CN115341262B - 一种钆基硼酸盐晶体及其制备方法和应用 - Google Patents
一种钆基硼酸盐晶体及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115341262B CN115341262B CN202210906326.5A CN202210906326A CN115341262B CN 115341262 B CN115341262 B CN 115341262B CN 202210906326 A CN202210906326 A CN 202210906326A CN 115341262 B CN115341262 B CN 115341262B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- containing compound
- gadolinium
- crystal
- borate crystal
- cooling
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims abstract description 71
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 20
- UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N gadolinium atom Chemical compound [Gd] UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 20
- BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N Borate Chemical compound [O-]B([O-])[O-] BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 17
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 8
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 51
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 31
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 29
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 23
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 19
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 16
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 claims description 16
- 229910016036 BaF 2 Inorganic materials 0.000 claims description 8
- YWPPACBAJPVKGE-UHFFFAOYSA-N gadolinium(3+);borate Chemical compound [Gd+3].[O-]B([O-])[O-] YWPPACBAJPVKGE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 3
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims 1
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 abstract description 2
- 239000002178 crystalline material Substances 0.000 abstract 1
- 239000002907 paramagnetic material Substances 0.000 abstract 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 23
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 20
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 7
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 7
- 238000010532 solid phase synthesis reaction Methods 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 5
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 5
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 230000005283 ground state Effects 0.000 description 3
- 239000003446 ligand Substances 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 230000005298 paramagnetic effect Effects 0.000 description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 2
