專(zhuān)利名稱(chēng)：利用液相包裹法低溫制備鈰離子摻雜硅酸镥粉體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用液相包裹法低溫制備鈰離子摻雜硅酸镥粉體的方法，屬于無(wú)機(jī)納米發(fā)光材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著核科學(xué)技術(shù)在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用，誕生了 χ射線斷層掃描技術(shù)(CT)和正電子湮沒(méi)斷層掃描技術(shù)(PET)，使得閃爍晶體的應(yīng)用領(lǐng)域從高能物理擴(kuò)大到核醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。相應(yīng)地， 對(duì)閃爍晶體的性能提出了更高的要求，傳統(tǒng)閃爍晶體NaI(Tl)、BG0已不再能滿(mǎn)足核醫(yī)學(xué)閃爍晶體的應(yīng)用要求，人們開(kāi)始了探索發(fā)光強(qiáng)、衰減短、吸收強(qiáng)、物理化學(xué)性能穩(wěn)定的新型優(yōu)良閃爍晶體。鈰離子摻雜的硅酸镥(Lu2SiO5 = Ce3+,簡(jiǎn)稱(chēng)LSO = Ce3+)是一類(lèi)綜合性能優(yōu)良的閃爍發(fā)光材料。具有高密度(7. 4g/cm3)、高光輸出(相當(dāng)于NaI (Tl)單晶的76%)、快衰減( 40ns)等優(yōu)良性能，非常適用于正電子湮沒(méi)斷層掃描成像技術(shù)(PET)，也可應(yīng)用于安全檢查、 環(huán)境檢查等方面。由于Ce3+在LSO材料中具有較小的分凝系數(shù)，導(dǎo)致生長(zhǎng)的LSO晶體中 Ce3+分布極不均勻，造成其閃爍發(fā)光性能很不穩(wěn)定；另外LSO單晶還存在生長(zhǎng)溫度高，工藝復(fù)雜，容易開(kāi)裂，價(jià)格高，光輸出和能量分辨率不穩(wěn)定，個(gè)體之間差異較大等諸多問(wèn)題。進(jìn)行多晶LSO = Ce3+材料的研制，是解決這一阻礙LSO = Ce3+材料廣泛應(yīng)用的重要途徑，而合成組成準(zhǔn)確、結(jié)構(gòu)可控的LS0:Ce3+發(fā)光粉體是其中的關(guān)鍵。目前已報(bào)道的多晶硅酸镥粉體的制備方法還不多，主要有固相混合煅燒法、溶膠-凝膠法和液相沉淀法。固相法的主要優(yōu)點(diǎn)是制備工藝簡(jiǎn)單，利于工業(yè)化生產(chǎn)，缺點(diǎn)是煅燒溫度高(1400 1600°C )，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)(保溫他以上)，設(shè)備要求高，能耗高，所得產(chǎn)物為塊狀，不利于下一步制備LSO陶瓷材料。溶膠-凝膠法的優(yōu)點(diǎn)是參與反應(yīng)的各組分是在原子、分子級(jí)別上進(jìn)行混合，合成的發(fā)光材料具有更細(xì)的粒徑，且LSO合成溫度比傳統(tǒng)的固相合成方法要低；缺點(diǎn)是與高溫固相法相比，易引入雜質(zhì)，合成產(chǎn)物的發(fā)光性能和余輝性能較差，且操作過(guò)程復(fù)雜，反應(yīng)過(guò)程不易控制，反應(yīng)周期長(zhǎng)。液相沉淀法所合成的粉體粒徑較小，煅燒溫度較低，但步驟較多，反應(yīng)過(guò)程易引入雜質(zhì)，制備的硅酸镥形貌也較為不規(guī)則，且具有團(tuán)聚現(xiàn)象。液相包裹法制備鈰離子摻雜的硅酸镥粉體是通過(guò)一個(gè)具有核殼結(jié)構(gòu)的SiO2OLu2O3 中間粒子，使得S^2和Lu2O3有良好的介面接觸，進(jìn)而能在較低的溫度反應(yīng)生成硅酸镥粉體。液相包裹法與其他的制備方法相比，具有操作容易、所需要的煅燒溫度較低、粉體的形貌規(guī)則為球形，并且具有微粒粒徑分布可控等優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用液相包裹法低溫合成鈰離子摻雜硅酸镥粉體的制備方法，其特征在于具有以下的制備過(guò)程和步驟
