一種固相合成法製備BaHfO₃:Ce納米粉體的方法

2023-05-08 17:50:26

專利名稱：一種固相合成法製備BaHfO3:Ce納米粉體的方法
技術領域：
本發明涉及精細化工領域，特別是涉及一種用於核醫學成像技術領域、x射線探測
器材料的BaHf03:Ce納米粉體的製備方法。
背景技術：
閃爍材料是一種吸收高能光子後發出可見光的功能材料，廣泛應用於影像核醫 學、核物理、高能物理、工業CT、油井勘探、安全檢查等領域。目前研究應用最多的閃爍體是 無機閃爍晶體，但是傳統的晶體生長技術製備周期長，成本高，難以生長尺寸大的單晶，且 難以保證摻雜離子的高濃度和均勻分布，進而無法實現材料光學性能的優化。透明閃爍陶 瓷具有減少光散射、透射性能高及圖像解析度高等特點，而且多晶陶瓷製備技術可以實現 高摻雜且摻雜均勻，工藝簡單，生產成本低，可以生產大尺寸，以及閃爍陶瓷本身具有良好 的機械加工性能，已成為閃爍探測材料的首選對象，成為新型閃爍材料的研究熱點和前沿， 將逐步替代廣泛使用的閃爍單晶。 BaHf03屬鈣鈦礦型複合氧化物，具有穩定的立方晶體結構，光學各向同性的結構 阻止了任何方向折射率差的問題，在晶界上消除光散射，易實現透明，而且密度高(8. 35g/ cm3) 。 Ce3+的發光為電偶極矩允許的5d — 4f躍遷，發光強度大、衰減快，摻Ce3+閃爍體具有 較好的時間解析度和能量解析度。因此BaHf03:Ce將是一種高密度、快衰減的新型閃爍體 材料。 目前國內外製備BaHf03:Ce粉體的方法主要包括燃燒法、共沉澱法、溶膠_凝膠 法。燃燒法存在粉體粒徑分布較寬的問題，且不適合工業化大批量生產；共沉澱法、溶膠凝 膠法等化學方法合成工藝複雜、製備周期長，這不僅導致合成成本高，而且易引起粉體顆粒 的硬團聚。為了解決上述問題，無機材料合成與製備中通常採用固相法製備粉體，經固相法 製備的粉體粒徑小、粒度分布均勻、活性強、無團聚、填充性好，這有利於降低其燒結性能， 是一種成本低、產量大、製備工藝簡單、易於實現產業化的合成方法。

發明內容
本發明提供了一種固相法製備陶瓷閃爍體用納米粉體BaHf03:Ce的方法。該製備 工藝首先採用含鋇、鉿、鈰的氧化物或氫氧化物為原料，這將些原料球磨混料、乾燥、煅燒、 過篩後得到BaHf03:Ce粉體。 BaHf03:Ce納米粉體粒徑小、近似球形、分散性好。粉體製備方法為固相法，其中涉 及的激活劑Ce的摻雜濃度為0. 3 7mo1 % 。
實現本發明目的的技術方案 —種固相合成法製備BaHf03:Ce納米粉體的方法，以鋇、鉿、鈰的氧化物或氫氧化 物為起始原料，經球磨、乾燥、過篩後，置於加熱爐中熱處理，使原料發生固相反應，然後冷 卻至室溫，得BaHf03: Ce粉體。 所述的一種固相合成法製備BaHf03:Ce納米粉體的方法，固相反應法製備摻鈰鉿酸鋇閃爍材料粉體，鉿的起始原料選用氧化鉿、氫氧化鉿。 所述的一種固相合成法製備BaHf03:Ce納米粉體的方法，固相反應法製備摻鈰鉿 酸鋇閃爍材料Ce摻雜量x = 0. 003 0. 07。 所述的一種固相合成法製備BaHf03:Ce納米粉體的方法，其固相反應法製備摻鈰 鉿酸鋇閃爍材料，其磨球為高純Zr(^，球磨介質為無水乙醇，在聚氨脂球磨罐中球磨6 48h。 所述的一種固相合成法製備BaHf03:Ce納米粉體的方法，所述固相反應法製備 BaHf03:Ce納米粉體，球磨後的混合粉料經50 150。C，乾燥8 24h，研磨過120 200目篩。 所述的一種固相合成法製備BaHf03:Ce納米粉體的方法，所述固相反應法製備摻 鈰鉿酸鋇閃爍材料粉體，煅燒溫度為500 125(TC，保溫時間0. 5 8小時。
本發明的優點 a)、材料體系新穎，國內外研究MHf03:Ce(M = Ca、Hf、 Sr)者甚少。 b)、固相合成法製備BaHf03:Ce納米粉體，易實現準確摻雜，工藝簡單，成本低，適
宜大批量生產，易於實現產業化。 c)、先驅體經900。C煅燒時就已經有BaHf03:Ce形成；到IOO(TC時完全反應生成 BaHf03:Ce粉體，晶化溫度低，無雜相，結晶度好。 d)、製備的BaHf03:Ce粉體顆粒團聚較少，分散性好，近似球形，平均粒徑約為 30 40nm。 e)、製備工藝簡單，周期短，成本低，適於批量生產實現產業化。


