專利名稱：一種制備閃爍硅酸鉍粉體的方法
技術領域：
本發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：
Bi4Si3O12晶體主要具有閃爍功能，它在可見光和近紅外區域是透明的，其響應速度比目前廣泛應用的閃爍體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高一個數量級。高度的機械和化學穩定性、優良的發光特性以及低成本優勢使得Bi4Si3O12晶體成為有發展前途的閃爍體之一。在某些方面可以代替Bi4Ge3O12，例如高能正負電子存儲循環探測器中的量能器。另外，Bi4Si3O12晶體還具有電光、熱致發光等性能。盡管人們認識閃鉍礦(Bi4Si3O12)已經有180多年了，但是直到1971年 Philipsborn等才利用提拉法生長出Bi4Si3O12單晶。由于該方法的許多優點，提拉法一直是國內外生長BSO單晶的主要方法。另一種較常用的是坩堝下降法，通過延長鉬坩堝熔煉時間和適當降低晶體生長爐溫，明顯降低了鉬包裹體等缺陷，最終獲得了優良單晶。1998年 L. Armelao等用溶膠-凝膠法制備了 Bi4Si3O12薄膜。Jin-Seong Kim等于2008年用固相燒結法合成了 Bi4Si3O12陶瓷。傳統的固相反應燒結法可以以氧化鉍和氧化硅粉末為原料混合，通過固相反應而制得硅酸鉍粉體。這一方法的缺點是兩種原料的混合難以達到完全均一，而且在高溫下晶粒生長、團聚，難以獲得理想大小粉體顆粒。田清泉、張爭光等用固相法制備了 Bi4Si3O12粉體，研究發現，Bi4Si3O12微晶總是成對分布，并且排列成行，形成高有序的晶列結構。王燕等采用固相法合成了 Bi2SiO5粉體，研究表明在固相反應過程中生成的亞穩相Bi2SiO5隨著反應時間延長衍射峰減弱，在固相反應溫度由700°C升高至900°C過程中，Bi2SiO5逐漸轉變為 Bi4Si3O12^巴學巍，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光譜與發射光譜。Bi4Si3O12納米粉體的激發主要發生在250 275nm之間，其最大激發波長為261nm。 樣品的發射光譜是一個寬帶譜，最大發射波長位于468nm。與晶體相比較，BSO納米粉體的激發光譜和發射光譜發生了藍移。推測原因是納米材料結構顆粒組元尺寸很小，表面張力很大，顆粒內部發生畸變使鍵長變短，使納米材料平均鍵長變短，結果鍵振動頻率升高，引起藍移。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構和形貌，研究了正硅酸乙酯的用量對粉體相組成的影響。結果表明，前驅物粉體在650°C下煅燒1小時，得到了單一的Bi4Si3O12的粉體；顆粒大小為3 5 μ m，由若干個大小為300 500nm的晶粒組成為多孔的網狀結構；當鉍硅比(摩爾比)的用量為1 2時，可以制備出相組成完全為Bi4Si3O12的粉體。該方法制備前軀體時耗時，用來調節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。
發明內容
為了克服上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種制備閃爍硅酸鉍粉體的方法，可以簡單快速制備出Bi4Si3O12,且產物純度高，便于大規模生產。為了實現上述目的，本發明采用的技術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，將Bi2O3和SiO2按摩爾比1 1. 5 1 2球磨 5小時，作為反應原料；第二步，以無水乙醇為球磨介質，將NaCl和Na2SO4按摩爾比0.3 0. 7 0.9 0. 1球磨5小時，得到NaCl-Na2SO4復合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SiO2的混合料與NaCl-Na2SO4復合鹽以質量比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，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進行一次以上。與現有技術相比，本發明的優點是(1)方法簡便，易于操作，反應條件溫和；(2)生產成本低，制備周期短約13 25h ；(3)產物純度高，可達80% 100%。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明做進一步詳細說明。實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，將Bi2O3和SiO2按摩爾比2 3球磨5小時，作為反應原料；第二步，以無水乙醇為球磨介質，將NaCl和Na2SO4按摩爾比0.533 0. 467球磨 5小時，得到NaCl-Na2SO4復合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SiO2的混合料與NaCl-Na2SO4復合鹽以質量比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，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，將Bi2O3和SiO2按摩爾比2 3球磨5小時，作為反應原料；第二步，以無水乙醇為球磨介質，將NaCl和Na2SO4按摩爾比0.533 0. 467球磨 5小時，得到NaCl-Na2SO4復合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SiO2的混合料與NaCl-Na2SO4復合鹽以質量比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，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，將Bi2O3和SiO2按摩爾比2 3球磨5小時，作為反應原料；第二步，以無水乙醇為球磨介質，將NaCl和Na2SO4按摩爾比0.533 0. 