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CN110156036B - 一种单斜晶re3bo6球形颗粒的制备方法 - Google Patents

一种单斜晶re3bo6球形颗粒的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于材料科学领域,涉及一种单斜晶RE3BO6球形颗粒的制备方法,其步骤为:在烧杯中加入H3BO3及尿素(CO(NH2)2)粉体,常温下搅拌均匀后加入RE(NO3)3溶液与乙二醇(EG),其中,RE为Eu‑Yb或Y中的一种元素;定容后搅拌均匀;将澄清溶液在水浴加热保温,反应结束后,待悬浊液自然冷却后将沉淀产物离心分离,进行清洗,干燥后获得非晶前驱体粉末。将制得的非晶前驱体在氧气气氛下进行煅烧,获得最终RE3BO6球形颗粒。本发明通过均相沉淀法制备出RE3BO6,通过控制硼酸和尿素含量,以及稀土离子浓度获得了单分散的硼酸盐球形颗粒,提高产物荧光性能,且首次实现了Eu‑Yb及Y的球形化工程。

Description

一种单斜晶RE3BO6球形颗粒的制备方法
技术领域
本发明属于材料科学领域,具体涉及一种单斜晶RE3BO6球形颗粒的制备方法。
背景技术
发光材料是由作为材料主体的化合物(基质)和选定掺入的少量以至微量的杂质离子激活剂所组成。稀土硼酸盐发光材料具有合成温度低、化学稳定性好、种类繁多等特点,因此,其被认为是很有实用价值的发光基质,并广泛应用于平板显示、照明、医学放射图像等方面。尺寸均匀的微纳米球形荧光颗粒易于排成致密的荧光层,从而最大限度地减小对激发光的散射从而呈现最佳发光效率,因而单分散球形颗粒的制备成为荧光材料形貌控制研究的热点。
由传统工艺固相法制备的稀土硼酸盐存在颗粒粒径分布不均、反应产物容易结块及形貌不规则等缺点,难于制备单分散的球形颗粒,从而影响产物荧光性能。均相沉淀法可以精确控制各组分的含量、纯度、颗粒大小、晶粒大小、分散性和相组成,达到可控制备硼酸盐球形颗粒。
发明内容
本发明提供一种单斜晶RE3BO6球形颗粒的制备方法,采用均相沉淀法制备非晶前驱体,经热处理获得单斜晶RE3BO6球形颗粒,其中,RE为Eu-Yb或Y中的一种元素,其中Eu-Yb包括Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb,实现Eu-Yb及Y的球形化工程。
本发明的技术方案:
一种单斜晶RE3BO6球形颗粒的制备方法如下:
步骤1:将H3BO3及尿素粉体,分散于去离子水中,常温下搅拌均匀,制得混合溶液A;
步骤2:将RE(NO3)3与乙二醇加入步骤1得到的混合溶液A中,常温下搅拌均匀,得到混合溶液B,混合溶液B中稀土离子的摩尔浓度为0.001~0.01mol/L,硼酸根的摩尔浓度为0.01~0.3mol/L,碳酸根离子的摩尔浓度为0.015~0.45mol/L,乙二醇体积分数为3%~10%,混合溶液B的pH为3~6;其中,RE为Eu-Yb或Y中的一种元素;
步骤3:将步骤2得到的混合溶液B在水浴环境下加热至85~95℃,自溶液出现微蓝开始计时,保温2~3h,反应结束后,待悬浊液自然冷却,将沉淀产物离心分离,清洗,转入60℃以下的恒温干燥箱中完全干燥,获得非晶前驱体粉末;
步骤4:将步骤3制得的非晶前驱体粉末在氧气气氛下,以8~12℃/min的加热速率于 600~1100℃煅烧2~4h,获得最终单斜晶RE3BO6球形颗粒。
进一步地,上述步骤2,混合溶液B中稀土离子的摩尔浓度为0.004~0.008mol/L。
进一步地,上述步骤2,混合溶液B中乙二醇的体积分数为浓度为4%~6%。
进一步地,上述步骤2,混合溶液B中pH为4~5。
进一步地,上述步骤3中的水浴温度为90~95℃。
进一步地,上述步骤4中的煅烧温度为900~1000℃。
本发明的有益效果:
均相沉淀法制备出RE3BO6,通过控制硼酸和尿素含量,以及稀土离子浓度获得了单分散的硼酸盐球形颗粒,且首次实现了Eu-Yb及Y的球形化工程。
附图说明
图1是本发明实施例1制备的前驱体产品的FE-SEM图;
图2是本发明实施例1制备的前驱体产品的XRD图谱;
图3是本发明实施例1制备最终产品的FE-SEM图;
图4是本发明实施例1制备的最终产品的XRD图谱;
图5是本发明实施例2制备的前驱体产品的FE-SEM图;
图6是本发明实施例2制备的前驱体产品的XRD图谱;
图7是本发明实施例2制备最终产品的FE-SEM图;
图8是本发明实施例2制备的最终产品的XRD图谱;
图9是本发明实施例3制备的前驱体产品的FE-SEM图;
图10是本发明实施例3制备的前驱体产品的XRD图谱;
图11是本发明实施例3制备最终产品的FE-SEM图;
图12是本发明实施例3制备的最终产品的XRD图谱;
图13是本发明实施例4制备的前驱体产品的FE-SEM图;
图14是本发明实施例4制备的前驱体产品的XRD图谱;
