搅拌下将Gd (NO3)3、Al (NO3)3和Ce(NO3)3溶液混合,制成总阳离子浓度为0.3 mol/L的稀土溶液,其中钆离子和铝离子的摩尔比为1:1,且铈掺杂量为0.3 mol%;
(5)以氨水为矿沉淀剂,以十二烷基苯磺酸钠作分散剂,分散剂的质量与混合溶液质量之比为4%,采用反向滴定法滴定,得到具有白色絮状沉淀的稀土溶液;
(6)将得到的沉淀用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次,得到前驱体;
(7)将洗净后的前驱体放到真空干燥箱中干燥24 h;
(8)将干燥好的前驱体升温至1100 ℃,煅烧后随炉冷却,得到GdAlO3:Ce样品。
本实施例制备的GdAlO3:Ce粉体的微观形貌如图3所示。
实施例3
一种反向共沉淀技术制备GdAlO3:Ce发光粉体的方法,包括如下步骤:
(1)将Gd2O3溶于过量的硝酸中制成Gd(NO3)3溶液,并充分搅拌;
(2)将与所述Gd2O3相同摩尔质量的Al2O3溶于稀硝酸中制成Al(NO3)3溶液;
(3)将Ce2O3溶于稀硝酸中制成Ce(NO3)3溶液;
(4)在不断搅拌下将Gd (NO3)3、Al (NO3)3和Ce(NO3)3溶液混合,制成总阳离子浓度为0.4 mol/L的稀土溶液,其中钆离子和铝离子的摩尔比为1:1,且铈掺杂量为0.3 mol%;
(5)以氨水为矿沉淀剂,以十二烷基苯磺酸钠作分散剂,分散剂的质量与混合溶液质量之比为4%,采用反向滴定法滴定,得到具有白色絮状沉淀的稀土溶液;
(6)将得到的沉淀用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次,得到前驱体;
(7)将洗净后的前驱体放到真空干燥箱中干燥24 h;
(8)将干燥好的前驱体升温至1100 ℃,煅烧后随炉冷却,得到GdAlO3:Ce样品。
本实施例制备的GdAlO3:Ce粉体的微观形貌如图4所示。
实施例4
改变铈掺杂量在0.1~0.9 mol%范围内,其他条件如示例1,本实施例制备的GdAlO3:Ce粉体的发光性能如图5所示,当Ce3+掺杂量为0.3 mol%时,样品发光性能最佳。
以上技术方案阐述了本发明的技术思路,不能以此限定本发明的保护范围,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上技术方案所作的任何改动及修饰,均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (9)
1.一种反向共沉淀技术制备GdAlO3:Ce发光粉体的方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)将钆离子溶液、铈离子与铝离子溶液混合制成稀土溶液;
(2)以少量十二烷基苯磺酸钠作分散剂,分散剂的质量与混合溶液质量之比为3~5%,调节稀土溶液的pH值为8~11,分离干燥后获得前驱体;
(3)高温煅烧所述前驱体,球磨后得到GdAlO3:Ce纳米粉体材料,其中前驱体的煅烧温度为800~1200 ℃,煅烧保温时间为3~5 h。
2.根据权利要求1所述的一种反向共沉淀技术制备GdAlO3:Ce发光粉体的方法,其特征在于,所述步骤(1)的稀土溶液中钆离子和铝离子的摩尔比为1:1。
3.根据权利要求1所述的一种反向共沉淀技术制备GdAlO3:Ce发光粉体的方法,其特征在于,所述步骤(1)的稀土溶液中总阳离子浓度在0.2~0.4 mol/L范围之内。
4.根据权利要求1所述的一种反向共沉淀技术制备GdAlO3:Ce发光粉体的方法,其特征在于,所述步骤(1)的稀土溶液中铈离子掺杂浓度在0.1~0.9 mol%范围之内。
5.根据权利要求1所述的一种反向共沉淀技术制备GdAlO3:Ce发光粉体的方法,其特征在于,所述步骤(2)中采用氨水为沉淀剂调节稀土溶液的pH值。
6.根据权利要求1所述的一种反向共沉淀技术制备GdAlO3:Ce发光粉体的方法,其特征在于,所述步骤(2)中采用十二烷基苯磺酸钠作为分散剂。
7.根据权利要求1所述的一种反向共沉淀技术制备GdAlO3:Ce发光粉体的方法,其特征在于,所述步骤(2)中前驱体的干燥温度为60~80 ℃。
8.根据权利要求1所述的一种反向共沉淀技术制备GdAlO3:Ce发光粉体的方法,其特征在于,所述步骤(3)中前驱体升温至煅烧温度的速率在5~10 ℃/min范围之内。
9.根据权利要求1所述的一种反向共沉淀技术制备GdAlO3:Ce发光粉体的方法,其特征在于,所述GdAlO3:Ce粉体为近球形纳米粉体,且在300~400 nm波长处具有良好的发光性能。
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