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 229910005690 GdF 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000001808 coupling effect Effects 0.000 description 1
- 230000005347 demagnetization Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 238000010595 magnetization diagram Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 206010063401 primary progressive multiple sclerosis Diseases 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- -1 rare earth ion Chemical class 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 238000003746 solid phase reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013112 stability test Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000002411 thermogravimetry Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B1/00—Single-crystal growth directly from the solid state
- C30B1/02—Single-crystal growth directly from the solid state by thermal treatment, e.g. strain annealing
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B1/00—Single-crystal growth directly from the solid state
- C30B1/10—Single-crystal growth directly from the solid state by solid state reactions or multi-phase diffusion
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
- H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
- H01F1/012—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials adapted for magnetic entropy change by magnetocaloric effect, e.g. used as magnetic refrigerating material
- H01F1/017—Compounds
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
本发明公开了一种钆基硼酸盐晶体及其制备方法和应用，所述钆基硼酸盐晶体的化学式为Ba5Gd3(BO3)6F，该晶体属单斜晶系，空间群为P21/c，其晶胞参数为： α＝γ＝90°，β＝99.116(7)°，Z＝1。本发明提供的钆基硼酸盐晶体属于顺磁材料，具有可忽略的磁滞效应，具体在3K，Δμ0H＝9T条件下，表现出的最大磁熵变值为29.86J kg‑1K‑1，因此，该晶体材料在作为磁制冷剂方面具有巨大潜力。此外，本发明还进一步提供了上述钆基硼酸盐晶体的制备方法，该方法方便快捷，易于操作，具有较大的工业应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及磁制冷材料技术领域。更具体地，涉及一种钆基硼酸盐晶体及其制备方法和应用。
背景技术
磁热效应是所有磁性材料的固有性质。磁制冷材料主要依靠等温磁化和绝热去磁过程来实现对周围环境的降温：外加磁场为零时，材料内磁矩方向杂乱无序，磁熵较大；等温条件下施加磁场，磁矩取向趋于一致，磁熵减小，磁场对材料做功使体系绝热温度上升，向环境放热；其后在绝热条件下撤去外加磁场，磁矩恢复杂乱状态，磁熵增大，体系绝热温度下降，向外界环境吸热，达到制冷的目的。磁制冷技术是基于材料的磁热效应(MCE)以获得极低温度的技术，较传统制冷技术，其有高效率、低能耗、绿色环保的优势，被誉为绿色制冷技术，因此也受到世界各国的重视。
磁制冷材料的选择要求磁性分子具有大的自旋基态、小的磁各向异性、高的磁密度、合适的磁交换以及低能量的激发自旋态。Gd3+离子具有半充满的4f电子壳层，基态自旋大，磁各向异性可忽略，钆基化合物可作为良好的低温磁制冷材料。因此，本发明旨在提供一种在磁制冷材料领域具有较大应用前景的新型钆基硼酸顺磁盐晶体材料。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种钆基硼酸盐晶体。
本发明的第二个目的在于提供一种钆基硼酸盐晶体的制备方法。
