專利名稱：制備單斜鎢酸鉛納米帶晶體材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米帶晶體材料的制備方法，具體的說，涉及一種準(zhǔn)一維單斜鎢酸鉛 納米帶晶體材料的制備方法。
背景技術(shù)：
近年來，對高分辨率電磁量能器要求的日益增加，此外，當(dāng)今許多高精度科學(xué)儀 器，如醫(yī)用CT掃描儀、核工業(yè)地質(zhì)勘探及考古領(lǐng)域中所用設(shè)備的核心探測元件也需要大量 使用高質(zhì)量的閃爍晶體材料，這使得探索新一代閃爍材料(鎢酸鹽晶體)的工作變得十分 活躍。PbWO4晶體由于其獨(dú)特的發(fā)光特性和其它性質(zhì)，已在大型強(qiáng)子對撞機(jī)(LHC)高分辨電 磁量能器上使用，且可應(yīng)用于正電子發(fā)射斷層掃描(PET)等醫(yī)學(xué)成像方面。至今，理想的鎢 酸鉛晶體已發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)有三種四方白鎢礦晶體、單斜黑鎢礦晶體以及高壓下鎢酸鉛晶體。 其中，第一種和第三種結(jié)構(gòu)的鎢酸鉛晶體已被多種方法合成，而單斜型鎢酸鉛晶體的合成 仍然具有很大的挑戰(zhàn)性，已知的合成方法中僅有極少數(shù)研究人員通過添加表面活性劑(有 機(jī)物)，合成了尺寸(長度)在1微米以下的單斜鎢酸鉛，至于長度達(dá)幾百微米甚至1毫米 左右的準(zhǔn)一維單斜鎢酸鉛晶體還沒有合成報(bào)道。因此，研究和探索一種新型的操作簡單、成本低廉、易于推廣的有效合成鎢酸鉛納 米帶的方法十分必要。

發(fā)明內(nèi)容
為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種利用復(fù)合硝酸鹽為溶劑合成單 斜鎢酸鉛納米帶的方法。一種制備單斜鎢酸鉛納米帶晶體材料的方法，按如下步驟合成步驟1、配制反應(yīng)溶劑，將重量百分比為10% 90%的固態(tài)硝酸鋰與重量百分比 為10% 90%的固態(tài)硝酸鉀均勻混合；該反應(yīng)溶劑的特征為在常溫下為固態(tài)，但是加熱到 100 300°C下變?yōu)槿廴趹B(tài)，由于該反應(yīng)溶劑為強(qiáng)極性溶液，很多采用水溶液或有機(jī)溶劑在 低溫高壓下才能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，在該溶劑中只需在低溫常壓狀態(tài)下就可以發(fā)生。步驟2、配制反應(yīng)原料，將重量百分比為10% 90%的含任意一種或兩種鉛的可 溶性金屬鹽粉末，和重量百分比為10% 90%的鎢酸鈉混合得到反應(yīng)原料；鉛可溶鹽可以 是氯化鹽、硝酸鹽、碳酸鹽、醋酸鹽之一。步驟3、配制堿性溶液，通過將氨水或氫氧化鈉、氫氧化鉀等溶于適量水或其他溶 劑中，控制pH值在7 11之間；水或其他溶劑可控制在容器容積的 95% ；步驟4、加熱反應(yīng)，以加入反應(yīng)容器的反應(yīng)原料和反應(yīng)溶劑為總重量，配取重量百 分比為0.5% 50%的反應(yīng)原料和重量百分比為50% 99. 5%的反應(yīng)溶劑，一起置入反應(yīng) 容器中，同時加入步驟3配好的堿性溶液，加蓋封閉，然后將反應(yīng)容器放入已經(jīng)加熱到90 300°C的加熱設(shè)備中，并在該溫度下恒溫加熱1 100小時；步驟5、冷卻，將恒溫反應(yīng)后的反應(yīng)容器冷卻至室溫；