a. 在干凈的燒杯中依次加入250ml無(wú)水乙醇、35ml去離子水和7ml濃氨水；混合均勻后，再緩慢滴入20ml正硅酸乙酯和200ml無(wú)水乙醇的混合液；在磁力攪拌器攪拌下，用聚氯乙烯薄膜密封瓶口，并在85°C下恒溫反應(yīng)證，通過(guò)離心分離將膠體溶液中SW2納米微球分離出來(lái)，并放入100°c烘箱中干燥12h，得到粒徑為200nm的S^2微球；
b.稱(chēng)取上述一定量SiO2球形顆粒與500ml去離子水混合后進(jìn)行超聲分散15min，得到溶膠狀液體；將1100 ml去離子水、6. 33ml硝酸镥溶液、3. 2 ml硝酸鈰溶液以及38g尿素混合均勻；把上述兩種溶液倒入到3000ml燒杯中放在磁力攪拌器上攪拌，并保持溶液溫度為85°C，反應(yīng)他；將所得反應(yīng)物分別用去離子水和乙醇清洗3次后，離心分離，然后置于 100°C烘箱中干燥12 h，得到Ce3+摻雜的SiO2OLu (OH) 3前驅(qū)體；硝酸镥和硝酸鈰溶液兩者的離子摩爾比為:Lu3+: Ce3+ =200:1 ；
c.將上述制備出的Ce3+摻雜的SiO2OLu(OH) 3前驅(qū)體，于900°C 1100°C下煅燒2h，得到SiO2OLu2O3 = Ce3+粉體；將制備出的Ce3+摻雜的SiO2OLu (OH) 3前驅(qū)體，于1200°C條件下煅燒2h，得到LS0:Ce3+粉體。上述步驟a中氨水的濃度為；上述步驟b中硝酸镥溶液的濃度為0. 526mol/ L，硝酸鈰溶液的濃度為0.00522 mol/L。本發(fā)明中加尿素((NH2)2CO)是為了提供0H_根離子，與Lu3+離子結(jié)合生成Lu (OH) 3,經(jīng)高溫煅燒后得到Lu203。多余的0H_根離子還起到調(diào)節(jié)溶液PH的作用。本發(fā)明通過(guò)SiO2OLu(OH)3核殼結(jié)構(gòu)經(jīng)煅燒得到LS0:Ce3+發(fā)光粉體，有利于反應(yīng)物中不同元素的均勻混合。本發(fā)明的特點(diǎn)為⑴具有核殼SiO2OLu(OH)3中間結(jié)構(gòu)，粉體粒徑小且可控；⑵Ce3+ 在LSO中的分布均勻；⑶形成LSO相所需要的煅燒溫度低。


圖1為本發(fā)明的主要工藝流程圖。圖2 (a) (d)為本發(fā)明實(shí)施例1制得樣品的透射電子顯微鏡(TEM)形貌圖；顯示了本實(shí)例由未包裹的S^2球形顆粒到LS0:Ce3+發(fā)光粉體的結(jié)構(gòu)變化。圖3為本發(fā)明實(shí)施例1制得樣品的X射線衍射(XRD)圖。示了本實(shí)例由Lu2O3相到LSO相的轉(zhuǎn)變。圖4為本發(fā)明實(shí)施例1制得樣品的紫外激發(fā)發(fā)射圖。顯示了 LS0:Ce3+粉體的光學(xué)性能。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
a.將250ml無(wú)水乙醇、35ml去離子水和7ml濃氨水依次加入干凈燒杯中。混合均勻后，再緩慢滴入20ml正硅酸乙酯和200 ml無(wú)水乙醇的混合液，在磁力攪拌器攪拌下，用聚氯乙烯薄膜密封瓶口在85°C下恒溫反應(yīng)證，通過(guò)離心分離將膠體溶液中SW2納米微球分離出來(lái)，放入100°C烘箱中干燥12h，得到粒徑為200nm的SW2微球；
