專利名稱：一種溶膠凝膠法制備納米SrHfO₃:Ce³⁺發(fā)光粉體的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種制備發(fā)光材料的方法，特別是涉及一種SrHf03:Ce"納米發(fā)光粉體 的制備方法。
背景技術：
堿土鉿酸鹽[fflf03， M = (Ca、 Sr、 Ba)]屬于立方鈣鈦礦結構，該種材料具有密 度大、衰減快、光輸出高特點。通常摻雜Ce3+作為發(fā)光中心，利用Ce3+的5d-4f宇稱允 許躍遷，產生高強快速熒光。SrHf(VCe3+是制備閃爍陶瓷首選材料之一。其光產額約為 20000photon/Mev，衰減時間約為40ns，在醫(yī)學CT及探測領域有廣泛的應用前景。由于納 米材料所具有的獨特性質，比如高活性、高比表面等。研究表明隨著發(fā)光粉體顆粒尺寸的降 低，其發(fā)光性能會有很大的增強。因此，制備SrHf03:Ce"納米發(fā)光粉體有其必要性。
要提高閃爍陶瓷燒結體的性能，采用優(yōu)良的陶瓷粉體非常重要。燒結用陶瓷粉體 顆粒需具備粒度均勻、近球形等特點，超微粉體可以提高燒結活性，降低燒結溫度。
目前，制備納米粉體的方法有很多種，主要包括固相法、燃燒法、共沉淀法、溶 膠_凝膠法以及微乳液法等。燃燒法制備SrHf03:Ce3+納米粉體存在晶粒尺寸分布不均勻 的情況。共沉淀法由于各種離子完全沉淀的條件不同，很難控制同時沉淀，容易造成團聚現 象。工業(yè)上一般采用固相法或熱分解法制備氧化物陶瓷粉體，方法雖然簡單易行，但對于 多組分材料體系，容易造成組分分布不均勻，而且存在合成溫度較高等問題。固相法和熱 分解法制備SrHfO^C^+粉體的溫度一般需在130(TC以上。溶膠凝膠法可以使原料在分子 水平均勻混合并在較低的溫度合成，所得粉體分散性良好、近似球形、尺寸在30-100nm范 圍內。溶膠凝膠法簡單易行，成本低廉，對制備新型光學材料、功能復合材料等有廣泛的應 用前景。SrHf(VCe3+粉體制備的文獻報道主要集中在共沉淀法，關于報道溶膠凝膠法制備 SrHf 03: Ce3+粉體材料有關文獻較少。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種溶膠凝膠法制備納米SrHf03:Ce3+發(fā)光粉體的方法 采用檸檬酸為螯合劑，在加入少量乙二醇的情況下合成納米SrHf03:Ce3+發(fā)光粉體。
本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現的 —種溶膠凝膠法制備納米SrHf03:Ce3+發(fā)光粉體的方法，包括初始稀土溶液的配 置、成膠、干燥以及干凝膠的煅燒過程，將金屬(Hf、 Sr、 Ce)氧化物在濃硝酸中溶解配成溶 液，加入螯合劑檸檬酸，并加入乙二醇，在不斷攪拌的情況下用濃氨水調節(jié)體系PH值，然后 將上述溶液在水浴中加熱，使之形成透明溶膠和凝膠，凝膠經過干燥得到干凝膠，干凝膠經 研磨后低溫煅燒得到納米SrHf03:Ce3+粉體。 所述的一種溶膠凝膠法制備納米SrHf(VC^+發(fā)光粉體的方法，總的檸檬酸和金屬
離子的摩爾比在i : 1.5-3 : i間，檸檬酸和乙二醇的摩爾在為i : i-i : 3間。 所述的一種溶膠凝膠法制備納米SrHf(VC^+發(fā)光粉體的方法，溶液中金屬離子總的初始濃度范圍在0. lmol/L到1. 0mol/L范圍之內。 所述的一種溶膠凝膠法制備納米SrHf03:Ce3+發(fā)光粉體的方法，初始溶液的ffl值 控制在1-9。 所述的一種溶膠凝膠法制備納米SrHf03:Ce3+發(fā)光粉體的方法，成膠溫度控制在 70-90°C 所述的一種溶膠凝膠法制備納米SrHf03:Ce3+發(fā)光粉體的方法，干燥溫度控制在 120-140°C。 所述的一種溶膠凝膠法制備納米SrHf03: Ce3+發(fā)光粉體的方法，前驅體煅燒的溫度 范圍控制在400-1200。C之間。 所述的一種溶膠凝膠法制備納米SrHf03: Ce3+發(fā)光粉體的方法，SrHf03: Ce3+納米粉 體，具體配比關系為S^Hfy03，其中x : y的值在0.9-l. l范圍內變化。
