專利名稱：一種制備閃爍硅酸鉍粉體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及閃爍晶體材料的制備，公開了一種制備閃爍硅酸鉍粉體的方法。
背景技術(shù)：
Bi4Si3O12晶體主要具有閃爍功能，它在可見光和近紅外區(qū)域是透明的，其響應(yīng)速度比目前廣泛應(yīng)用的閃爍體Bi4Ge3O12快3倍，在66^eV(37Cs)處的半寬度(FWHM)能量分辨率是Bi4Ge3O12的32%，在發(fā)射峰460nm處抗60Co γ射線輻射的性能大于105rad，輻射硬度比Bi4Ge3O12高一個(gè)數(shù)量級(jí)。高度的機(jī)械和化學(xué)穩(wěn)定性、優(yōu)良的發(fā)光特性以及低成本優(yōu)勢(shì)使得Bi4Si3O12晶體成為有發(fā)展前途的閃爍體之一。在某些方面可以代替Bi4Ge3O12，例如高能正負(fù)電子存儲(chǔ)循環(huán)探測(cè)器中的量能器。另外，Bi4Si3O12晶體還具有電光、熱致發(fā)光等性能。盡管人們認(rèn)識(shí)閃鉍礦(Bi4Si3O12)已經(jīng)有180多年了，但是直到1971年 Philipsborn等才利用提拉法生長(zhǎng)出Bi4Si3O12單晶。由于該方法的許多優(yōu)點(diǎn)，提拉法一直是國(guó)內(nèi)外生長(zhǎng)BSO單晶的主要方法。另一種較常用的是坩堝下降法，通過延長(zhǎng)鉬坩堝熔煉時(shí)間和適當(dāng)降低晶體生長(zhǎng)爐溫，明顯降低了鉬包裹體等缺陷，最終獲得了優(yōu)良單晶。1998年 L. Armelao等用溶膠-凝膠法制備了 Bi4Si3O12薄膜。Jin-Seong Kim等于2008年用固相燒結(jié)法合成了 Bi4Si3O12陶瓷。傳統(tǒng)的固相反應(yīng)燒結(jié)法可以以氧化鉍和氧化硅粉末為原料混合，通過固相反應(yīng)而制得硅酸鉍粉體。這一方法的缺點(diǎn)是兩種原料的混合難以達(dá)到完全均一，而且在高溫下晶粒生長(zhǎng)、團(tuán)聚，難以獲得理想大小粉體顆粒。田清泉、張爭(zhēng)光等用固相法制備了 Bi4Si3O12粉體，研究發(fā)現(xiàn)，Bi4Si3O12微晶總是成對(duì)分布，并且排列成行，形成高有序的晶列結(jié)構(gòu)。王燕等采用固相法合成了 Bi2SiO5粉體，研究表明在固相反應(yīng)過程中生成的亞穩(wěn)相Bi2SiO5隨著反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)衍射峰減弱，在固相反應(yīng)溫度由700°C升高至900°C過程中，Bi2SiO5逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)?Bi4Si3O12^巴學(xué)巍，柏朝暉等以正硅酸乙酯和Bi2O3為原料，采用溶膠-凝膠法制備了基本形狀為球形、粒徑40-100nm的硅酸鉍(Bi4Si3O12)納米粉體，并研究了粉體的激發(fā)光譜與發(fā)射光譜。Bi4Si3O12納米粉體的激發(fā)主要發(fā)生在250 275nm之間，其最大激發(fā)波長(zhǎng)為261nm。 樣品的發(fā)射光譜是一個(gè)寬帶譜，最大發(fā)射波長(zhǎng)位于468nm。與晶體相比較，BSO納米粉體的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜發(fā)生了藍(lán)移。推測(cè)原因是納米材料結(jié)構(gòu)顆粒組元尺寸很小，表面張力很大，顆粒內(nèi)部發(fā)生畸變使鍵長(zhǎng)變短，使納米材料平均鍵長(zhǎng)變短，結(jié)果鍵振動(dòng)頻率升高，引起藍(lán)移。朱常任等人以正硅酸乙酯和五水硝酸鉍為原料，采用化學(xué)溶液分解法制備 Bi4Si3O12粉體。