图15是本发明实施例4制备最终产品的FE-SEM图;
图16是本发明实施例4制备的最终产品的XRD图谱;
图17是本发明实施例5制备的前驱体产品的FE-SEM图;
图18是本发明实施例5制备的前驱体产品的XRD图谱;
图19是本发明实施例5制备最终产品的FE-SEM图;
图20是本发明实施例5制备的最终产品的XRD图谱。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施例。
本发明实例中所采用的硼酸为优级纯级产品,其余化学试剂均为分析纯级产品。
实施例1(RE=Eu)
将优级纯H3BO3及尿素(CO(NH2)2)粉体,分散于去离子水中,常温下搅拌均匀。将Eu(NO3)3溶液与乙二醇加入上述溶液中,并加入去离子水将溶液定容,常温下搅拌均匀,混合溶液中,Eu3+离子的摩尔浓度为0.001mol/L,硼酸根的摩尔浓度为0.01mol/L,碳酸根离子的摩尔浓度为0.015mol/L,乙二醇体积分数为3%,最终pH保持在3。将均匀化后的澄清溶液在水浴环境下加热至85℃,自溶液出现微蓝开始计时,保温3h,反应结束后,待悬浊液自然冷却,将沉淀产物离心分离,清洗,转入60℃以下的恒温干燥箱中完全干燥,获得非晶前驱体粉末。将制得的前驱体转移到氧化铝坩埚中,使用程序升温电阻箱式炉在氧气气氛下,以8 ℃/min的加热速率于600℃煅烧4h,冷却后取出,研磨,获得最终Eu3BO6球形颗粒终产物。
实施例2(RE=Ho)
将优级纯H3BO3及(CO(NH2)2)粉体,分散于去离子水中,常温下搅拌均匀。将Ho(NO3)3溶液与乙二醇(EG)加入上述溶液中,并加入去离子水将溶液定容,常温下搅拌均匀,混合溶液中,Ho3+离子的摩尔浓度为0.003mol/L,硼酸根的摩尔浓度为0.06mol/L,碳酸根离子的摩尔浓度为0.08mol/L,乙二醇体积分数为5%,最终pH保持在4.5。将均匀化后的澄清溶液在水浴环境下加热至90℃,自溶液出现微蓝开始计时,保温2.5h,反应结束后,待悬浊液自然冷却,将沉淀产物离心分离,清洗,转入60℃以下的恒温干燥箱中完全干燥,获得非晶前驱体粉末。将制得的前驱体转移到氧化铝坩埚中,使用程序升温电阻箱式炉在氧气气氛下,以 10℃/min的加热速率于800℃煅烧3h,冷却后取出,研磨,获得最终Ho3BO6球形颗粒终产物。
实施例3(RE=Yb)
将优级纯H3BO3及(CO(NH2)2)粉体,分散于去离子水中,常温下搅拌均匀。将Yb(NO3)3溶液与乙二醇(EG)加入上述溶液中,并加入去离子水将溶液定容,常温下搅拌均匀,混合溶液中,Yb3+离子的摩尔浓度为0.006mol/L,硼酸根的摩尔浓度为0.2mol/L,碳酸根离子的摩尔浓度为0.25mol/L,乙二醇体积分数为6%,最终pH保持在5.5。将均匀化后的澄清溶液在水浴环境下热至92℃,自溶液出现微蓝开始计时,保温2h,反应结束后,待悬浊液自然冷却,将沉淀产物离心分离,清洗,转入60℃以下的恒温干燥箱中完全干燥,获得非晶前驱体粉末。将制得的前驱体转移到氧化铝坩埚中,使用程序升温电阻箱式炉在氧气气氛下,以11 ℃/min的加热速率于900℃煅烧2h,冷却后取出,研磨,获得最终Yb3BO6球形颗粒终产物。
实施例4(RE=Y)
将优级纯H3BO3及(CO(NH2)2)粉体,分散于去离子水中,常温下搅拌均匀。将Y(NO3)3溶液与乙二醇(EG)加入上述溶液中,并加入去离子水将溶液定容,常温下搅拌均匀,混合溶液中,Y3+离子的摩尔浓度为0.01mol/L,硼酸根的摩尔浓度为0.3mol/L,碳酸根离子的摩尔浓度为0.45mol/L,乙二醇体积分数为10%,最终pH保持在6。将均匀化后的澄清溶液在水浴环境下热至95℃,自溶液出现微蓝开始计时,保温2h,反应结束后,待悬浊液自然冷却,将沉淀产物离心分离,清洗,转入60℃以下的恒温干燥箱中完全干燥,获得非晶前驱体粉末。将制得的前驱体转移到氧化铝坩埚中,使用程序升温电阻箱式炉在氧气气氛下,以12℃/min的加热速率于1100℃煅烧2h,冷却后取出,研磨,获得最终Y3BO6球形颗粒终产物。
实施例5(RE=Er)
将优级纯H3BO3及(CO(NH2)2)粉体,分散于去离子水中,常温下搅拌均匀。将Er(NO3)3溶液与乙二醇(EG)加入上述溶液中,并加入去离子水将溶液定容,常温下搅拌均匀,混合溶液中,Er3+离子的摩尔浓度为0.005mol/L,硼酸根的摩尔浓度为0.07mol/L,碳酸根离子的摩尔浓度为0.2mol/L,乙二醇体积分数为5%,最终pH保持在4.5。将均匀化后的澄清溶液在水浴环境下热至92℃,自溶液出现微蓝开始计时,保温2h,反应结束后,待悬浊液自然冷却,将沉淀产物离心分离,清洗,转入60℃以下的恒温干燥箱中完全干燥,获得非晶前驱体粉末。将制得的前驱体转移到氧化铝坩埚中,使用程序升温电阻箱式炉在氧气气氛下,以10℃/min 的加热速率于950℃煅烧2h,冷却后取出,研磨,获得最终Er3BO6球形颗粒终产物。