本發(fā)明的優(yōu)點與效果 1.該方法工藝簡單，可以在較低的溫度下制備，所得SrHfO^C^+粉體粒徑小，分
布均勻，基本呈球狀。同時得到不同ra值及ce含量對粉體發(fā)光的影響，當溶膠ra = 5，成
膠溫度為5(TC，干燥溫度為IO(TC，煅燒溫度為90(TC，Ce摩爾％含量為1. 5%時，粉體發(fā)光
強度最佳，粒子晶型完整、形貌近球形、無團聚。本發(fā)明所采用的原料簡單易得、損失少、制
備周期短、操作簡便、工藝步驟少適合大批量生產，在實際應用中有廣闊的前景。 2.本發(fā)明通過控制原料的配比，調節(jié)初始溶液的濃度，不同添加成份的含量，調節(jié)
pH值，在不同溫度和保溫時間下煅燒來控制產品的晶型、形貌及尺寸。前驅體在較低煅燒
溫度(9000°C )下保溫2h得到了尺寸在30-100nm的SrHf03:Ce3+納米粉體，形貌近似為球
形，分散性較好。


圖1為本發(fā)明樣品的XRD衍射圖譜； 圖2為本發(fā)明中初始濃度為1. Omol/L，經90(TC煅燒2h后得到的粉體SEM圖；
圖3為本發(fā)明中不同Ce含量時粉體發(fā)光性能的比較。 所示附圖為結果分析示意(照片)圖，圖中個別文字或圖面不清晰并不影響對本 發(fā)明的理解。
具體實施例方式
下面參照附圖對本發(fā)明進行詳細說明。
本發(fā)明的制備過程 實驗原料為高純Sr (N03) 2 (99. 9 % ) 、 Hf 0C12 8H20 (99. 99 % )、 Ce(N03)3 6H20(99. 9 % )，乙二醇(EG) (C2H602)，檸檬酸(CA) (C6H80 H20)，按精確化學配 比[檸檬酸和總的金屬離子的摩爾比在l : 1.5-2 : l范圍，檸檬酸和乙二醇的摩爾在為
i:i-i: 3范圍]稱取上述原料。先將Hfoc^ 81120溶于過量氨水中，充分反應得到白 色乳膠狀沉淀，將沉淀過濾并用去離子水清洗多次，除去雜質離子cr等，然后充分溶于過
量HN03，以得到HfO (N03) 2溶液。將Sr (N03) 2和Ce (N03) 3置于溶液中配置成混合溶液，并與 HfO(NO^溶液混合。再將稱量好的檸檬酸加入并不斷攪拌，待全部溶解后加入乙二醇，并用氨水調節(jié)PH[l-9]，最后用去離子水調節(jié)總量即得到溶膠。溶膠在50-9(TC水浴蒸發(fā)聚合成 濕凝膠，濕凝膠經過100-14(TC干燥得到干凝膠，干凝膠經研磨后于400-120(rC煅燒2h得 到納米SrHf03:Ce"粉體。其反應機理金屬離子在溶液中水解并與檸檬酸(CA)螯合得到 RE-CA螯合物，螯合物在一定溫度下反應聚合并不斷聚集成大分子物質，形成高分子網絡狀 結構。經低溫干燥去除游離水分子得到蓬松的干凝膠，干凝膠經高溫煅燒得到金屬氧化物 粉體。 結合具體實例對本發(fā)明進一步說明