b.稱(chēng)取0.1g SiO2球形顆粒與500 ml去離子水混合后進(jìn)行超聲分散15 min，得到溶膠狀液體。將1100 ml去離子水、6. 33 ml硝酸镥溶液、3. 2 ml硝酸鈰溶液以及38g尿素混合均勻。把兩種溶液倒入到3000 ml燒杯中放在磁力攪拌器上攪拌，并保持溶液溫度為 850C，反應(yīng)Mi至溶液pH=8。將所得反應(yīng)物分別用去離子水和乙醇清洗3次后，離心分離，然后置于100°C烘箱中干燥12 h，得到Ce3+摻雜的SiO2OLu(OH)3前驅(qū)體；c.將上述制備出的Ce3+摻雜的SiO2OLu(OH)3前驅(qū)體，于900°C 1100°C溫度區(qū)間內(nèi)煅燒2h，得到SiO2OLu2O3 = Ce3+粉體；必須將制備出的Ce3+摻雜的SiO2OLu (OH) 3前驅(qū)體，于 1200°C條件下煅燒池，最終得到LS0:Ce3+粉體。
權(quán)利要求
1.一種利用液相包裹法低溫制備鈰離子摻雜硅酸镥粉體的方法，其特征在于具有以下的制備過(guò)程和步驟在干凈的燒杯中依次加入250ml無(wú)水乙醇、35ml去離子水和7ml氨水；混合均勻后，再緩慢滴入20ml正硅酸乙酯和200ml無(wú)水乙醇的混合液；在磁力攪拌器攪拌下，用聚氯乙烯薄膜密封瓶口，并在85°C下恒溫反應(yīng)證；然后通過(guò)離心分離將膠體溶液中SW2納米微球分離出來(lái)，并放入100°C烘箱中干燥12h，得到粒徑為200nm的SW2微球；稱(chēng)取上述一定量SW2球形顆粒與500ml去離子水混合后進(jìn)行超聲分散15 min,得到溶膠狀液體；另將IlOOml去離子水、6. 33ml硝酸镥溶液、3. 2ml硝酸鈰溶液以及38g尿素混合均勻；把上述兩種溶液倒入到3000ml燒杯中放在磁力攪拌器上攪拌，并保持溶液溫度為 85°C，反應(yīng)Mi ；將所得反應(yīng)物分別用去離子水和乙醇清洗3次后，離心分離，然后置于100°C 烘箱中干燥12 h，得到Ce3+摻雜的SiO2OLu (OH) 3前驅(qū)體；硝酸镥和硝酸鈰溶液兩者的離子摩爾比為L(zhǎng)u3+: Ce3+ =200:1 ；將上述制備出的Ce3+摻雜的SiO2OLu (OH) 3前驅(qū)體，于900°C 1200°C溫度區(qū)間內(nèi)煅燒池，得到LS0:Ce3+發(fā)光粉體。
2.如權(quán)利要求1所述的一種利用液相包裹法低溫制備鈰離子摻雜硅酸镥粉體的方法，其特征在于上述步驟a中氨水的濃度為；上述步驟b中硝酸镥溶液的濃度為 0. 526mol/L，硝酸鈰溶液的濃度為0. 00522 mol/L。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用液相包裹法低溫制備鈰離子摻雜硅酸镥粉體(LSO:Ce3+)的方法，屬無(wú)機(jī)發(fā)光納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的制備方法是采用St ber法將正硅酸四乙酯(TEOS)在氨(NH3·H2O)和水(H2O)的混合溶液中進(jìn)行水解來(lái)制備單分散SiO2球形顆粒，然后在Lu3+離子溶液中改變pH值利用液相包裹法在其表面包裹Lu(OH)3得到具有核殼結(jié)構(gòu)的Lu(OH)3@SiO2復(fù)合粒子，通過(guò)高溫煅燒實(shí)現(xiàn)LSO顆粒的原位合成，在1200℃下的煅燒條件下實(shí)現(xiàn)了鈰摻雜的硅酸镥粉體(LSO:Ce3+)的合成。
文檔編號(hào)C09K11/79GK102391868SQ20111027253
公開(kāi)日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月15日
發(fā)明者施鷹, 林德寶, 范靈聰, 許志斌, 謝建軍 申請(qǐng)人:上海大學(xué)