钨酸钡

【背景及概况】^[1][2][3]

钨酸盐是一种重要的无机功能材料，具有广阔的应用前景和发展潜力，可以用作闪烁晶体、发光基质材料、光致发光物质、气敏材料、催化剂等。钨酸盐是典型的自激活发光材料，它的发光源于 WO4^2-络合离子，在 X射线，紫外光及阴极射线激发下它们就能发出高效的荧光。钨酸盐的发光光谱一般都很稳定，本征发光谱的谱带很宽，占了大部分的可见光区域。根据结构的不同，钨酸盐可以分为白钨矿型和黑钨矿型两种。在金属钨酸盐中，钨酸钙、钨酸铅、钨酸锌、钨酸镉、钨酸钡等均是重要的无机材料。由于钨酸盐作为闪烁晶体具有发光效率高、密度大、抗辐照损伤能力强、无潮解等优点，因此引起人们广泛的关注。

钨酸钡（BaWO₄）是众多二价金属钨酸盐中的一种，是一种重要的光电功能材料。钨酸钡晶体具有受激拉曼散射特性，是一种很有前景的拉曼激光晶体。钨酸钡晶体可用于全固态激光器，有可能设计使它在特别光谱区发出辐射。钨酸钡晶体因其特别的光致发光、热致发光和受激拉曼散射等特性而在许多领域比如光电、医学、光谱学等中都有重要的应用价值。

【结构】^[1]

钨酸钡晶体属于体心四方白钨矿结构，空间群 I41/a，点群 C4h6，结构如下：

【特性】^[1]

钨酸钡分子量 385.19。无色四方系晶体。难熔解，相对密度5.0415。微溶于水，溶于硝酸铵溶液。能被沸热的无机酸分解而生成黄色的三氧化钨。

【制备】^[2]

方法1：加热三氧化钨和碳酸钡的混合物，或由硼钨酸(H₅BW₁₂O₄₀)和煮沸的氢氧化钡水溶液作用分离出硼酸钡而得钨酸钡。

方法2：以钨酸钠 和硝酸钡为起始反应物，柠檬酸为金属离子络合剂及导向剂，蒸馏水为溶剂，采用微波辐射工艺技术，具体操作方案如下：

1）在室温下，准确称量0.1649克钨酸钠(NaWO₄·2H₂O)固体，加入10毫升蒸馏水，从而配制特定浓度的钨酸钠溶液；

2）称量0.1307克硝酸钡(Ba(NO₃)₂)和0.0105克柠檬酸，加入10毫升水，高速搅拌5分钟，配制混合溶液；

3）将步骤1）所述溶液转移至步骤二溶液中，继续搅拌10分钟；

4）将此混合溶液置于微波反应器中持续反应30分钟停止；

5）所得产物自然冷却后用蒸馏水及无水乙醇分别洗涤3～5次，60℃真空干燥48小时，即可获得多孔梭型钨酸钡材料。

【应用】^[2][3]

钨酸钡自身独特的晶体结构赋予材料优越的发光和受激拉曼散射特性，因此可作为良好的光学材料或激光施主材料，在光电子学、医药学、激光传感等领域具有重要的应用价值和开发前景。应用举例如下：

制备一种以钨酸钡为基质、铈和钛元素充当主要发光中心的钛铈共掺杂钨酸钡发光薄膜。与传统的发光粉制作的显示屏相比，发光薄膜在对比度、分辨率、热 传导、均匀性、与基底的附着性、释气速率等方面都显示出较强的优越性。 因此，作为功能材料，发光薄膜在诸如阴极射线管CRTs、电致发光显示 ELDs及场发射显示FEDs等平板显示领域中有着广阔的应用前景。本发明的钛铈共掺杂钨酸钡发光薄膜，薄膜的化学通式为 Ba1‑x‑yW₂O₈:xCe³⁺，yTi⁴⁺；其中，Ba1‑x‑yW₂O₈（钨酸钡）为基质，铈和钛为掺杂元素；x的取值范围为0.1～0.4，y的取值范围为0.05～0.3；优选x的取值为0.2，y的取值为0.1。其制备工艺如下：

步骤S1、陶瓷靶材的制备：根据化学通式Ba1‑x‑yW₂O₈:xCe³⁺，yTi⁴⁺各元素化学计量比，选用BaO，WO₃，Ce₂O₃和TiO₂粉体，经过均匀混合后，在900～1300℃（优选1250℃）下烧结，得到靶材；其中，x的取值范围为 0.1～0.4，y的取值范围为0.05～0.3；优选，x的取值为0.2，y的取值为0.1；

步骤S2、将步骤S1中的靶材和衬底装入磁控溅射镀膜设备的真空腔体，用机械泵和分子泵把腔体的真空度抽至1.0×10‑3Pa～1.0×10‑5Pa，优选真空度为5.0×10‑4Pa；

步骤S3、调整磁控溅射镀膜工艺参数为：基靶间距为50～100mm，优选75mm；衬底温度为250℃～750℃，优选600℃；通入纯氩气和氢气混合作工作气体（其中，氢气的体积百分比为1～15％，优选10％），气体流量 15～30sccm，优选25sccm；磁控溅射工作压强0.2～4.5Pa，优选2.0Pa；工艺参数调整完后，接着进行制膜，得到薄膜样品；

步骤S4、将步骤S3得到的薄膜样品置于真空炉中，于500～800℃、真空状态下退火处理1～3h，得到化学通式为Ba1‑x‑yW₂O₈:xCe³⁺，yTi⁴⁺的钛铈共掺杂钨酸钡发光薄膜；其中，Ba1‑x‑yW₂O₈为基质，Ce和Ti为掺杂元素。

【参考文献】

[1] 易小红. 纳米钨酸钡与钨酸镉的合成及其发光性能研究[D]. 福州大学, 2010.

[2] 孙嬿;李春生;王莉娜;马雪刚;王耀祖.一种多孔梭形钨酸钡的制备. CN201210052194.0 ，申请日2012-03-02

[3] 周明杰;王平;陈吉星;黄辉.钛铈共掺杂钨酸钡发光薄膜、其制备方法及有机电致发光器件. CN201110126043.0 ，申请日2011-05-16