本发明的第三个目的在于提供一种钆基硼酸盐晶体在用作磁制冷材料中的应用。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
第一方面，本发明提供一种钆基硼酸盐晶体，所述钆基硼酸盐晶体的化学式为Ba5Gd3(BO3)6F。
进一步，所述钆基硼酸盐晶体属单斜晶系，空间群为P21/c，其晶胞参数为： α＝γ＝90°，β＝99.116(7)°，Z＝1。
其中，稀土离子Gd3+具有高自旋基态和较小磁各向异性，但是磁性阳离子Gd3+的体积较大，常见的几种配位环境中的配体较多，本发明选择体积和相对分子质量小的配体，在构建化合物基本框架时，可以给体积较大的磁性阳离子提供尽可能多的填充空间，同时保证磁性阳离子之间存在一定的间距以较少磁相互作用，尽可能提高稀土/配体的质量比值来提高晶体磁密度。此外，小分子量的BO3 3-作为配体，还可以降低晶体在实际应用过程中的加工难度并提高晶体的制冷稳定性。
第二方面，本发明提供一种上述钆基硼酸盐晶体的制备方法，该方法包括以下步骤：
将含Ba化合物、含Gd化合物、含B化合物和含F化合物混匀，在有氧环境下，匀速升温至650℃-700℃，恒温预烧，一次冷却后研磨；在真空环境下，再次匀速升温至800℃-810℃，恒温反应，二次冷却后研磨得到钆基硼酸盐晶体。
进一步，在上述方法中，所述含Ba化合物、含Gd化合物、含B化合物和含F化合物中，Ba、Gd、B和F的摩尔比为4-6:2-4:5-7:1；优选为5:3:6:1。其中，原料配比在本发明范围内可进一步减少目标产物的杂相比例。
所述含Ba化合物为含Ba的碳酸盐或含Ba的氟化物。
所述含Gd化合物为含Gd的氧化物。
所述含B化合物为H3BO3或B2O3。
所述含F化合物为BaF2。
所述匀速升温或所述再次匀速升温的升温速率为30℃/h-40℃/h。
所述恒温预烧的时间为1d-3d。其中，恒温煅烧目的在于去除反应物中的H2O以及CO2，并进行初步固相反应，所述有氧环境优选为空气气氛。
所述一次冷却是在40℃/h-50℃/h的降温速率下进行的。
所述二次冷却是在30℃/h-40℃/h的降温速率下进行的。
第五方面，本发明提供一种上述钆基硼酸盐晶体在用作磁制冷材料中的应用。
另需注意的是，如果没有特别说明，本发明所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及以端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。本发明中制备方法如无特殊说明则均为常规方法，所用的原料如无特别说明均可从公开的商业途径获得或根据现有技术制得。
本发明的有益效果
1)本发明提供的钆基硼酸盐晶体属于顺磁盐材料，具有可忽略的磁滞效应，用作磁制冷材料具有较高的制冷效率。
2)本发明提供的钆基硼酸盐晶体，在3K，Δμ0H＝9T条件下表现出的最大磁熵变值为29.86J kg-1K-1，在作为磁制冷剂方面具有巨大潜力。
3)本发明提供的钆基硼酸盐晶体的制备方法方便快捷，易于操作，有较大的应用前景。
附图说明
图1示出实施例1制备的Ba5Gd3(BO3)6F晶体的XRD图。
图2示出实施例1制备的Ba5Gd3(BO3)6F晶体的结构示意图。
图3示出实施例1制备的Ba5Gd3(BO3)6F晶体的红外光谱图。
图4示出实施例1制备的Ba5Gd3(BO3)6F晶体的热重曲线图。
图5示出实施例1制备的Ba5Gd3(BO3)6F晶体的变温磁化率曲线以及居里外斯拟合曲线图。
图6示出实施例1制备的Ba5Gd3(BO3)6F晶体的变温变场磁化强度图。
图7示出实施例1制备的Ba5Gd3(BO3)6F晶体的Arrott曲线图。
图8示出实施例1制备的Ba5Gd3(BO3)6F晶体的磁熵变化图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据以上发明的内容做出一些非本质的改进和调整。在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
采用高温固相法制备粉末状Ba5Gd3(BO3)6F晶体，包括如下步骤：
称取BaCO3：2.22g(11.25mmol)，BaF2：0.22g(1.25mmol)，Gd2O3：1.36g(3.75mmol)，B2O3：0.52g(7.5mmol)混匀，装入Φ20mm×20mm的开口铂金坩埚中，将其压实，放入马弗炉中，在空气环境下以30℃/h的加热速率升温至700℃，恒温预烧2d，再以50℃/h的速率冷却至室温，研磨后得到初步预烧产物。后将预烧产物倒入石英玻璃管中抽真空密封，放入马弗炉中，以30℃/h的加热速率升温至810℃，恒温反应2d后，以40℃/h的速率冷却至室温，研磨，制得Ba5Gd3(BO3)6F晶体的粉末样品。
将本例制备的Ba5Gd3(BO3)6F晶体样品进行如下测试：
结构表征：
采用XRD对本例得到的Ba5Gd3(BO3)6F晶体进行表征，结果如图1所示，图中显示，Ba5Gd3(BO3)6F属单斜晶系，空间群为P21/c，其晶胞参数为： α＝γ＝90°，β＝99.116(7)°，Z＝1。
本例制得的Ba5Gd3(BO3)6F结构示意图见图2所示。
图3是本例得到的Ba5Gd3(BO3)6F晶体红外光谱表征结果，图中显示，BO3 3-的不对称伸缩振动峰在1265，1213和1165cm-1，BO3 3-的对称伸缩振动峰在916cm-1，BO3 3-的弯曲振动峰位于740和586cm-1。红外光谱表明Ba5Gd3(BO3)6F晶体中B的配位方式是BO3，与实际结构相吻合。
热稳定性测试：
该Ba5Gd3(BO3)6F晶体的热重分析结果如图4所示，表明此晶体材料在室温到其熔点1235℃的温度范围内稳定性良好，不存在相变以及质量损失。