用X射線衍射儀和掃描電子顯微鏡分析了粉體的相結(jié)構(gòu)和形貌，研究了正硅酸乙酯的用量對(duì)粉體相組成的影響。結(jié)果表明，前驅(qū)物粉體在650°C下煅燒1小時(shí)，得到了單一的Bi4Si3O12的粉體；顆粒大小為3 5 μ m，由若干個(gè)大小為300 500nm的晶粒組成為多孔的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；當(dāng)鉍硅比(摩爾比)的用量為1 2時(shí)，可以制備出相組成完全為Bi4Si3O12的粉體。該方法制備前軀體時(shí)耗時(shí)，用來調(diào)節(jié)溶液粘度的乙二醇甲醚有毒，且原料配比不是生成Bi4Si3O12晶相的配比，不利于大生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種制備閃爍硅酸鉍粉體的方法，可以簡(jiǎn)單快速制備出Bi4Si3O12,且產(chǎn)物純度高，便于大規(guī)模生產(chǎn)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種制備閃爍硅酸鉍粉體的方法，包括以下步驟第一步，以無水乙醇為球磨介質(zhì)，將Bi2O3和SiO2按摩爾比1 1. 5 1 2球磨 5小時(shí)，作為反應(yīng)原料；第二步，以無水乙醇為球磨介質(zhì)，將NaCl和Na2SO4按摩爾比0.3 0. 7 0.9 0. 1球磨5小時(shí)，得到NaCl-Na2SO4復(fù)合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SiO2的混合料與NaCl-Na2SO4復(fù)合鹽以質(zhì)量比1 4 4 1在研缽中手磨30min ；第四步，將配合料放入氧化鋁坩堝中，然后將坩堝放入馬弗爐中，750°C 850°C條件下保溫0. 5 3小時(shí)，取出，冷卻至室溫；第五步，將冷卻的試樣在超聲波中用去離子水清洗后烘干，即得Bi4Si3O12粉體。其中，所述第五步中的清洗可反復(fù)進(jìn)行一次以上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是(1)方法簡(jiǎn)便，易于操作，反應(yīng)條件溫和；(2)生產(chǎn)成本低，制備周期短約13 25h ；(3)產(chǎn)物純度高，可達(dá)80% 100%。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例一一種制備閃爍硅酸鉍粉體的方法，包括以下步驟第一步，以無水乙醇為球磨介質(zhì)，將Bi2O3和SiO2按摩爾比2 3球磨5小時(shí)，作為反應(yīng)原料；第二步，以無水乙醇為球磨介質(zhì)，將NaCl和Na2SO4按摩爾比0.533 0. 467球磨 5小時(shí)，得到NaCl-Na2SO4復(fù)合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SiO2的混合料與NaCl-Na2SO4復(fù)合鹽以質(zhì)量比3 2在研缽中手磨30min ；第四步，將配合料放入氧化鋁坩堝中，然后將坩堝放入馬弗爐中，750°C條件下保溫3小時(shí)，取出，冷卻至室溫；第五步，將冷卻的試樣在超聲波中用去離子水清洗后烘干，即得Bi4Si3O12粉體。實(shí)施例二一種制備閃爍硅酸鉍粉體的方法，包括以下步驟第一步，以無水乙醇為球磨介質(zhì)，將Bi2O3和SiO2按摩爾比2 3球磨5小時(shí)，作為反應(yīng)原料；第二步，以無水乙醇為球磨介質(zhì)，將NaCl和Na2SO4按摩爾比0.533 0. 