[发明专利]空气中稀土氟化物的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及稀土材料合成技术领域，尤其涉及一种在80～120℃空气中合成不同 尺寸的稀土氟化物的方法。

背景技术

稀土元素由于其特殊的4f电子结构而具有诸多其它元素所不具备的光、电、磁和 热等特性，从而可以做成许多能用于高新技术的新材料，被誉为新材料的“宝库”和人类工 业的“维生素”。我国稀土资源丰富，研究和制备稀土化合物对稀土资源的深化利用和拓展 其新的应用领域具有重要的战略科学意义和应用价值。目前，参与应用的稀土材料有稀土 氟(氯)化物、稀土氧化物、稀土复合氧化物和稀土玻璃材料。值得注意的是，稀土氟化物 声子能量低，带隙宽，热稳定性和环境稳定性好，被广泛用做发光材料、激光晶体、润滑剂、 有色金属合金添加剂、电极材料、化学传感器和生物传感器。光致发光是稀土化合物光、电、 磁三大功能中最突出的功能，稀土发光材料的研究是稀土研究的一个主攻方向。稀土氟化 物也是首选的发光材料，目前已经广泛应用到激光技术、光纤放大器、三维立体显示、防伪 识别、红外成像、红外探测、红外显示、彩色打印复印技术、信息存储、太阳能电池、生物荧光 标记等众多领域。

对稀土氟化物的合成，研究较多的方法主要包括高温固相法、微波辐射合成法、溶 胶一凝胶法、共沉淀法和水热法。高温固相法制备的样品具有良好的发光性能，是一种最普 遍的制备商业发光粉的方法，但这种方法本身具有很多缺点，如所需的灼烧温度高、灼烧时 间长、需要多次反复球磨以获得适当的粒度等等，高温反应不仅耗能多，更重要的是要通入 有毒的氟化氢气氛为保护气氛，所得发光粉的形貌不均匀，而且反复的研磨在一定程度上 也会不可避免地引入杂质和影响产物的发光性能。利用微波技术合成稀土发光材料已成为 当今的科研热点之一。微波合成法具有受热均匀、省时节能、热惯性小等优点，但不适合合 成氟化物，原因在于大多数发光材料制备所采用的原料为极少数吸收微波的氧化物，必须 采取一定的措施，如在被加热原料外覆盖微波吸收介质等，而且微波合成法合成的样品数 量有限不能用于批量生产。溶胶一凝胶法是应用前景非常广阔的合成方法，用此法可获得 粒径更细的发光粉，无需研磨，且合成温度比传统的高温固相法要低，对合成纳米发光材料 具有一定的潜力。但溶胶一凝胶法有缺点：反应所需时间较长，原料价格昂贵，凝胶颗粒之 间烧结性差，产物干燥时收缩大。共沉淀法是制备材料的湿化学方法中工艺简单、成本低、 所得粉体性能良好的一种崭新的方法，但合成稀土氟化物时存在稀土离子和其它离子的比 例失配的问题。水热法是近年来发展起来的合成超细微粉的新型方法，水热法与溶胶一凝 胶法、共沉淀法等其它软化学方法的主要区别在于温度较低和压力较高，需要耐高压的设 备完成实验，有着潜在的危险性，不易于工业批量生产。

发明内容

为解决上述技术的缺点，本发明的目的是提供一种空气中制备稀土氟化物的软化 学方法，该方法解决了稀土离子和其它离子的比例失配问题，避开了有毒的氟化氢气氛，降 低了烧结温度，制备出了分布均匀、分散性好、稳定性高的样品。

本发明的技术方案为一种空气中制备稀土氟化物的方法，用此方法合成的样品的 化学计量方程式为(∑M)_x(∑Ln)_yF_z，其中x、y、z为相应掺杂元素原子所占的摩尔数，0.0 ＜x，y≤2.0，4≤z≤8，∑M为金属元素，∑Ln为稀土元素，包括以下步骤：

a、按x，y，z不同的取值选取Ln元素稀土氧化物为原材料，用酸和去离子水溶解配 比好的稀土氧化物，形成稀土盐溶液，调节稀土盐溶液的pH值为6～7；

b、将沉淀剂溶于去离子水中得到沉淀剂溶液，向a中的稀土盐溶液中加入过量沉 淀剂溶液，搅拌，静置，得到稀土氟化物沉淀，洗涤沉淀至洗涤液的PH值为6～7；

c、向稀土氟化物沉淀中加入蒸馏水，搅拌，形成悬浊液，向悬浊液中加入M元素的 氟化物溶液得到混合液，在80～120℃空气中加热混合液，搅拌6～360小时，得到稀土氟 化物；

d、在温度200～1000℃，氢气、氮气或真空条件下，管式炉中对稀土氟化物退火 1～12小时，得到颗粒尺寸10～1500nm的稀土氟化物。