步驟6、洗滌，先將反應(yīng)產(chǎn)物用冷或熱去離子水先溶解，再用離心機(jī)在轉(zhuǎn)速為 1000 20000轉(zhuǎn)/分的速度下離心，或用抽濾設(shè)備進(jìn)行過濾，然后將離心或過濾的產(chǎn)物重新 在冷或熱去離子水或乙醇中分散，然后重復(fù)脫水和清洗3 5次，直至反應(yīng)產(chǎn)物的pH值為 中性。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備鎢酸鉛納米帶晶體材料的方法，其特征在于所述 步驟4中的反應(yīng)容器為對混合鹽溶劑具有惰性的有機(jī)聚合物制備容器或貴金屬容器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備鎢酸鉛納米帶晶體材料的方法，其特征在于所述 步驟4中的加熱設(shè)備為馬弗爐或電阻爐或烘箱。有益效果1、成本低。復(fù)合硝酸鹽溶劑法合成鎢酸鉛納米帶晶體材料只需在常壓下進(jìn)行化學(xué) 合成，合成溫度在100 300°C，不需要高壓或高溫反應(yīng)體系；而且所用的原料為廉價的無 機(jī)金屬鹽和鎢酸鈉或氧化鎢，因?yàn)闉橐徊胶铣桑丛虾头磻?yīng)溶劑一次加入反應(yīng)器后置入 恒溫爐內(nèi)加溫反應(yīng)，操作程序簡單，合成過程中可控參數(shù)較少，合成成本低。2、反應(yīng)過程中的各種參數(shù)(溫度、壓力等)易于監(jiān)測和控制，這使我們能夠更容易 研究反應(yīng)機(jī)理，找出最關(guān)鍵的影響因素，為我們有效控制晶粒尺寸提供了工藝基礎(chǔ)。3、環(huán)境污染少。與其他合成方法相比，本發(fā)明合成過程中因?yàn)闆]有引入表面活性 劑或模板劑，可以基本上消除污染，有利于環(huán)境保護(hù)。4、產(chǎn)物潔凈。本發(fā)明合成過程中因?yàn)闆]有引入表面活性劑或模板劑，納米晶體材 料的表面潔凈，適合對其進(jìn)行本征性能的研究和最大限度發(fā)揮納米晶體材料的功能，同時 也容易進(jìn)行表面改性。


圖1是本發(fā)明方法制備的鎢酸鉛納米晶的X-射線衍射圖；圖2、3是本發(fā)明方法制備的鎢酸鉛納米晶的掃描電鏡圖；圖4是本發(fā)明方法制備的鎢酸鉛納米晶的透射電鏡圖；圖5是本發(fā)明方法制備的鎢酸鉛納米晶的高分辨透射電鏡圖；圖6是本發(fā)明方法制備的鎢酸鉛納米晶的選區(qū)電子衍射圖；圖7是本發(fā)明方法制備的鎢酸鉛納米晶在不同溫度下的光致發(fā)光譜；圖8是本發(fā)明方法制備的鎢酸鉛納米晶搭建的單根納米帶裝置掃描圖；圖9是本發(fā)明方法制備的鎢酸鉛納米晶搭建的單根鎢酸鉛納米帶的光傳感器示 意圖；圖10是本發(fā)明方法制備的鎢酸鉛納米晶在無光照以及一個標(biāo)準(zhǔn)模擬太陽光下的 I-V曲線；圖11是本發(fā)明方法制備的鎢酸鉛納米晶對白光的電流響應(yīng)曲線。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1單斜鎢酸鉛納米帶晶體材料的具體合成方法合成鎢酸鉛納米帶晶體材料的原料是LiN03、KNO3、硝酸鉛(Pb (NO3)2)、鎢酸鈉(Na2WO4)、氨水(NH3 · H2O)，發(fā)生的反應(yīng)如下(a) Pb (NO3) 2+2NH3 · H2O — Pb (OH) 2 I +2NH4N03,
(b) Pb(OH)2+ Na2WO4 <-> PbWO4I + 2NaOH.具體操作步驟如下步驟1、按重量百分比LiN03 = 10%和KN03 = 90%稱量混合作為反應(yīng)溶劑。步驟2、按硝酸鉛(Pb(N03)2)重量百分比=10%、鎢酸鈉(Na2W04 -2H20)的重量 百分比=90%稱量作為反應(yīng)物。步驟3、配制堿性溶液，通過將氨水溶于適量水中。步驟4、加熱反應(yīng)，以加入反應(yīng)容器的反應(yīng)原料和反應(yīng)溶劑為總重量，配取重量百 分比為0. 5%的反應(yīng)原料和重量百分比為99. 5%的反應(yīng)溶劑，一起置入反應(yīng)容器中，同時 加入步驟3配好的堿性溶液，加蓋封閉，然后將反應(yīng)容器放入已經(jīng)加熱到90°C的加熱設(shè)備 中，并在該溫度下恒溫加熱100小時。步驟5、將反應(yīng)容器從馬弗爐中取出，自然冷卻至室溫。步驟6、將反應(yīng)產(chǎn)物用去離子水進(jìn)行溶解；用離心機(jī)分離、清洗，即得納米鎢酸鉛 晶體。重復(fù)上述步驟5次，直至反應(yīng)產(chǎn)物pH值為中性。實(shí)施例2單斜鎢酸鉛納米帶晶體材料的具體合成方法合成鎢酸鉛納米帶晶體材料的原料是LiN03、ΚΝ03、氯化鉛(PbCl2)、鎢酸鈉 (Na2WO4)、氨水(NH3 · H2O)，發(fā)生的反應(yīng)如下(c)PbCl2+NH3 · H2O — Pb(OH)2 J, +NH4Cl,