圖1為實施例1製備的BaHf03: Ce粉體的SEM照片(氧化鉿為起始原料，IOO(TC 煅燒2小時)； 圖2為實施例2製備的BaHf03: Ce粉體的SEM照片(氫氧化鉿為起始原料，IOO(TC 煅燒2小時)； 圖3為實施例3製備的BaHf03: Ce粉體的SEM照片(IOO(TC煅燒4小時)；
圖4為實施例4製備的BaHf03: Ce粉體的SEM照片(1200。C煅燒2小時)；
圖5為實施例2製備BaHf03: Ce粉體的XRD圖譜。 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並不影響對本 發明的理解。
具體實施方式

該製備工藝 a)、混合粉體的稱取按Ba卜xCexHf03組分稱取Ba0(99. 9% ) 、 Hf02 (99. 99% )或 Hf (OH) 4 (99. 99 % ) 、 Ce203 (99. 99 % )混合。 b)、前驅體的製備將上述的混合粉體經溼法球磨，磨球為高純Zr02，球磨介質為 無水乙醇，在聚氨脂球磨罐中球磨6 48h，經50 15(TC乾燥8 24h後，研磨過120 200目篩後得前驅體。
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c)、煅燒將前驅體放入坩堝，經500 125(TC煅燒0. 5 8h，過篩後製得粉體。
實施例1 : 稱取O. 518g BaO、0. 679g Hf02、0. 008g Ce203混合，經溼法球磨製備混合粉料， 磨球為高純Zr(^，球磨介質為無水乙醇，在聚氨脂球磨罐中球磨12小時，經9(TC恆溫幹 燥箱中乾燥12小時，研磨過120目篩後得到先驅體。將過篩後的先驅體放入剛玉坩堝中 於IOO(TC箱式電阻爐中煅燒2小時得到近似球形、粒徑尺寸約40 50nm、有輕微團聚的 BaHf03:Ce納米粉體，粉體形貌如圖1所示。
實施例2 : 本實例同實例1，不同之處在於原料選取氫氧化鉿Hf (0H)4作為鉿的起始原料。稱 取量為0. 778g。得到粉體近似球形、粒徑尺寸約30 40nm、分散性良好，粉體形貌如圖2 所示。 實施例3 : 本實例同實例1，不同之處在於保溫時間為4小時。經4h煅燒後粉體粒徑達到 50 70nm，且顆粒尺寸不均勻，團聚現象嚴重，粉體形貌如圖3所示。
實施例4 : 本實例同實例l，不同之處在於，煅燒溫度為120(TC，得到粉體粒徑達到60 80nm，有少量團聚，粉體形貌如圖4所示。
權利要求
一種固相合成法製備BaHfO3:Ce納米粉體的方法，其特徵在於以鋇、鉿、鈰的氧化物或氫氧化物為起始原料，經球磨、乾燥、過篩後，置於加熱爐中熱處理，使原料發生固相反應，然後冷卻至室溫，得BaHfO3:Ce粉體。
2. 根據權利要求1所述的一種固相合成法製備BaHf03:Ce納米粉體的方法，其特徵在於固相反應法製備摻鈰鉿酸鋇閃爍材料粉體，鉿的起始原料選用氧化鉿、氫氧化鉿。
3. 根據權利要求1所述的一種固相合成法製備BaHf03:Ce納米粉體的方法，其特徵在於固相反應法製備摻鈰鉿酸鋇閃爍材料Ce摻雜量x = 0. 003 0. 07。
4. 按權利要求l所述的一種固相合成法製備BaHf03:Ce納米粉體的方法，其特徵在於，其固相反應法製備摻鈰鉿酸鋇閃爍材料，其磨球為高純Zr02，球磨介質為無水乙醇，在聚氨脂球磨罐中球磨6 48h。
5. 按權利要求1所述的一種固相合成法製備BaHf03:Ce納米粉體的方法，其特徵在於所述固相反應法製備BaHf03: Ce納米粉體，球磨後的混合粉料經50 150°C ，乾燥8 24h，研磨過120 200目篩。
6. 按權利要求1所述的一種固相合成法製備BaHf03:Ce納米粉體的方法，其特徵在於所述固相反應法製備摻鈰鉿酸鋇閃爍材料粉體，煅燒溫度為500 1250°C ，保溫時間0. 5 8小時。
全文摘要
一種固相合成法製備BaHfO3:Ce納米粉體的方法，涉及精細化工領域，以鋇、鉿、鈰的氧化物或氫氧化物為起始原料，經球磨、乾燥、過篩後，置於加熱爐中熱處理，使原料發生固相反應，然後冷卻至室溫，得BaHfO3:Ce粉體。本發明材料體系新穎，固相合成法製備BaHfO3:Ce納米粉體，易實現準確摻雜，工藝簡單，成本低。先驅體經900℃煅燒時就已經有BaHfO3:Ce形成；到1000℃時完全反應生成BaHfO3:Ce粉體，晶化溫度低，無雜相，結晶度好。製備的BaHfO3:Ce粉體顆粒團聚較少，分散性好，近似球形，平均粒徑約為30～40nm。製備工藝簡單，周期短，成本低，適於批量生產實現產業化。
文檔編號C01G27/00GK101723453SQ200910220120
公開日2010年6月9日 申請日期2009年11月24日 優先權日2009年11月24日
發明者尹凱, 張佳瑢, 李玉玲, 溫強, 王華棟, 馬偉民 申請人:瀋陽化工學院