專利名稱：一種納米級摻雜四硼酸鋁釔顆粒的制備方法
技術領域：
本發明屬于精細化工領域，尤其是涉及納米級摻雜四硼酸鋁釔顆粒的制備方法。
背景技術：
四硼酸鋁釔(YAB)晶體是一種性能優良的非線性光學材料，其組成式為YxRe1-xAl3(BO3)4，Re為摻雜稀土離子。如摻入激活釹離子Nd3+，可實現自倍頻激光復合功能，其既有激光晶體的受激發射功能，又有非線性光學晶體的非線性光學轉換功能，可實現自激活、自倍頻、自鎖模等功能，適于制備微型激光器。近年來，隨著半導體激光泵浦和全固態激光器的突破，使得激光非線性光學晶體具用廣闊的應用前景。生長摻雜四硼酸鋁釔晶體需要高質量的晶體生長原料，即要求粉體純度高、摻雜均勻，工藝簡單。這樣有利于減少晶體中雜質，避免色心等缺陷出現，提高晶體的質量和成品率。YAB在制備激光非線性光學復合功能薄膜領域也具有潛在應用前景，如以YAB納米顆粒為原料，因其小尺寸效應，熔點將降低，有利于制備高質量的激光非線性復合功能薄膜和降低對薄膜基底材料的要求。因此制備摻雜YAB納米粉體，具有重要科學意義和潛在應用前景。
目前制備摻雜YAB主要是高溫固相反應法，其通過相應氧化物在高溫下煅燒得到摻雜YAB粉體，具有反應周期長，摻雜效果不好，易引入雜質，顆粒較大等缺點。沉淀法是一種大規模制備納米粉體的方法，其優點是工藝簡單，摻雜離子能在分子級均勻摻雜，反應條件溫和，易實現大規模生產。一般采用氨水、氫氧化鈉等無機堿作共沉淀劑，對于摻雜四硼酸鋁釔，其存在三種以上離子，因其溶度積不同，常規的沉淀劑很難同時把所有離子完全沉淀下來，易得到非YAB組成比的沉淀物，最后煅燒產物為不純的YAB產物。采用沉淀法制備YAB粉體未見文獻報道。
發明內容
本發明的目的是提供一種納米級摻雜四硼酸鋁釔顆粒的制備方法。
本發明采用沉淀法，以有機胺為沉淀劑，把釔，鋁，摻雜稀土陽離子和硼酸陰離子按YAB的組成比沉淀下，經熱處理制得摻雜YAB納米顆粒。
實現本發明目的的技術方案是釔、鋁和摻雜稀土離子選用其分析純硝酸鹽，硼離子選用分析純硼酸，控制濃度為5.0-0.05mol/L。采用有機胺溶液為沉淀劑，如二甲胺，二乙胺，三乙胺、三乙醇胺等，控制濃度為5.0-0.05mol/L，沉淀過程中應控制pH值為7-11并充分攪拌，保證所有離子都均勻沉淀完全，制得白色膠狀沉淀。
白色沉淀先用去離子水洗滌多次，再用有機溶劑洗滌多次，如無水乙醇，丙酮等。為了去除沉淀中殘留的水分和有機溶劑，在普通烘箱中100-120℃間干燥2-6小時。
為了把沉淀前驅體轉變成氧化物，處理后的白色沉淀物在950-1150℃范圍內煅燒2-6小時，制得白色粉體。如果煅燒溫度過低，生成YAB不完全，純度低，如果溫度過高，YAB晶粒生長，粒徑變大。
制備的摻釹YAB顆粒的透射電子顯微鏡形貌分析，表明制備的YAB顆粒的粒徑分布窄，平均粒徑為50納米，基本無團聚；其粉末X射線衍射分析表明，所有特征峰為YAB相，未出現其它雜峰；其EDS能譜分析表明，釔、鈮離子摩爾比Y∶Nd約為9∶1。本發明的優點是制備工藝簡單，設備要求低，原料為無機鹽，生產成本低，易實現大規模生產；YAB顆粒粒徑為納米級，粒徑分布窄，基本無團聚；摻雜稀土離子采用液液混合，摻雜效果好。
具體實施例方式