(d) Pb(OH)2+ Na2WO4 O PbWO4I + 2NaOH.具體操作步驟如下步驟1、按重量百分比LiNO3 = 42%和KNO3 = 58%稱量混合作為反應(yīng)溶劑。步驟2、按硝酸鉛(PbCl2)重量百分比=51%、鎢酸鈉(Na2WO4 · 2H20)的重量百分 比=49%稱量作為反應(yīng)物。步驟3、配制堿性溶液，通過將氨水溶于適量水中。步驟4、加熱反應(yīng)，以加入反應(yīng)容器的反應(yīng)原料和反應(yīng)溶劑為總重量，配取重量百 分比為0.5% 50%的反應(yīng)原料和重量百分比為50% 99. 5%的反應(yīng)溶劑，一起置入反應(yīng) 容器中，同時加入步驟3配好的堿性溶液，加蓋封閉，然后將反應(yīng)容器放入已經(jīng)加熱到90 300°C的加熱設(shè)備中，并在該溫度下恒溫加熱1 100小時。步驟5、將反應(yīng)容器從馬弗爐中取出，自然冷卻至室溫。步驟6、將反應(yīng)產(chǎn)物用去離子水進(jìn)行溶解；用離心機(jī)分離、清洗，即得納米鎢酸鉛 晶體。重復(fù)上述步驟5 10次，直至反應(yīng)產(chǎn)物pH值為中性。實(shí)施例3單斜鎢酸鉛納米帶晶體材料的具體合成方法合成鎢酸鉛納米帶晶體材料的原料是 、KNO3、醋酸鉛((CH3COO)2Pb)、鎢酸鈉 (Na2WO4),發(fā)生的反應(yīng)如下
(e) (CH3COO)2Pb +2H20 Pb(OH)2I + 2CH3COOH,
(f) Pb(OH)2+ Na2WO4 e Pb WO』+ 2NaOH.具體操作步驟如下步驟1、按重量百分比LiNO3 = 42%和KNO3 = 58%稱量混合作為反應(yīng)溶劑。步驟2、按硝酸鉛(PbCl2)重量百分比=51%、鎢酸鈉(Na2WO4 · 2H20)的重量百分 比=49%稱量作為反應(yīng)物。步驟3、加熱反應(yīng)，以加入反應(yīng)容器的反應(yīng)原料和反應(yīng)溶劑為總重量，配取重量百 分比為0.5% 50%的反應(yīng)原料和重量百分比為50% 99. 5%的反應(yīng)溶劑，一起置入反應(yīng) 容器中，同時加入適量水，加蓋封閉，然后將反應(yīng)容器放入已經(jīng)加熱到90 300°C的加熱設(shè) 備中，并在該溫度下恒溫加熱1 100小時。步驟4、將反應(yīng)容器從馬弗爐中取出，自然冷卻至室溫。步驟5、將反應(yīng)產(chǎn)物用去離子水進(jìn)行溶解；用離心機(jī)分離、清洗，即得納米鎢酸鉛 晶體。重復(fù)上述步驟5 10次，直至反應(yīng)產(chǎn)物pH值為中性。實(shí)施例4單斜鎢酸鉛納米帶晶體材料的具體合成方法合成鎢酸鉛納米帶晶體材料的原料是LiN03、ΚΝ03、碳酸鉛(PbCO3)、鎢酸鈉 (Na2WO4)、氫氧化鈉(NaOH)，發(fā)生的反應(yīng)如下(g) PbC03+2Na0H — Pb (OH) 2 丨 +Na2CO3
(h) Pb(OH)2+ Na2WO4 G PbWO4山 + 2NaOH.具體操作步驟如下步驟1、按重量百分比LiNO3 = 90%和KNO3 = 10%稱量混合作為反應(yīng)溶劑。步驟2、按硝酸鉛(PbCl2)重量百分比=90%、鎢酸鈉(Na2WO4 · 2H20)的重量百分 比=10%稱量作為反應(yīng)物。步驟3、配制堿性溶液，通過將氫氧化鈉(NaOH)溶于適量水中。步驟4、加熱反應(yīng)，以加入反應(yīng)容器的反應(yīng)原料和反應(yīng)溶劑為總重量，配取重量百 分比為50%的反應(yīng)原料和重量百分比為50%的反應(yīng)溶劑，一起置入反應(yīng)容器中，同時加入 步驟3配好的堿性溶液，加蓋封閉，然后將反應(yīng)容器放入已經(jīng)加熱到300°C的加熱設(shè)備中， 并在該溫度下恒溫加熱1小時。步驟5、將反應(yīng)容器從馬弗爐中取出，自然冷卻至室溫。步驟6、將反應(yīng)產(chǎn)物用去離子水進(jìn)行溶解；用離心機(jī)分離、清洗，即得納米鎢酸鉛 晶體。重復(fù)上述步驟5次，直至反應(yīng)產(chǎn)物pH值為中性。將實(shí)施例1、2、3、4反應(yīng)產(chǎn)物用X-射線衍射(XRD)鑒定晶相，用掃描電鏡或透射電
