[发明专利]一种制备片状硅酸铋粉体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及闪烁晶体材料的制备，公开了一种制备片状硅酸铋粉体的方法。

背景技术

Bi₂SiO₅晶体属正交晶系，Cmc21空间群，点阵常数Z＝4。它的结构可以看作是由[Bi₂O₂]²⁺层分隔开的[SiO₃]^2-链所构成，因此结构式写成Bi₄[O₄][Si₂O₆]。Bi₂SiO₅晶体主要具有介电、热电以及非线性光学等性质，它的非中心对称的晶体结构使其有可能具有铁电性质。由于晶体生长方面的困难，有关Bi₂SiO₅晶体各种性能及应用的报道尚缺。

Bi₂SiO₅的制备方法主要有固相合成法、水热法和溶胶-凝胶法。最早合成出单一Bi₂SiO₅晶相得的是(J.Ketter，V.Kramer，Freiburg，Neues Jahrbuchfur Mineralogie Monatshefte，1986，1：13～18)，将Bi₂O₃与SiO₂在1000～1040℃熔融，冷却中淬火，在400～520℃结晶一个星期制得呈浅黄色的Bi₂SiO₅晶相。该方法制备所需时间太长，不利于大生产，且原料配比不是生成Bi₂SiO₅晶相的配比，所产生晶相中存在大量的玻璃相，应用受到限制。王燕等人(王燕，王秀峰，于成龙.无机盐工业，2007，39(4)：38-40)将Bi₂O₃与SiO₂按物质的量比1∶1混合，在一定温度下处理一定时间获得生成产物，固相反应温度由700℃升高至900℃过程中，亚稳态Bi₂SiO₅逐渐转变为稳定态Bi₁₂SiO₂₀和Bi₄Si₃O₁₂，反应温度对Bi₂SiO₅的生成起决定性作用。750℃保温不同时间所获试样的XRD谱表明，固相反应时间延长，反应物Bi₂O₃的衍射峰减弱，稳定相Bi₁₂SiO₂₀衍射峰增强，随着反应的进行，生成物亚稳相Bi₂SiO₅的衍射峰减弱，反应时间过长，不利于亚稳相Bi₂SiO₅生成。该组分在升温过程中产生晶体的种类较多，制备单一晶体制备工艺难以控制。Ruigen Chen等采(Ruigen Chen，Jinhong Bi，Ling Wu，etal.Inorganic Chemistry，2009，48：9072-9076.)用水热法以Bi(NO₃)₃·5H₂O和Na₂SiO₃·9H₂O(或(C₂H₅O)₄Si)为原料，第一次不需要模板合成了Bi₂SiO₅纳米片，研究表明，以Na₂SiO₃为硅源的样的光催化性能优于以(C₂H₅O)₄Si为硅源的样。戴晓军等(Xiao-Jun Dai，Yong-Song Luo，Shao-Yun Fu，et al.Solid State Sciences.2010，12：637-642)采用水热法制备三维层状花瓣状纳米结构的Bi₂SiO₅，并对其发光性能进行了研究。结果表明，花瓣状纳米结构的成核与成长由成核-分解-再结晶生长机制控制，同时聚乙烯吡咯烷酮(缩写为PVP)和NaOH的浓度对花瓣状结构有着重要的影响。Ling Zhang(Ling Zhang，Wenzhong Wang，Songmei Sun，etal.Applied Catalysis B：Environmental.2010，100：97-101)等采用水热法合成了具有优异光催化性能的混合Bi₂SiO₅介孔微球。但水热法设备要求高，技术难度大，安全性能差。柏朝辉等(柏朝晖，巴学巍，贾茹.无机化学学报，2006，22(7)：1327-1329)人利用溶胶-凝胶法制备Bi₄Si₃O₁₂纳米粉体的过程中，在550-650℃时得到了主晶相为Bi₂SiO₅和Bi₂O₃的混合晶相，随着反应温度的升高，Bi₂SiO₅和Bi₂O₃不断反应，在750℃生成了主晶相为立方晶相的目标产物Bi₄Si₃O₁₂。保加利亚Y.Dimitriev等(Y.Dimitriev，M.Krupchanska，Y.Ivanova，et al.Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy，2010，45(1)：39-42)用溶胶-凝胶法合成Bi₂SiO₅和Bi₄Si₃O₁₂晶体。但溶胶-凝胶法制备硅酸铋粉体，工艺过程复杂，不利于大生产。