×
19.04.2019
219.017.3106

СПОСОБ СИНТЕЗА ОДНОФАЗНОГО НАНОПОРОШКА ФТОРИДА БАРИЯ, ЛЕГИРОВАННОГО ФТОРИДОМ РЕДКОЗЕМЕЛЬНОГО МЕТАЛЛА

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение может быть использовано в фотонике и неорганических синтезах в качестве каталитически активных фаз. Смешивают фторирующее соединение с раствором, содержащим соль бария и соль редкоземельного элемента, с получением осадка, который промывают и сушат. На смешивание с фторирующим соединением подают раствор, содержащий ионы бария и ионы редкоземельного элемента при их мольном отношении, равном от 0,74:0,26 до 0,30:0,70 соответственно. Изобретение позволяет обеспечить получение фазовочистого кристаллического нанопорошка с высокой концентрацией редкоземельного элемента. 5 з.п. ф-лы.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области синтеза неорганических материалов, в частности к получению наночастиц фторидов, преимущественно редкоземельных и щелочноземельных металлов, которые могут быть использованы в качестве материалов для фотоники, как каталитически активные фазы или реагенты для неорганических синтезов.

Наночастицами принято считать частицы, размер которых хотя бы в одном направлении составляет менее 100 нм.

Под редкоземельными элементами, согласно рекомендации ЮПАК, понимают лантан, лантаниды, иттрий и скандий.

Известен способ получения нанопорошков фторидов щелочноземельных и редкоземельных металлов действием газообразного фтористого водорода на соответствующие оксиды нанометровых размеров (RU 2328448, 10.07.2008). Однако известный способ предназначен только для синтеза индивидуальных фторидов.

Известны способы получения нанопорошков фторидов и оксифторидов щелочноземельных и редкоземельных элементов смешанного состава осаждением из водных растворов (см., например, EP 1728763, 12.06.2006, EP 1942172, 07.09.2008, US 2008217578, 11.09.2008, US 20080025896, 31.01.2008).

Однако при осаждении из водных растворов фаз, содержащих фториды, в соответствии с известными техническими решениями образующийся осадок состава: M1-xRxF2+x, где М - щелочноземельный элемент, R - редкоземельный элемент, x - мольная доля, не всегда отвечает условиям фазовой однородности и часто представляет собой смесь частиц разного химического состава, что проявляется в наличии на рентгенограммах двух систем дифракционных отражений, отвечающих образованию твердых растворов различной концентрации.

Известен способ получения наноразмерных частиц твердых растворов фторидов M1-xRxF2+x, где М=Са, Sr, R=Er, Yb, Се, Nd, x - выше 0 до 0.17, согласно которому осуществляют соосаждение из кислых растворов соответствующих солей раствором фтористоводородной кислоты с кристаллизацией продукта в кубической сингонии, структурном типе флюорита. Полученные продукты имеют кубическую гранецентрированную решетку группы Fm3m (Кузнецов С.В., Яроцкая И.В., Федоров П.П., и др. Получение нанопорошков твердых растворов M1-xRxF2+x (М=Са, Sr, Ва; R=Ce, Nd, Er, Yb). // Ж. неорг. химии. 2007. Т.52. №3. С.364-369).

Однако при попытках получения таким образом фторида бария, легированного 1-25 мол.% РЗЭ, образуется двухфазный осадок, содержащий два твердых раствора различной концентрации, в том числе почти чистый фтористый барий, который осаждается после основной фазы. Это объясняется сильным различием растворимостей фтористого бария и фторидов редкоземельных элементов. Аналогичные проблемы возникают при попытках осаждения смесей соединений щелочных и редкоземельных элементов.

Данные рентгенофазового анализа указывают, что второй фазой, осаждающейся наряду с почти чистым фтористым барием, является фаза флюоритовой структуры с существенно меньшим параметром решетки, что в соответствии с концентрационными зависимостями параметров решетки в твердых растворах указывает на вхождение в твердый раствор больших содержаний RF3. Величины мольных объемов примерно соответствуют фазам Ba4R3F17. Эти фазы образуются в системах BaF2-RF3 и кристаллизуются в структуре, производной от типа флюорита с тригональным искажением решетки.

Наиболее близким к предложенному изобретению является способ синтеза однофазного нанопорошка фторида бария, легированного редкоземельным металлом, включающий смешивание фторирующего соединения с раствором, содержащим соль бария и соль редкоземельного элемента с получением осадка, его промывку и сушку (US 20080025896, 31.01.2008, описание, пример 10).