467球磨 5小時(shí)，得到NaCl-Na2SO4復(fù)合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SiO2的混合料與NaCl-Na2SO4復(fù)合鹽以質(zhì)量比3 2在研缽中手磨30min ；第四步，將配合料放入氧化鋁坩堝中，然后將坩堝放入馬弗爐中，800°C條件下保溫1小時(shí)，取出，冷卻至室溫；第五步，將冷卻的試樣在超聲波中用去離子水清洗后烘干，即得Bi4Si3O12粉體。實(shí)施例三一種制備閃爍硅酸鉍粉體的方法，包括以下步驟第一步，以無水乙醇為球磨介質(zhì)，將Bi2O3和SiO2按摩爾比2 3球磨5小時(shí)，作為反應(yīng)原料；第二步，以無水乙醇為球磨介質(zhì)，將NaCl和Na2SO4按摩爾比0.533 0. 467球磨 5小時(shí)，得到NaCl-Na2SO4復(fù)合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SiO2的混合料與NaCl-Na2SO4復(fù)合鹽以質(zhì)量比4 1在研缽中手磨30min ；第四步，將配合料放入氧化鋁坩堝中，然后將坩堝放入馬弗爐中，820°C條件下保溫3小時(shí)，取出，冷卻至室溫；第五步，將冷卻的試樣在超聲波中用去離子水清洗后烘干，即得Bi4Si3O12粉體。實(shí)施例四一種制備閃爍硅酸鉍粉體的方法，包括以下步驟第一步，以無水乙醇為球磨介質(zhì)，將Bi2O3和SW2按摩爾比1 2球磨5小時(shí)，作為反應(yīng)原料；第二步，以無水乙醇為球磨介質(zhì)，將NaCl和Na2SO4按摩爾比3 2球磨5小時(shí)，得到NaCl-Na2SO4復(fù)合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SiO2的混合料與NaCl-Na2SO4復(fù)合鹽以質(zhì)量比1 4在研缽中手磨30min ；第四步，將配合料放入氧化鋁坩堝中，然后將坩堝放入馬弗爐中，850°C條件下保溫0.5小時(shí)，取出，冷卻至室溫；第五步，將冷卻的試樣在超聲波中用去離子水清洗后烘干，即得Bi4Si3O12粉體。實(shí)施例六一種制備閃爍硅酸鉍粉體的方法，包括以下步驟第一步，以無水乙醇為球磨介質(zhì)，將Bi2O3和SiO2按摩爾比1 1球磨5小時(shí)，作為反應(yīng)原料；第二步，以無水乙醇為球磨介質(zhì)，將NaCl和Na2SO4按摩爾比1 1球磨5小時(shí)，得到NaCl-Na2SO4復(fù)合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SiO2的混合料與NaCl-Na2SO4復(fù)合鹽以質(zhì)量比1 1在研缽中手磨30min ；第四步，將配合料放入氧化鋁坩堝中，然后將坩堝放入馬弗爐中，800°C條件下保溫1小時(shí)，取出，冷卻至室溫；第五步，將冷卻的試樣在超聲波中用去離子水清洗后烘干，即得Bi4Si3O12粉體。實(shí)施例七一種制備閃爍硅酸鉍粉體的方法，包括以下步驟第一步，以無水乙醇為球磨介質(zhì)，將Bi2O3和SW2按摩爾比1 1球磨5小時(shí)，作為反應(yīng)原料；第二步，以無水乙醇為球磨介質(zhì)，將NaCl和Na2SO4按摩爾比1 1球磨5小時(shí)，得到NaCl-Na2SO4復(fù)合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SiO2的混合料與NaCl-Na2SO4復(fù)合鹽以質(zhì)量比3 7在研缽中手磨30min ；第四步，將配合料放入氧化鋁坩堝中，然后將坩堝放入馬弗爐中，800°C條件下保溫1小時(shí)，取出，冷卻至室溫；第五步，將冷卻的試樣在超聲波中用去離子水清洗后烘干，即得Bi4Si3O12粉體。