一种多碱光电阴极用碱金属铷的制备方法技术

一种多碱光电阴极用碱金属铷的制备方法，属于微光夜视光电阴极技术领域。包括还原剂的选择和碱盐蒸发器的制备两个部分。选取金属钇(Y)作为还原剂置换铬酸铷中的金属铷(Rb)，化学反应式：2Y+3Rb2CrO4

【技术实现步骤摘要】
一种多碱光电阴极用碱金属铷的制备方法


[0001]本专利技术属于微光夜视光电阴极
，提供了一种利用化学反应原理，在光电阴极生产过程中，在特定条件下生成无污染、高纯度、均匀等量的铷(Rb)碱金属蒸汽的方法。

技术介绍

[0002]当光照射在特定材料上时，材料内部的电化学性质会发生变化，光能转化为电能，这种现象称为光电效应。光电效应分为外光电效应和内光电效应。光电阴极就是可以利用外光电效应发射光电子的材料。目前常用的光电阴极主要有多碱光电阴极([Cs]Na2KSb)和双碱光电阴极(K2CsSb)，多碱阴极和双碱阴极的性质较为相似，多碱光电阴极在可见光及近红外区域有较高的灵敏度，而双碱光电阴极在可见光范围具有较高的灵敏度。
[0003]碱金属(Li、Na、K、Rb、Cs)是组成光电阴极的重要元素。在制备光电阴极时，要求碱金属源：(1)产生的碱金属纯度高，放出有害气体很少；(2)碱金属生产容易控制；(3)较高的碱金属产额量。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于根据元素的金属性的强弱、元素的第一电离能的强弱以及化学热力学中的吉布斯自由能选取金属钇(Y)作为还原剂置换铬酸铷中的金属铷(Rb)，对金属钇(Y)和铬酸铷粉末按照特定比例进行混合，与电热合金(Ni80Cr20)制成碱盐蒸发器，然后进行真空蒸镀，生成无污染、高纯度、均匀等量的铷(Rb)碱金属蒸汽。
[0005]一种多碱光电阴极用碱金属铷的制备方法，其制备步骤如下：
[0006](1)选择还原剂
[0007]根据元素的金属性的强弱、元素的第一电离能的强弱以及化学热力学中的吉布斯自由能，通过实验测试选取金属钇(Y)作为还原剂置换铬酸铷中的金属铷(Rb)，化学反应式：2Y+3Rb2CrO4
→
6Rb+3CrO3++Y2O3、CrO3不稳定易分解为+3价到+6价之间的氧化物；反应在真空条件下800℃加热进行，反应过程中要严格控制反应温度；
[0008](2)碱盐蒸发器的制备
[0009]碱盐蒸发器的制备分为蒸发器原始粉末的准备、内部混合粉末的混制、外壳带材的准备、混合粉末与外壳带材的装配；
[0010]碱盐蒸发器混合粉末主要由碱金属盐铬酸铷(Rb2CrO4)和还原剂钇(Y)两种成分配置而成，成分配置比例范围为铬酸铷：钇＝3～6：7～4，采用铬酸铷作为碱金属盐类，铬酸盐易碎，将研制提纯得到的铬酸铷直接使用研钵进行手工研磨；研磨后进行粒度筛分，留取所需粒度的铬酸铷粉末；在轧机上对电热合金(Ni80Cr20)带材进行缩径加工，带材厚度为200～300μm，制成满足要求的外壳，加入混合粉末，制备出完整的碱盐蒸发器，并对碱盐蒸发器进行真空蒸镀，生成无污染、高纯度、均匀等量的铷(Rb)碱金属蒸汽；
[0011](3)所述铷(Rb)碱金属蒸汽冷凝后在基底上沉积成高性能、均匀的碱金属铷膜。
[0012]进一步地，所述原始粉末为还原剂金属钇，可通过直接购买获得，采用换桶式三维运动混合机对两种粉末进行混合，同时使用滚筒球磨机进行辅助混合。
[0013]进一步地，所述缩径加工道次为8道次。
[0014]进一步地，所述真空蒸镀的条件是：在高真空热阻蒸发系统中采用电阻加热蒸发源，接通电源，真空度达10
‑6～10
‑7Pa，蒸发电流为8200mA左右，光电流增速9.8～16.5mV/s。
[0015]本专利技术选择金属钇(Y)作为还原剂，在特定条件下(在真空条件下800℃加热)与铬酸铷能够发生氧化还原反应；并且制备出的碱盐蒸发器在蒸镀过程中，蒸发电流和蒸发特性更加稳定，不需要人工干预，成功的制备出无污染、高纯度、均匀等量的铷(Rb)碱金属蒸汽。
附图说明
[0016]图1为还原剂钇(Y)混合粉末差热曲线；
[0017]图2铬酸铷初期制备流程图；
[0018]图3混合粉末的SEM形貌图。
具体实施方式
[0019]1.选择还原剂