Однако известный способ не позволяет получить фазовочистый нанопорошок, характеризующийся содержанием редкоземельных элементов более чем 0,2 моля.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа получения однофазного нанопорошка фторида бария, легированного редкоземельным металлом, имеющего кубическую кристаллическую структуру типа флюорита и характеризующегося повышенным содержанием редкоземельного металла.

Поставленная задача решается описываемым способом синтеза однофазного нанопорошка фторида бария, легированного редкоземельным металлом, включающим смешивание фторирующего соединения с раствором, содержащим соль бария и соль редкоземельного элемента при их мольном отношении, равном от 0.74:0.26 до 0.30:0.70 соответственно, с получением осадка, его промывку и сушку.

Предпочтительно, в качестве фторирующего соединения используют раствор фтористоводородной кислоты или раствор фторида аммония.

Предпочтительно, смешивание растворов осуществляют покапельно.

Предпочтительно, на смешивание подают водный или водно-этанольный раствор, содержащий соль бария и соль редкоземельного элемента.

Предпочтительно, сушку осадка производят при температуре 60-80°С.

Для полного обезвоживания полученный продукт подвергают дополнительной термообработке путем нагрева до 400°С.

Заявленный способ прост в исполнении.

Готовят смешанные растворы солей бария и редкоземельных элементов, причем соотношение мольных концентраций меняют в пределах от 0.74:0.26 до 0.30:0.70. В качестве растворителя может быть использована вода или смеси воды с этиловым спиртом. В качестве солей могут быть выбраны нитраты, хлориды или другие растворимые соли бария и редкоземельных элементов, которые могут быть приготовлены путем растворения оксидов, карбонатов или других нерастворимых солей в соответствующих кислотах. Приготовленные растворы покапельно смешиваются при перемешивании с растворами, содержащими фтор-ион, например растворами фтористоводородной кислоты или фторида аммония. Образуется осадок, состоящий из наночастиц. В случае использования фтористоводородной кислоты реакционная смесь или осадок нейтрализуется водным раствором аммиака. Полученный осадок отстаивается, фильтруется и высушивается при температуре 60-80°С. Для полного обезвоживания может нагреваться до 400°С.

Ниже приведены конкретные примеры осуществления заявленного способа.

Для подтверждения решения поставленной задачи приведены результаты рентгенофазового анализа.

Определение эффективных размеров наночастиц и величин микродеформаций проведено по уширению линий на рентгенограммах порошка по методике D.Louer, изложенной в J.Powder Diffraction, 2002, V.17, N4, P.262-268.

Пример 1. Нитрат бария (ОС.Ч.10-2) растворили в дистиллированной воде (0,05-0,2 моль/л), затем смешали с раствором нитрата иттрия (0,05-0,2 моль/л), полученным растворением оксида иттрия (ХЧ) в концентрированной HNO3 (ОС.Ч.18-4). Соотношение мольной концентрации бария к иттрию в растворе составило 0.57:0.43. Полученный раствор покапельно добавляли в раствор фтористоводородной кислоты (4%, ХЧ). Выпавший белый студенистый осадок декантировали и нейтрализовали добавлением аммиачной воды (концентрации 25%). Величину pH определяли посредством индикаторной тест-полоски. Дважды промывали дистиллированной водой и сушили при температуре 60-80°С. Согласно данным рентгенофазового анализа был получен однофазный образец флюоритовой структуры. Параметр решетки а=5.892 Å. Величина области когерентного рассеяния D=46 нм, величина микродеформаций е=6.1·10-3.

Пример 2. Аналогичен примеру 1, только вместо оксида иттрия использовался оксид иттербия марки ХЧ. Получен однофазный образец кубической флюоритовой структуры, параметр решетки а=5.848 Å, величина области когерентного рассеяния D=19 нм, величина микродеформаций е=8.7·10-3.

Пример 3. Аналогичен примеру 1, только взята смесь оксидов иттрия и иттербия. Соотношение атомных концентраций Ba:Y:Yb=0.57:0.385:0.045. Получен однофазный образец кубической флюоритовой структуры, параметр решетки а=5.893(2) Å величина области когерентного рассеяния D=52 нм, величина микродеформаций е=8.0·10-3.

Пример 4. Аналогичен примеру 1, только вместо оксида иттрия использовался оксид эрбия. Получен однофазный образец кубической флюоритовой структуры, параметр решетки а=5.853 Å, величина области когерентного рассеяния D=46 нм, величина микродеформаций е=8.8·10-3.