467球磨 5小時，得到NaCl-Na2SO4復合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SiO2的混合料與NaCl-Na2SO4復合鹽以質量比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，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，將Bi2O3和SW2按摩爾比1 2球磨5小時，作為反應原料；第二步，以無水乙醇為球磨介質，將NaCl和Na2SO4按摩爾比3 2球磨5小時，得到NaCl-Na2SO4復合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SiO2的混合料與NaCl-Na2SO4復合鹽以質量比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，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，將Bi2O3和SiO2按摩爾比1 1球磨5小時，作為反應原料；第二步，以無水乙醇為球磨介質，將NaCl和Na2SO4按摩爾比1 1球磨5小時，得到NaCl-Na2SO4復合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SiO2的混合料與NaCl-Na2SO4復合鹽以質量比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，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，將Bi2O3和SW2按摩爾比1 1球磨5小時，作為反應原料；第二步，以無水乙醇為球磨介質，將NaCl和Na2SO4按摩爾比1 1球磨5小時，得到NaCl-Na2SO4復合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SiO2的混合料與NaCl-Na2SO4復合鹽以質量比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，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，將Bi2O3和SW2按摩爾比1 1球磨5小時，作為反應原料；第二步，以無水乙醇為球磨介質，將NaCl和Na2SO4按摩爾比3 2球磨5小時，得到NaCl-Na2SO4復合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SiO2的混合料與NaCl-Na2SO4復合鹽以質量比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，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。以上各個實施例中，第五步中的清洗可進行多次，效果更佳。對以上各實施例制備的Bi4Si3O12粉體進行試驗分析，其純度可達80% 100%。
權利要求
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，將Bi2O3和SiO2按摩爾比1 1.5 1 2球磨5小時，作為反應原料；第二步，以無水乙醇為球磨介質，將NaCl和Na2SO4按摩爾比0.3 0. 7 0. 9 0.1 球磨5小時，得到NaCl-Na2SO4復合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SiO2的混合料與NaCl-Na2SO4復合鹽以質量比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，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，將Bi2O3和SiO2按摩爾比2 3球磨5小時，作為反應原料；第二步，以無水乙醇為球磨介質，將NaCl和Na2SO4按摩爾比0.533 0. 467球磨5小時，得到NaCl-Na2SO4復合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SW2的混合料與NaCl-Na2SO4復合鹽以質量比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，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，將Bi2O3和SiO2按摩爾比2 3球磨5小時，作為反應原料；第二步，以無水乙醇為球磨介質，將NaCl和Na2SO4按摩爾比0.533 0. 467球磨5小時，得到NaCl-Na2SO4復合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SW2的混合料與NaCl-Na2SO4復合鹽以質量比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，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，將Bi2O3和SiO2按摩爾比2 3球磨5小時，作為反應原料；第二步，以無水乙醇為球磨介質，將NaCl和Na2SO4按摩爾比0.533 0. 467球磨5小時，得到NaCl-Na2SO4復合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SW2的混合料與NaCl-Na2SO4復合鹽以質量比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，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，將Bi2O3和SiO2按摩爾比1 2球磨5小時，作為反應原料；第二步，以無水乙醇為球磨介質，將NaCl和Na2SO4按摩爾比3 2球磨5小時，得到 NaCl-Na2SO4 復合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SW2的混合料與NaCl-Na2SO4復合鹽以質量比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，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，將Bi2O3和SiO2按摩爾比1 1球磨5小時，作為反應原料；第二步，以無水乙醇為球磨介質，將NaCl和Na2SO4按摩爾比1 1球磨5小時，得到 NaCl-Na2SO4 復合鹽；第三步，將烘干的Bi2O3和SW2的混合料與NaCl-Na2SO4復合鹽以質量比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，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.根據權利要求1至6任一權利要求所述的制備閃爍硅酸鉍粉體的方法，其特征在于， 所述第五步中進行一次以上的清洗。
全文摘要
本發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，將Bi2O3和SiO2按摩爾比1∶1.5～1∶2球磨，作為反應原料，以無水乙醇為球磨介質，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復合鹽以質量比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，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，本發明可以簡單快速制備出Bi4Si3O12，且產物純度高，便于大規模生產。
文檔編號C01B33/20GK102275945SQ201110187088
公開日2011年12月14日 申請日期2011年7月6日 優先權日2011年7月6日
發明者江紅濤, 王秀峰, 許亞琴, 魯俊雀 申請人:陜西科技大學