實例1把Y(NO3)3、Al(NO3)3和H3BO3分別溶于蒸餾水中，釔、鋁和硼離子的濃度分別為0.6mol/L、1.0mol/L和1.0mol/L，把這三種溶液按摩爾比為1∶3∶4混合，劇烈攪拌下，滴加適量的二乙胺溶液，得到白色膠狀沉淀，pH值為10左右。抽濾，蒸餾水洗2次，無水乙醇洗2次，在110℃干燥4小時，研磨過篩，然后放在高溫爐中1000℃煅燒4小時，獲得平均粒徑為80納米的YAB粉體。實例2把Y(NO3)3、Al(NO3)3和H3BO3分別溶于蒸餾水中，釔、鋁和硼離子的濃度分別為0.3mol/L、0.5mol/L和0.5mol/L，把這三種溶液按摩爾比為1∶3∶4混合，劇烈攪拌下，滴加適量的二甲胺溶液，得到白色膠狀沉淀，pH值為9左右。抽濾，蒸餾水洗2次，無水乙醇洗2次，在120℃干燥4小時，研磨過篩，然后放在高溫爐中1050℃煅燒4小時，獲得平均粒徑為50納米的YAB粉體。
實例3把Y(NO3)3、Nd(NO3)3、Al(NO3)3和H3BO3分別溶于蒸餾水中，釔、釹、鋁和硼離子的濃度分別為0.3mol/L、0.3mol/L、0.5mol/L和0.5mol/L，把這四種溶液按摩爾比為0.9∶0.1∶3∶4混合，劇烈攪拌下，滴加適量的二甲胺溶液，得到白色膠狀沉淀，pH值為9左右。抽濾，蒸餾水洗2次，無水乙醇洗2次，在120℃干燥4小時，研磨過篩，然后放在高溫爐中1000℃煅燒4小時，獲得平均粒徑為50納米的摻釹YAB粉體。
實例4把Y(NO3)3、Nd(NO3)3、Al(NO3)3和H3BO3分別溶于蒸餾水中，釔、釹、鋁和硼離子的濃度分別為0.6mol/L、0.6mol/L、1.0mol/L和1.0mol/L，把這四種溶液按摩爾比為0.9∶0.1∶3∶4混合，劇烈攪拌下，滴加適量的三乙醇胺溶液，得到白色膠狀沉淀，pH值為10左右。抽濾，蒸餾水洗2次，無水乙醇洗2次，在110℃干燥4小時，研磨過篩，然后放在高溫爐中1100℃煅燒4小時，獲得平均粒徑為70納米的摻釹YAB粉體。
實例5把Y(NO3)3、Nd(NO3)3、Al(NO3)3和H3BO3分別溶于蒸餾水中，釔、釹、鋁和硼離子的濃度分別為0.3mol/L、0.3mol/L、0.5mol/L和0.5mol/L，把這四種溶液按摩爾比為0.9∶0.1∶3∶4混合，劇烈攪拌下，滴加適量的三乙胺溶液，得到白色膠狀沉淀，pH值為9左右。抽濾，蒸餾水洗2次，無水乙醇洗2次，在110℃干燥4小時，研磨過篩，然后放在高溫爐中1000℃煅燒4小時，獲得平均粒徑為50納米的摻釹YAB粉體。
權利要求
1.一種納米級摻雜四硼酸鋁釔顆粒的制備方法，它包括沉淀、煅燒過程，其特征在于(1)釔、鋁、摻雜離子選用相應的硝酸鹽為原料，硼離子選用硼酸為原料，其濃度為5.0-0.05mol/L，各離子水溶液先混合，然后與沉淀劑作用生成沉淀前驅體；(2)沉淀劑采用有機胺溶液，濃度為5.0-0.05mol/L；(3)煅燒溫度為950-1150℃，時間為2-6小時。
2.如權利要求1的制備方法，其特征在于前述(2)中所述的有機胺溶液為二甲胺或二乙胺或三乙胺或三乙醇胺。
全文摘要
一種納米級摻雜四硼酸鋁釔顆粒的制備方法，屬于精細化工領域。本發明的主要特征是以釔，鋁，摻雜稀土離子和硼酸的水溶液為原料，以有機胺為沉淀劑，沉淀前驅體經過濾、干燥、煅燒，可獲得平均粒徑為50納米的摻雜四硼酸鋁釔顆粒。該方法突出特點是采用濕化學方法，以無機鹽為原料，獲得無團聚，粒徑分布窄的摻雜四硼酸鋁釔納米顆粒。該方法工藝簡單，生產成本低，易實現大規模生產。
文檔編號C04B35/622GK1796330SQ200410011668
公開日2006年7月5日 申請日期2004年12月28日 優先權日2004年12月28日
發明者周有福, 許顏清, 洪茂椿, 李定 申請人:中國科學院福建物質結構研究所