Пример 5. Аналогичен примеру 1, только вместо оксида иттрия использовался оксид неодима марки ХЧ, предварительно прокаленный при 800°С в течение 2 ч со скоростью нагрева 10 град/мин. Получен однофазный образец кубической флюоритовой структуры, параметр решетки а=5.990 Å, величина области когерентного рассеяния D=90 нм, величина микродеформаций е=2.42·10-3.

Пример 6. Аналогичен примеру 1, только вместо оксида иттрия использовался шестиводный нитрат празеодима. Получен однофазный образец кубической флюоритовой структуры, параметр решетки а=6.0236 Å.

Пример 7. Аналогичен примеру 1. Соотношение атомной концентрации бария к иттрию в растворе составило 0.35:0.65. Получен однофазный образец кубической флюоритовой структуры, параметр решетки а=5.827 Å, D=45 нм, е=5.85·10-3.

Пример 8. Аналогичен примеру 1. Соотношение атомной концентрации бария к иттрию в растворе составило 0.74:0.26. Получен однофазный образец кубической флюоритовой структуры, параметр решетки а=5.899 Å.

Пример 9. Аналогичен примеру 1. Соотношение атомной концентрации бария к иттрию в растворе составило 0.30:0.70. Получен однофазный образец кубической флюоритовой структуры, параметр решетки а=5.748 Å.

Пример 10. Аналогичен примеру 1, только вместо раствора нитрата иттрия, полученного растворением оксида иттрия (ХЧ) в концентрированной HNO3 (ОС.Ч.18-4), использовали раствор нитрата иттрия, полученный растворением шестиводного нитрата иттрия Y(NO3)3•6H2O (содержание основного компонента 99,99%) в бидистиллированной воде, а также вместо покапельного добавления раствора нитратов в раствор фтористоводородной кислоты осуществляли их полное однократное смешение. Исходная концентрация нитрата бария - 0.088 моль/л. Получена взвесь твердой фазы, медленно седиментирующая с образованием белого студенистого осадка. Согласно данным рентгенофазового анализа получен однофазный образец кубической флюоритовой структуры, параметр решетки а=5.893 Å, величина области когерентного рассеяния D=65 нм, величина микродеформаций е=6.0·10-3.

Пример 11. Аналогичен примеру 1, только вместо раствора нитрата иттрия, полученного растворением оксида иттрия (ХЧ) в концентрированной HNO3 (ОС.Ч.18-4), использовали раствор нитрата иттрия, полученный растворением шестиводного нитрата иттрия Y(NO3)3•6H2O (содержание основного компонента 99,99%) в бидистиллированной воде, и вместо дистиллированной воды использован водно-этанольный раствор, содержащий 10 объемных % С2Н5ОН. Получена взвесь твердой фазы, медленно седиментирующая с образованием белого студенистого осадка. Получен однофазный образец кубической флюоритовой структуры, параметр решетки а=5.905 Å, величина области когерентного рассеяния D=38 нм, величина микродеформаций е=6.0·10-3.

Пример 12. Аналогичен примеру 1, только вместо раствора нитрата иттрия, полученного растворением оксида иттрия (ХЧ) в концентрированной HNO3 (ОС.Ч.18-4), использовали раствор нитрата иттрия, полученный растворением шестиводного нитрата иттрия Y(NO3)3•6H2O (содержание основного компонента 99,99%) в бидистиллированной воде, только вместо раствора фтористоводородной кислоты (4%, ХЧ) использован раствор фторида аммония NH4F с концентрацией 0,32 моль/л. Получен однофазный образец кубической флюоритовой структуры, параметр решетки а=5.965 Å, величина области когерентного рассеяния D=45 нм, величина микродеформаций е=9.0·10-3.

Таким образом, приведенные примеры показывают, что путем соосаждения из растворов, содержащих ионы бария и редкоземельных элементов при мольном соотношении от 0.74:0.26 до 0.30:0.70, при покапельном смешивании с раствором фтористоводородной кислоты или фторида аммония получены осадки фаз со структурой флюорита, размер частиц которых составляет менее 100 нм. Определенные параметры решетки флюоритовых твердых растворов Ba1-xRxF2+x, где R - редкоземельные элементы, x - мольная доля соответствующего трифторида, соответствуют номинальной концентрации ионов бария и редкоземельных элементов при вычислениях по формуле, приведенной в работе: Федоров П.П., Соболев Б.П. Концентрационная зависимость параметров элементарных ячеек фаз M1-xRxF2+x со структурой флюорита. // Кристаллография. 1992. Т.37. №5. С.1210-1219.

Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 38.
20.03.2013
№216.012.304d

Способ обработки высокотемпературного сверхпроводника

Изобретение относится к области сверхпроводимости и нанотехнологий, а именно к способу получения и обработки композитных материалов на основе высокотемпературных сверхпроводников (BTCП), которые могут быть использованы в устройствах передачи электроэнергии, для создания токоограничителей,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477900
Дата охранного документа: 20.03.2013
20.03.2013
№216.012.3070

Нейтронный генератор

Заявленное изобретение предназначено для использования в нейтронной технике для формирования потоков нейтронов высокой плотности, в частности в экспериментальной нейтронной физике, ядерной геофизике, при анализе материалов, в том числе нейтронно-активационном анализе. Заявленное устройство...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477935
Дата охранного документа: 20.03.2013
10.05.2013
№216.012.3db6

Способ антикоррозионной защиты металлических конструкций и крупногабаритного промышленного оборудования

Изобретение относится к способам антикоррозионной защиты металлических конструкций и крупногабаритного промышленного оборудования, эксплуатируемых в атмосферных условиях, путем нанесения на поверхность лакокрасочного покрытия. Предложен способ антикоррозионной защиты, заключающийся в том, что...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002481365
Дата охранного документа: 10.05.2013
10.06.2013
№216.012.48af

Лазерная фторидная нанокерамика и способ ее получения

Изобретение относится к технологии получения оптических поликристаллических материалов, а именно фторидной керамики, имеющей наноразмерную структуру и усовершенствованные оптические, лазерные и генерационные характеристики. Фторидную нанокерамику получают термомеханической обработкой исходного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484187
Дата охранного документа: 10.06.2013
10.12.2013
№216.012.8804

Способ получения порошков фторсульфидов редкоземельных элементов lnsf

Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к получению порошков, которые могут применяться в лазерной технике и оптическом приборостроении. Способ получения порошков фторсульфидов редкоземельных элементов (РЗЭ) включает приготовление шихты и последующую ее термическую...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002500502
Дата охранного документа: 10.12.2013
20.04.2014
№216.012.bb20

Способ контроля уровня расположения поверхности жидких компонентов топлива в баках ракет-носителей и система для его осуществления

Изобретения относятся к области ракетно-космической техники и могут найти применение при осуществлении контроля уровня расположения поверхности жидких компонентов топлива в баках ракет-носителей. Технический результат - повышение точности контроля уровня заправки и энергетических характеристик...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002513632
Дата охранного документа: 20.04.2014
20.05.2014
№216.012.c2db

Способ получения оптической керамики

Изобретение относится к технологии получения оптических поликристаллических материалов, а именно керамики на основе фторидов щелочноземельных и редкоземельных элементов, обладающих свойствами широкого спектра действия в виде лазерных и сцинтилляционных материалов. Техническим результатом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515642
Дата охранного документа: 20.05.2014
10.06.2014
№216.012.d041

Кристаллический сцинтилляционный материал на основе фторида бария и способ его получения

Группа изобретений относится к области сцинтилляционной техники, к эффективным быстродействующим сцинтилляционным детекторам, предназначенным для регистрации гамма-излучения, в приборах для быстрой диагностики в медицине, промышленности, космической технике, научных исследованиях и высоких...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002519084
Дата охранного документа: 10.06.2014
20.02.2015
№216.013.2ba9

Двухмикронный твердотельный лазер

Изобретение относится к лазерной технике. Двухмикронный твердотельный лазер содержит резонатор с активной средой и источник оптической накачки, в качестве которой использован твердотельный лазер. Резонатор сформирован из двух зеркал, в качестве активной среды использован кристалл диоксида...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542634
Дата охранного документа: 20.02.2015
27.04.2015
№216.013.4689

Способ визуализации двухмикронного лазерного излучения в видимый свет

Изобретение относится к области оптики и касается способа визуализации двухмикронного лазерного излучения. Визуализация осуществляется путем облучения двухмикронным лазерным излучением образца, имеющего спектральную полосу поглощения, близкую к спектральной полосе лазерного излучения. В...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002549561
Дата охранного документа: 27.04.2015
+ добавить свой РИД