鏡表征其形貌和尺寸。如圖1給出X-射線衍射(XRD)結(jié)果，它表明合成產(chǎn)物為單斜晶系結(jié)
構(gòu)的鎢酸鉛；掃描電子顯微鏡(圖2、3)、透射電鏡(圖4、圖5)觀察表明，實(shí)驗(yàn)制得的鎢酸
鉛晶體為寬為500-700納米、長為10微米至1毫米的帶狀結(jié)構(gòu)；選區(qū)電子衍射圖(圖6)表
明本發(fā)明方法制備的鎢酸鉛納米結(jié)構(gòu)為單晶結(jié)構(gòu)；圖7表明本發(fā)明方法制備的鎢酸鉛納米結(jié)構(gòu)在低溫下具有很好的發(fā)光特性；圖10表明本發(fā)明方法制備的鎢酸鉛納米結(jié)構(gòu)搭建的 單根納米帶裝置在無光照的情況下具有肖特基二極管特性；圖11表明本發(fā)明方法制備的 鎢酸鉛納米結(jié)構(gòu)對白光的響應(yīng)非常迅速，響應(yīng)時間小于0. 03s。
權(quán)利要求
一種制備單斜鎢酸鉛納米帶晶體材料的方法，按如下步驟合成步驟1、配制反應(yīng)溶劑，將重量百分比為10％～90％的固態(tài)硝酸鋰與重量百分比為10％～90％的固態(tài)硝酸鉀均勻混合；步驟2、配制反應(yīng)原料，將重量百分比為10％～90％的含任意一種或兩種鉛的可溶性金屬鹽粉末，和重量百分比為10％～90％的鎢酸鈉混合得到反應(yīng)原料；步驟3、配制堿性溶液，通過將氨水或氫氧化鈉、氫氧化鉀等溶于適量水中；步驟4、加熱反應(yīng)，以加入反應(yīng)容器的反應(yīng)原料和反應(yīng)溶劑為總重量，配取重量百分比為0.5％～50％的反應(yīng)原料和重量百分比為50％～99.5％的反應(yīng)溶劑，一起置入反應(yīng)容器中，同時加入步驟3配好的堿性溶液，加蓋封閉，然后將反應(yīng)容器放入已經(jīng)加熱到90～300℃的加熱設(shè)備中，并在該溫度下恒溫加熱1～100小時；步驟5、冷卻，將恒溫反應(yīng)后的反應(yīng)容器冷卻至室溫；步驟6、洗滌，先將反應(yīng)產(chǎn)物用冷或熱去離子水先溶解，再用離心機(jī)在轉(zhuǎn)速為1000～20000轉(zhuǎn)/分的速度下離心，或用抽濾設(shè)備進(jìn)行過濾，然后將離心或過濾的產(chǎn)物重新在冷或熱去離子水或乙醇中分散，然后重復(fù)脫水和清洗3～5次，直至反應(yīng)產(chǎn)物的pH值為中性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備鎢酸鉛納米帶晶體材料的方法，其特征在于所述步驟4 中的反應(yīng)容器為對混合鹽溶劑具有惰性的有機(jī)聚合物制備容器或貴金屬容器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備鎢酸鉛納米帶晶體材料的方法，其特征在于所述步驟4 中的加熱設(shè)備為馬弗爐或電阻爐或烘箱。全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備單斜鎢酸鉛納米帶晶體材料的方法，包括以下步驟，配制反應(yīng)溶劑、配制反應(yīng)原料、配制堿性溶液、加熱反應(yīng)、冷卻、洗滌。本發(fā)明反應(yīng)成本低、反應(yīng)過程中的各種參數(shù)(溫度、壓力等)易于監(jiān)測和控制、環(huán)境污染少、產(chǎn)物潔凈。
文檔編號C01G21/00GK101885511SQ201010100328
公開日2010年11月17日 申請日期2010年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月19日
發(fā)明者胡陳果, 鄭春華 申請人:重慶大學(xué)