磁性测试：
采用Quantum Design PPMS-9综合物性***在2K-300K范围内，磁场0T-9T条件下进行以下磁热效应研究：
在温度范围为2K-300K，磁场范围为0-9T的条件下测得Ba5Gd3(BO3)6F晶体的变温磁化率以及变温磁化率倒数曲线如图5所示。根据居里-外斯定理对变温磁化率倒数曲线进行线性拟合，可得该化合物为顺磁盐材料，C＝7.56emu K mol-1，θ＝0.98K，正的外斯常数说明了Ba5Gd3(BO3)6F晶体的极其弱的铁磁耦合作用，适用于用作磁制冷材料。
在温度范围为2K-10K，磁场范围为0-9T的条件下测得的Ba5Gd3(BO3)6F晶体的变温变场磁化强度图，如图6所示。曲线显示随着磁场强度的增强，Ba5Gd3(BO3)6F晶体的磁化强度逐渐增加，并在温度2K、磁场9T时达到饱和值6.72NμΒ和理论值7NμΒ十分接近。
Ba5Gd3(BO3)6F晶体的相变类型可以根据Banerjee准则：用变温变场的磁化强度数据来估算，所得结果如图7的Arrott曲线，曲线上每点的斜率均为正，说明该晶体材料的磁相变属于二级磁相变。
Ba5Gd3(BO3)6F晶体的磁熵变化可根据Maxwell公式：用变温变场的磁化强度数据来估算，所得结果如图8的磁熵曲线，可知测试范围内晶体材料在3K，Δμ0H＝9T时表现出最大磁熵变值29.86J kg-1K-1。
实施例2
采用高温固相法制备粉末状Ba5Gd3(BO3)6F晶体，包括如下步骤：
称取BaCO3：2.22g(11.25mmol)，BaF2：0.22g(1.25mmol)，Gd2O3：1.36g(3.75mmol)，H3BO3：0.93g(15mmol)混匀，装入Φ20mm×20mm的开口铂金坩埚中，将其压实，放入马弗炉中，在空气环境下以30℃/h的加热速率升温至700℃，恒温预烧2d，再以50℃/h的速率冷却至室温，研磨后得到初步预烧产物。后将预烧产物倒入石英玻璃管中抽真空密封，放入马弗炉中，以30℃/h的加热速率升温至810℃，恒温反应2d后，以40℃/h的速率冷却至室温，研磨，制得Ba5Gd3(BO3)6F晶体的粉末样品。
采用XRD对本例得到的Ba5Gd3(BO3)6F晶体进行表征，结果与实施例1基本一致。
实施例3
采用高温固相法制备粉末状Ba5Gd3(BO3)6F晶体，包括如下步骤：
称取BaCO3：2.22g(11.25mmol)，BaF2：0.22g(1.25mmol)，Gd2O3：1.36g(3.75mmol)，H3BO3：0.46g(7.5mmol)和B2O3：0.26g(3.75mmol)混匀，装入Φ20mm×20mm的开口铂金坩埚中，将其压实，放入马弗炉中，在空气环境下以30℃/h的加热速率升温至700℃，恒温预烧2d，再以50℃/h的速率冷却至室温，研磨后得到初步预烧产物。后将预烧产物倒入石英玻璃管中抽真空密封，放入马弗炉中，以30℃/h的加热速率升温至810℃，恒温反应2d后，以40℃/h的速率冷却至室温，研磨，制得Ba5Gd3(BO3)6F晶体的粉末样品。
采用XRD对本例得到的Ba5Gd3(BO3)6F晶体进行表征，结果与实施例1基本一致。
实施例4
采用高温固相法制备粉末状Ba5Gd3(BO3)6F晶体，包括如下步骤：
称取BaCO3：2.22g(11.25mmol)，BaF2：0.22g(1.25mmol)，Gd2O3：1.36g(3.75mmol)，H3BO3：0.46g(7.5mmol)和B2O3：0.26g(3.75mmol)混匀，装入Φ20mm×20mm的开口铂金坩埚中，将其压实，放入马弗炉中，在空气环境下以30℃/h的加热速率升温至700℃，恒温预烧1d，再以50℃/h的速率冷却至室温，研磨后得到初步预烧产物。后将预烧产物倒入石英玻璃管中抽真空密封，放入马弗炉中，以30℃/h的加热速率升温至810℃，恒温反应2d后，以40℃/h的速率冷却至室温，研磨，制得Ba5Gd3(BO3)6F晶体的粉末样品。
采用XRD对本例得到的Ba5Gd3(BO3)6F进行表征，结果与实施例1基本一致。
对比例1
采用高温固相法制备晶体，包括如下步骤：
称取BaCO3：2.96g(15mmol)，Gd2O3：1.45g(4mmol)，GdF3：0.21g(1mmol)和B2O3：0.63g(9mmol)混匀，装入Φ20mm×20mm的开口铂金坩埚中，将其压实，放入马弗炉中，在空气环境下以30℃/h的加热速率升温至700℃，恒温预烧1d，再以50℃/h的速率冷却至室温，研磨后得到初步预烧产物。后将预烧产物倒入石英玻璃管中抽真空密封，放入马弗炉中，以30℃/h的加热速率升温至810℃，恒温反应2d后，以40℃/h的速率冷却至室温，研磨，制得粉末样品。
采用XRD对本例得到的粉末样品进行表征，结果显示本例粉末样品的XRD与实施例1不符，即未能合成目标产物Ba5Gd3(BO3)6F晶体。
对比例2
采用高温固相法制备晶体，包括如下步骤：
称取BaCO3：2.22g(11.25mmol)，BaCl2：0.26g(1.25mmol)，Gd2O3：1.36g(3.75mmol)，B2O3：0.52g(7.5mmol)混匀，装入Φ20mm×20mm的开口铂金坩埚中，将其压实，放入马弗炉中，在空气环境下以30℃/h的加热速率升温至700℃，恒温预烧2d，再以50℃/h的速率冷却至室温，研磨后得到初步预烧产物。后将预烧产物倒入石英玻璃管中抽真空密封，放入马弗炉中，以30℃/h的加热速率升温至810℃，恒温反应2d后，以40℃/h的速率冷却至室温，研磨，制得粉末样品。
采用XRD对本例得到的粉末样品进行表征，结果显示本例粉末样品的XRD谱图与实施例1不符，即未能合成目标产物Ba5Gd3(BO3)6F晶体。
对比例4
采用高温固相法制备晶体，包括如下步骤：