實施例1 按照制備過程，按[Sr : Hf = 0.5 : 1，檸檬酸和總的金屬離子的摩爾比為2 : 1， 檸檬酸和乙二醇的摩爾比為1 : 2]稱取原料[HfOCl2 *8H20 = 0. 652克、Sr(N0》2 = 0. 326 克]，加入6ml濃硝酸溶解，得到透明的稀土溶液。加入適量蒸餾水配成2mol/L的稀土溶 液。向其中加入2. 676g的檸檬酸，攪拌使其溶解，加入2. 42ml的乙二醇，在不斷攪拌的情 況下用濃氨水調節(jié)體系PH值為5，在9(TC水浴中加熱蒸發(fā)9h使其成膠，最終獲得透明的凝 膠。將凝膠置于干燥箱中于14(TC干燥13h，得到棕色蓬松多孔的干凝膠。干凝膠經30(TC 低溫灼燒1. 5h再經IOO(TC煅燒2h得到樣品。采用日本理學(Rigaku)D/MAX-RB型X射線 衍射儀及HITACHI S-3400N型掃描電鏡對樣品進行分析，結果表明，粉體結構為典型的立方 相的金屬氧化物結構如圖l，形貌基本為球形，顆粒尺寸約30-70nm，如圖2所示。
實施例2 其他條件如實施例1，改變Ce含量，取在0. 5% _4%范圍內，所得粉體的發(fā)光性能 如圖3所示。當值為1.5%時，粉體發(fā)光性能最佳，超過該值后發(fā)生濃度猝滅現象，導致發(fā)光 強度降低。
權利要求
一種溶膠凝膠法制備納米SrHfO3:Ce3+發(fā)光粉體的方法，包括初始稀土溶液的配置、成膠、干燥以及干凝膠的煅燒過程，其特征在于，將金屬(Hf、Sr、Ce)氧化物在濃硝酸中溶解配成溶液，加入螯合劑檸檬酸，并加入乙二醇，在不斷攪拌的情況下用濃氨水調節(jié)體系pH值，然后將上述溶液在水浴中加熱，使之形成透明溶膠和凝膠，凝膠經過干燥得到干凝膠，干凝膠經研磨后低溫煅燒得到納米SrHfO3:Ce3+粉體。
2. 如權利要求l所述的一種溶膠凝膠法制備納米SrHf03:Ce"發(fā)光粉體的方法，其特征在于總的檸檬酸和金屬離子的摩爾比在l : 1.5-3 : 1間，檸檬酸和乙二醇的摩爾在為l:i-i:3間。
3. 如權利要求1所述的一種溶膠凝膠法制備納米SrHf03: Ce3+發(fā)光粉體的方法，其特征在于，溶液中金屬離子總的初始濃度范圍在O. lmol/L到1.0mol/L范圍之內。
4. 如權利要求1所述的一種溶膠凝膠法制備納米SrHf03: Ce3+發(fā)光粉體的方法，其特征在于，初始溶液的ra值控制在1-9。
5. 如權利要求1所述的一種溶膠凝膠法制備納米SrHf03: Ce3+發(fā)光粉體的方法，其特征在于，成膠溫度控制在70-90°C
6. 如權利要求1所述的一種溶膠凝膠法制備納米SrHf03: Ce3+發(fā)光粉體的方法，其特征在于，干燥溫度控制在120-140°C。
7. 如權利要求1所述的一種溶膠凝膠法制備納米SrHf03: Ce3+發(fā)光粉體的方法，其特征在于，前驅體煅燒的溫度范圍控制在400-120(TC之間。
8. —種如權利要求1所述的一種溶膠凝膠法制備納米SrHf03特征在于，SrHf03:Ce"納米粉體，具體配比關系為S^Hfy03，其中x圍內變化。:Ce3+發(fā)光粉體的方法，其y的值在0 9-1. 1范
全文摘要
一種溶膠凝膠法制備納米SrHfO3:Ce3+發(fā)光粉體的方法，涉及一種制備發(fā)光材料的方法，將金屬(Hf、Sr、Ce)氧化物在濃硝酸中溶解配成溶液，加入螯合劑檸檬酸，并加入乙二醇，在不斷攪拌的情況下用濃氨水調節(jié)體系pH值，然后將上述溶液在水浴中加熱，使之形成透明溶膠和凝膠，凝膠經過干燥得到干凝膠，干凝膠經研磨后低溫煅燒得到納米SrHfO3:Ce3+粉體。本發(fā)明提供了一種溶膠凝膠法制備納米SrHfO3:Ce3+發(fā)光粉體的方法，該方法工藝簡單，所采用的原料簡單易得損失少，制備周期短，所得SrHfO3:Ce3+粉體粒徑小，分布均勻，基本呈球狀，在實際應用中有廣闊的前景。
文檔編號C09K11/67GK101724395SQ200910220119
公開日2010年6月9日 申請日期2009年11月24日 優(yōu)先權日2009年11月24日
發(fā)明者尹凱, 張佳瑢, 沈世妃, 王華棟, 郭易芬, 馬偉民 申請人:沈陽化工學院