Claims (6)

1.一种单斜晶RE3BO6球形颗粒的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1:将H3BO3及尿素粉体,分散于去离子水中,常温下搅拌均匀,制得混合溶液A;
步骤2:将RE(NO3)3与乙二醇加入步骤1得到的混合溶液A中,常温下搅拌均匀,得到混合溶液B,混合溶液B中稀土离子的摩尔浓度为0.001~0.01mol/L,硼酸根的摩尔浓度为0.01~0.3mol/L,碳酸根离子的摩尔浓度为0.015~0.45mol/L,乙二醇体积分数为3%~10%,混合溶液B的pH为3~6;其中,RE为Eu-Yb或Y中的一种元素;
步骤3:将步骤2得到的混合溶液B在水浴环境下加热至85~95℃,自溶液出现微蓝开始计时,保温2~3h,反应结束后,待悬浊液自然冷却,将沉淀产物离心分离,清洗,转入60℃以下的恒温干燥箱中完全干燥,获得非晶前驱体粉末;
步骤4:将步骤3制得的非晶前驱体粉末在氧气气氛下,以8~12℃/min的加热速率于600~1100℃煅烧2~4h,获得最终单斜晶RE3BO6球形颗粒。
2.根据权利要求1所述的单斜晶RE3BO6球形颗粒的制备方法,其特征在于,步骤2,混合溶液B中稀土离子的摩尔浓度为0.004~0.008mol/L。
3.根据权利要求1所述的单斜晶RE3BO6球形颗粒的制备方法,其特征在于,步骤2,混合溶液B中乙二醇的体积分数为浓度为4%~6%。
4.根据权利要求1所述的单斜晶RE3BO6球形颗粒的制备方法,其特征在于,步骤2,混合溶液B中pH为4~5。
5.根据权利要求1所述的单斜晶RE3BO6球形颗粒的制备方法,其特征在于,步骤3中的水浴温度为90~95℃。
6.根据权利要求1所述的单斜晶RE3BO6球形颗粒的制备方法,其特征在于,步骤4中的煅烧温度为900~1000℃。
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