称取BaCO3：2.22g(11.25mmol)，BaF2：0.22g(1.25mmol)，Gd2O3：1.36g(3.75mmol)，B2O3：0.52g(7.5mmol)混匀，装入Φ20mm×20mm的开口铂金坩埚中，将其压实，放入马弗炉中，在空气环境下以30℃/h的加热速率升温至700℃，恒温预烧2d，再以50℃/h的速率冷却至室温，研磨后得到初步预烧产物。空气中将预烧产物倒入石英玻璃管中，放入马弗炉，以30℃/h的加热速率升温至810℃，恒温反应2d后，以40℃/h的速率冷却至室温，研磨，制得粉末样品。
采用XRD对本例得到的粉末样品进行表征，结果显示本例粉末样品的XRD谱图与实施例1不符，即未能合成目标产物Ba5Gd3(BO3)6F晶体。
对比例5
采用水溶液法制备晶体，包括如下步骤：
称取BaCO3：2.22g(11.25mmol)，BaF2：0.22g(1.25mmol)，Gd2O3：1.36g(3.75mmol)，B2O3：0.52g(7.5mmol)混匀放置于100mL玻璃烧杯中，将其溶解于体积浓度为40％的浓硝酸中，将其放置于200℃的烘箱中至烘干。将得到的白色粉末放置于Φ20mm×20mm的开口铂金坩埚中，将其压实，放入马弗炉中，在空气环境下以30℃/h的加热速率升温至700℃，恒温预烧2d，再以50℃/h的速率冷却至室温，研磨后得到初步预烧产物。后将预烧产物倒入石英玻璃管中抽真空密封，放入马弗炉中，以30℃/h的加热速率升温至810℃，恒温反应2d后，以40℃/h的速率冷却至室温，研磨，制得粉末样品。
采用XRD对本例得到的粉末样品进行表征，结果显示本例粉末样品的XRD谱图与实施例1不符，即未能合成目标产物Ba5Gd3(BO3)6F晶体。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所做的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (13)
1.一种钆基硼酸盐晶体，其特征在于，所述钆基硼酸盐晶体的化学式为Ba5Gd3(BO3)6F，所述钆基硼酸盐晶体属单斜晶系，空间群为P21/c，其晶胞参数为： α＝γ＝90°，β＝99.116(7)°，Z＝1。
2.一种如权利要求1所述的钆基硼酸盐晶体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将含Ba化合物、含Gd化合物、含B化合物和含F化合物混匀，在有氧环境下，匀速升温至650℃-700℃，恒温预烧，一次冷却后研磨；在真空环境下，再次匀速升温至800℃-810℃，恒温反应，二次冷却后研磨得到所述钆基硼酸盐晶体。
3.根据权利要2所述的制备方法，其特征在于，所述含Ba化合物、含Gd化合物、含B化合物和含F化合物中，Ba、Gd、B和F的摩尔比为4-6:2-4:5-7:1。
4.根据权利要2所述的制备方法，其特征在于，所述含Ba化合物、含Gd化合物、含B化合物和含F化合物中，Ba、Gd、B和F的摩尔比为5:3:6:1。
5.根据权利要2所述的制备方法，其特征在于，所述含Ba化合物为含Ba的碳酸盐或含Ba的氟化物。
6.根据权利要2所述的制备方法，其特征在于，所述含Gd化合物为含Gd的氧化物。
7.根据权利要2所述的制备方法，其特征在于，所述含B化合物为H3BO3或B2O3。
8.根据权利要2所述的制备方法，其特征在于，所述含F化合物为BaF2。
9.根据权利要2所述的制备方法，其特征在于，所述匀速升温或所述再次匀速升温的升温速率为30℃/h-40℃/h。
10.根据权利要2所述的制备方法，其特征在于，所述恒温预烧的时间为1d-3d。
11.根据权利要2所述的制备方法，其特征在于，所述一次冷却是在40℃/h-50℃/h的降温速率下进行的。
12.根据权利要2所述的制备方法，其特征在于，所述二次冷却是在30℃/h-40℃/h的降温速率下进行的。
13.一种如权利要求1所述的钆基硼酸盐晶体或如权利要求2-12任一所述的制备方法制得的钆基硼酸盐晶体在用作磁制冷材料中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210906326.5A CN115341262B (zh) | 2022-07-29 | 2022-07-29 | 一种钆基硼酸盐晶体及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210906326.5A CN115341262B (zh) | 2022-07-29 | 2022-07-29 | 一种钆基硼酸盐晶体及其制备方法和应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115341262A CN115341262A (zh) | 2022-11-15 |
| CN115341262B true CN115341262B (zh) | 2023-08-01 |
Family
ID=83949396
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210906326.5A Active CN115341262B (zh) | 2022-07-29 | 2022-07-29 | 一种钆基硼酸盐晶体及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115341262B (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030230741A1 (en) * | 1999-11-19 | 2003-12-18 | Osram Sylvania Inc. | Long life, white light emitting electroluminescent phosphor |