[0020]碱金属铷的金属性很强，根据金属性的强弱、元素的第一电离能的强弱以及化学热力学中的吉布斯自由能，初步选定了Nb、Zr、Al、Ti、ZrAl16、Y等几种元素作为还原剂，在真空手套箱中使用标准检验筛对这几种还原剂进行粒度筛分，留取粒径在150～350目的还原剂粉末，同理得到粒径在200～300目的铬酸铷粉末，然后将铬酸铷粉末分别与Nb、Zr、Al、Ti、ZrAl16、Y等还原剂粉末按照3：7的比例混合在一起，在滚筒球磨机中混合10个小时，然后取出混合粉末并对混合粉末分别进行热力学分析，在同步热分析仪中进行差示扫描分析，将分析结果绘制成差热曲线(DTA曲线)，进行深入分析，只有钇(Y)能够和铬酸铷发生反应，根据图1，可知在770℃附近发生反应，选择金属钇(Y)作为还原剂。
[0021]2.碱盐蒸发器的制备
[0022]2.1蒸发器原始粉末的准备
[0023]碱盐蒸发器混合粉末主要由两种成分配置而成，分为碱金属盐铬酸铷(Rb2CrO4)和还原剂金属钇(Y)。考虑到环境污染、三废等问题，铬酸铷的制备可以选用亚熔盐铬盐清洁技术即液相氧化法：根据图2，铬铁矿在RbOH的液相流动介质中进行氧化分解，铬酸铷粗晶从浸出浆料中分离后经纯化得到铬酸铷产品。将制备好的铬酸铷放在真空干燥箱中进行干燥，干燥温度为60℃，干燥时间为4h，铬酸盐易碎，可以直接使用研钵进行研磨，干燥完成后通过手工研磨的方式在真空手套箱中进行研磨。铬酸铷粉末粒度的范围控制在150～500目，研磨完成后使用标准检验筛进行粒度筛分，留取所需粒度的铬酸铷粉末。还原剂钇可以通过直接购买获得，但需要对所购买的金属钇粉进行成分测试，其含氢量、含氮量、含氧量应严格低于0.6％，同时钇粉的粒度范围控制在120～400目，为了保证粒度的准确性，仍需使用标准检验筛对钇粉进行筛分，留取所需粒度的金属钇粉末。将得到的铬酸铷粉末和金属钇粉末从真空手套箱中取出来放入真空干燥箱中，干燥温度为50℃，干燥时间为6～8h。
[0024]2.2内部混合粉末的混制
[0025]干燥完成后，将真空干燥箱中的铬酸铷粉末和金属钇粉末取出，将两种粉末按照一定的比例进行混合，比例范围为铬酸铷：钇＝3～6：7～4，采用机械混合的方法对两种粉末进行混合，为了保证机械混合的均匀性，同时尽可能小的破坏制备好的原始粉末的粒度，同时使用滚筒球磨机进行辅助混合。转速为100～200r/min，混合时间为10～16h，将混制好的混合粉末保存在真空干燥箱中加热干燥保存24小时以上，去除在整个粉末混制过程中，铬酸铷吸入的水分和其他杂质气体。取出1g左右的混合粉末制成SEM试样，观察混合粉末的形貌与均匀性，根据图3，可知粉末混合均匀。
[0026]2.3外壳带材的准备
[0027]外壳带材(Ni80Cr20)可以通过购买获得，带材厚度为200～300μm，取适当长度的带材进行表面预处理，首先使用无尘纸擦拭带材表面，然后使用1000目的砂纸进行打磨，最后将带材卷曲成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多碱光电阴极用碱金属铷的制备方法，其特征在于制备步骤如下：(1)选择还原剂根据元素的金属性的强弱、元素的第一电离能的强弱以及化学热力学中的吉布斯自由能，通过实验测试选取金属钇(Y)作为还原剂置换铬酸铷中的金属铷(Rb)，化学反应式：2Y+3Rb2CrO4
→
6Rb+3CrO3++Y2O3、CrO3不稳定易分解为+3价到+6价之间的氧化物；反应在真空条件下800℃加热进行，反应过程中要严格控制反应温度；(2)碱盐蒸发器的制备碱盐蒸发器的制备分为蒸发器原始粉末的准备、内部混合粉末的混制、外壳带材的准备、混合粉末与外壳带材的装配；碱盐蒸发器混合粉末主要由碱金属盐铬酸铷(Rb2CrO4)和还原剂钇(Y)两种成分配置而成，成分配置比例范围为铬酸铷：钇＝3～6：7～4，采用铬酸铷作为碱金属盐类，铬酸盐易碎，将研制提纯得到的铬酸铷直接使用研钵进行手工研磨；研磨后进行粒度筛分，留取所需粒度的铬酸铷粉末；在轧机上对...

【专利技术属性】
技术研发人员：田文怀，牛春明，张超，赵焕磊，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：