實(shí)施例八一種制備閃爍硅酸鉍粉體的方法，包括以下步驟第一步，以無水乙醇為球磨介質(zhì)，將Bi2O3和SW2按摩爾比1 1球磨5小時(shí)，作為反應(yīng)原料；第二步，以無水乙醇為球磨介質(zhì)，將NaCl和Na2SO4按摩爾比3 2球磨5小時(shí)，得到NaCl-Na2SO4復(fù)合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SiO2的混合料與NaCl-Na2SO4復(fù)合鹽以質(zhì)量比9 1在研缽中手磨30min ；第四步，將配合料放入氧化鋁坩堝中，然后將坩堝放入馬弗爐中，800°C條件下保溫1小時(shí)，取出，冷卻至室溫；第五步，將冷卻的試樣在超聲波中用去離子水清洗后烘干，即得Bi4Si3O12粉體。以上各個(gè)實(shí)施例中，第五步中的清洗可進(jìn)行多次，效果更佳。對(duì)以上各實(shí)施例制備的Bi4Si3O12粉體進(jìn)行試驗(yàn)分析，其純度可達(dá)80% 100%。
權(quán)利要求
1.一種制備閃爍硅酸鉍粉體的方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，以無水乙醇為球磨介質(zhì)，將Bi2O3和SiO2按摩爾比1 1.5 1 2球磨5小時(shí)，作為反應(yīng)原料；第二步，以無水乙醇為球磨介質(zhì)，將NaCl和Na2SO4按摩爾比0.3 0. 7 0. 9 0.1 球磨5小時(shí)，得到NaCl-Na2SO4復(fù)合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SiO2的混合料與NaCl-Na2SO4復(fù)合鹽以質(zhì)量比1 4 4 1 在研缽中手磨30min ；第四步，將配合料放入氧化鋁坩堝中，然后將坩堝放入馬弗爐中，750°C 850°C條件下保溫0. 5 3小時(shí)，取出，冷卻至室溫；第五步，將冷卻的試樣在超聲波中用去離子水清洗后烘干，即得Bi4Si3O12粉體。
2.一種制備閃爍硅酸鉍粉體的方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，以無水乙醇為球磨介質(zhì)，將Bi2O3和SiO2按摩爾比2 3球磨5小時(shí)，作為反應(yīng)原料；第二步，以無水乙醇為球磨介質(zhì)，將NaCl和Na2SO4按摩爾比0.533 0. 467球磨5小時(shí)，得到NaCl-Na2SO4復(fù)合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SW2的混合料與NaCl-Na2SO4復(fù)合鹽以質(zhì)量比3 2在研缽中手磨30min ；第四步，將配合料放入氧化鋁坩堝中，然后將坩堝放入馬弗爐中，750°C條件下保溫3 小時(shí)，取出，冷卻至室溫；第五步，將冷卻的試樣在超聲波中用去離子水清洗后烘干，即得Bi4Si3O12粉體。
3.一種制備閃爍硅酸鉍粉體的方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，以無水乙醇為球磨介質(zhì)，將Bi2O3和SiO2按摩爾比2 3球磨5小時(shí)，作為反應(yīng)原料；第二步，以無水乙醇為球磨介質(zhì)，將NaCl和Na2SO4按摩爾比0.533 0. 467球磨5小時(shí)，得到NaCl-Na2SO4復(fù)合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SW2的混合料與NaCl-Na2SO4復(fù)合鹽以質(zhì)量比3 2在研缽中手磨30min ；第四步，將配合料放入氧化鋁坩堝中，然后將坩堝放入馬弗爐中，800°C條件下保溫1 小時(shí)，取出，冷卻至室溫；第五步，將冷卻的試樣在超聲波中用去離子水清洗后烘干，即得Bi4Si3O12粉體。