| CN102660771A (zh) * | 2012-04-25 | 2012-09-12 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 非线性光学晶体硼酸氧镉钆 |
| CN103741217A (zh) * | 2014-01-20 | 2014-04-23 | 中国科学院理化技术研究所 | 硼酸钇钠、硼酸钇钠非线性光学晶体及制法和用途 |
-
2022
- 2022-07-29 CN CN202210906326.5A patent/CN115341262B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030230741A1 (en) * | 1999-11-19 | 2003-12-18 | Osram Sylvania Inc. | Long life, white light emitting electroluminescent phosphor |
| CN102660771A (zh) * | 2012-04-25 | 2012-09-12 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 非线性光学晶体硼酸氧镉钆 |
| CN103741217A (zh) * | 2014-01-20 | 2014-04-23 | 中国科学院理化技术研究所 | 硼酸钇钠、硼酸钇钠非线性光学晶体及制法和用途 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 不同气氛下YAl3(BO3)4晶体的生长和激光性能研究;涂衡等;《人工晶体学报》;第第45卷卷(第第7期期);第1727-1731页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115341262A (zh) | 2022-11-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100455536C (zh) | 一种镥铝石榴石基透明陶瓷及其制备方法 | |
| CN110970170B (zh) | 一种FeTeSe多晶超导体的制备方法 | |
| CN112852388B (zh) | 一种低温区稀土金属氧化物磁热效应材料、其制备方法及应用 | |
| CN115346744A (zh) | 一种磁制冷材料及其制备方法和应用 | |
| CN111072063A (zh) | 一种钙钛矿稀土金属氧化物低温磁制冷材料及其制备方法 | |
| Yang et al. | Synthesis and photoluminescence of Eu3+-or Tb3+-doped Mg2SiO4 nanoparticles prepared by a combined novel approach | |
| Wang et al. | Structural and cryogenic magnetic properties in AGd (MoO4) 2 (A= Li, Na and K) compounds | |
| CN102504820B (zh) | 一种上转换荧光/顺磁性双功能纳米晶的制备方法 | |
| CN111403137B (zh) | 稀土RE2ZnMnO6氧化物磁制冷材料及其制备方法 | |
| CN107345134B (zh) | 一种高灵敏度稀土掺杂钨青铜荧光探温材料 | |
| CN103588474B (zh) | 一种包覆结构的磁电复相陶瓷的制备方法 | |
| CN115341262B (zh) | 一种钆基硼酸盐晶体及其制备方法和应用 | |
| CN115240940B (zh) | 一种稀土碱金属磷酸盐及其制备方法及应用 | |
| CN115557513B (zh) | 一种钆基硼酸盐化合物，制备及其应用 | |
| CN105271151A (zh) | 一种磷酸钆纳米材料的制备方法 | |
| CN111410514B (zh) | 一种光学测温材料及其制备方法和非接触式测温材料 | |
| CN103508492A (zh) | 一种快速制备NdWO4(OH)纳米粉体的方法 | |
| CN114804184A (zh) | 一种极低温磁制冷材料及其制备方法与应用 | |
| Yu et al. | Precursor thermal decomposition synthesis of Eu3+-doped Y3Al5O12 (YAG) and YAlO3 (YAP) nanophosphors and their optical properties | |
| CN102701723A (zh) | Ce掺杂的LaAlO3闪烁陶瓷材料的制备方法 | |
| CN109354496B (zh) | 一种钒酸钇透明陶瓷的制备方法 | |
| CN115020053B (zh) | 应用于磁制冷的R2TiNiO6稀土氧化物及其制备方法 | |
| Khimich et al. | Synthesis of nanopowders of yttrium aluminum garnet doped by cerium (III) | |
| CN116288715A (zh) | 一种钆基硼酸盐晶体及其制备方法和应用 | |
| CN105084888B (zh) | 一种陶瓷材料及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |