[发明专利]一种在高温高压下使用前驱体制备钐掺杂硼酸锶的方法

说明书

本发明公开了一种使用分析纯的三氧化二硼、碳酸锶和十水草酸钐为原料，结合常压高温下前驱体制备和高温高压固相反应来制备钐掺杂硼酸锶，使用压片机将混合物粉末压成圆柱形。使用压片机将氧化锆粉末和草酸钠粉末各压成一对圆片。将准备的圆片以三明治形式堆叠装入铂金管中密封，完成高压组装块并放置在六面顶大压机进行高温高压反应，即得到钐掺杂硼酸锶样品。解决了现有技术主要采用碳酸锶、硼酸和三氧化二钐为原料，使用高温固相反应法、水热合成法等合成钐掺杂硼酸锶，但是其合成条件难以控制，合成的钐掺杂硼酸锶纯度低、结晶较差、颗粒度小、钐掺杂量小、发光效率低等技术问题。

技术领域

本发明涉及压力标定材料合成领域，尤其涉及一种在高温高压下使用前驱体制备钐掺杂硼酸锶(Sr_1-xSm_xB₄O₇)的方法。

背景技术：

在现已发现的非线性光学晶体中，硼酸盐具有广泛的应用前景和科研价值, 硼氧键有利于紫外光波透过且硼氧化合物的基团构型丰富多样、化学稳定性强。以稀土离子掺杂的硼酸盐荧光材料具有化学稳定性好、热稳定性好、带宽宽、组织优异等特点。在众多硼酸盐中，147型硼酸锶（SrB₄O₇）具有机械强度高、显微硬度大的特点，同时还具备优良的非线性光学特性，如倍频系数大、紫外截止吸收波长短、光学损伤阈值高、室温透过铺宽等。其结构属于正交晶系，空间群为Pnm21，具有以Sr²⁺为配位中心、周围四个BO₄组成的四面体结构。对SrB₄O₇进行掺杂的钐掺杂硼酸锶(Sr_1-xSm_xB₄O₇) 属于单荧光峰压标材料，其峰形对温度不敏感，对压力的敏感度和红宝石相当，是理想的高温高压的压力标定材料。

传统的金刚石压腔高压测试的压力标定材料红宝石，随着温度的升高，红宝石的荧光信号逐渐减弱，尤其双荧光峰R1和R2展宽并且重合，不能用于高温高压下(T＞600K)的标定，标定温度范围窄。

现有技术制备钐掺杂硼酸锶主要采用碳酸锶、硼酸和三氧化二钐为原料，其缺点在于硼酸能够降低大部分材料的熔点，使得样品极易熔化，烧结温度很难控制，实验重复性很低；在没有手套箱的情况下，三氧化二钐在空气中极易吸水，在天平很难称准，实验操作困难。博士论文，压标物质钐掺杂四硼酸锶(Sr_1-xSm_xB₄O₇)的合成与表征。中国科学院大学，2016，采用H₃BO₃，SrCO₃和 Sm₂O₃为原材料，高温固相反应法和高压固相反应法相结合，合成了母体 SrB₄O₇，即得到钐掺杂四硼酸锶，具有硼酸易分解，三氧化二钐称量不准的问题。

现有技术制备钐掺杂硼酸锶直接将碳酸锶、硼酸和三氧化二钐混合在管式炉中烧结，其缺点在于化学配比难以控制，合成的样品不纯，主要原因在于：三氧化二硼在高温下很容易挥发，在不同温度、不同材料的反应速率下，其挥发速率不同。

现有技术制备钐掺杂硼酸锶直接将碳酸锶、硼酸和三氧化二钐混合在管式炉中烧结，使用氢气作为还原气氛，其缺点在于：氢气在流动的过程中带走一部分钐，使得制备的钐掺杂硼酸锶的钐掺杂量一般小于5%，而使用氢气在一般实验室非常危险，需要很强的安全措施。

因此，研究一种实验条件容易控制、获得的钐掺杂硼酸锶纯度高、结晶好、钐掺杂含量高、荧光的发光效率高的钐掺杂硼酸锶材料具有很好的实际应用价值。

发明内容