4.一種制備閃爍硅酸鉍粉體的方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，以無水乙醇為球磨介質(zhì)，將Bi2O3和SiO2按摩爾比2 3球磨5小時(shí)，作為反應(yīng)原料；第二步，以無水乙醇為球磨介質(zhì)，將NaCl和Na2SO4按摩爾比0.533 0. 467球磨5小時(shí)，得到NaCl-Na2SO4復(fù)合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SW2的混合料與NaCl-Na2SO4復(fù)合鹽以質(zhì)量比4 1在研缽中手磨30min ；第四步，將配合料放入氧化鋁坩堝中，然后將坩堝放入馬弗爐中，820°C條件下保溫3 小時(shí)，取出，冷卻至室溫；第五步，將冷卻的試樣在超聲波中用去離子水清洗后烘干，即得Bi4Si3O12粉體。
5.一種制備閃爍硅酸鉍粉體的方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，以無水乙醇為球磨介質(zhì)，將Bi2O3和SiO2按摩爾比1 2球磨5小時(shí)，作為反應(yīng)原料；第二步，以無水乙醇為球磨介質(zhì)，將NaCl和Na2SO4按摩爾比3 2球磨5小時(shí)，得到 NaCl-Na2SO4 復(fù)合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SW2的混合料與NaCl-Na2SO4復(fù)合鹽以質(zhì)量比1 4在研缽中手磨30min ；第四步，將配合料放入氧化鋁坩堝中，然后將坩堝放入馬弗爐中，850°C條件下保溫0.5 小時(shí)，取出，冷卻至室溫；第五步，將冷卻的試樣在超聲波中用去離子水清洗后烘干，即得Bi4Si3O12粉體。
6.一種制備閃爍硅酸鉍粉體的方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，以無水乙醇為球磨介質(zhì)，將Bi2O3和SiO2按摩爾比1 1球磨5小時(shí)，作為反應(yīng)原料；第二步，以無水乙醇為球磨介質(zhì)，將NaCl和Na2SO4按摩爾比1 1球磨5小時(shí)，得到 NaCl-Na2SO4 復(fù)合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SW2的混合料與NaCl-Na2SO4復(fù)合鹽以質(zhì)量比1 1在研缽中手磨30min ；第四步，將配合料放入氧化鋁坩堝中，然后將坩堝放入馬弗爐中，800°C條件下保溫1 小時(shí)，取出，冷卻至室溫；第五步，將冷卻的試樣在超聲波中用去離子水清洗后烘干，即得Bi4Si3O12粉體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一權(quán)利要求所述的制備閃爍硅酸鉍粉體的方法，其特征在于， 所述第五步中進(jìn)行一次以上的清洗。
全文摘要
本發(fā)明涉及閃爍晶體材料的制備，公開了一種制備閃爍硅酸鉍粉體的方法，首先，以無水乙醇為球磨介質(zhì)，將Bi2O3和SiO2按摩爾比1∶1.5～1∶2球磨，作為反應(yīng)原料，以無水乙醇為球磨介質(zhì)，將NaCl和Na2SO4按摩爾比0.3∶0.7～0.9∶0.1球磨；然后，將烘干的Bi2O3和SiO2的混合料與NaCl-Na2SO4復(fù)合鹽以質(zhì)量比1∶4～4∶1在研缽中手磨，再將配合料放入氧化鋁坩堝中，然后將坩堝放入馬弗爐中，750℃～850℃條件下保溫0.5～3小時(shí)，取出，冷卻；最后，將冷卻的試樣在超聲波中用去離子水清洗后烘干，即得Bi4Si3O12粉體，本發(fā)明可以簡(jiǎn)單快速制備出Bi4Si3O12，且產(chǎn)物純度高，便于大規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C01B33/20GK102275945SQ201110187088
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月6日
發(fā)明者江紅濤, 王秀峰, 許亞琴, 魯俊雀 申請(qǐng)人:陜西科技大學(xué)