一種蓬松態(tài)納米氧化釔粉體的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種蓬松態(tài)納米氧化釔粉體的制備方法，屬于超細(xì)納米粉體合成【技術(shù)領(lǐng)域】。先將含釔無機(jī)鹽、去離子水和絡(luò)合劑混合，在室溫下攪拌均勻得到含釔的漿液，含釔無機(jī)鹽和絡(luò)合劑的重量比為8/0.5～8/10；當(dāng)目標(biāo)產(chǎn)物為RE:Y2O3時(shí)，含釔無機(jī)鹽中摻雜有稀土離子；再將漿液，或者由漿液得到的溶膠或干凝膠在400～900℃進(jìn)行煅燒，使其充分分解，得到蓬松態(tài)Y2O3或RE:Y2O3納米粉體。本發(fā)明利用新型絡(luò)合劑通過燃燒法制備團(tuán)聚小、粒徑小且分布窄的納米氧化釔，可有效避免所制備樣品的后期粉碎、研磨等處理。該方法操作簡單、合成溫度低、周期短、易于工業(yè)化；有利于制備多種摻雜元素的復(fù)合氧化釔納米粉體；可通過控制絡(luò)合劑的加入量，制備不同粒度區(qū)間分布的納米粉體。
【專利說明】-種蓬松態(tài)納米氧化紀(jì)粉體的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于超細(xì)粉末的制備領(lǐng)域，更具體地，涉及一種蓬松態(tài)納米氧化紀(jì)（包括 慘雜的氧化紀(jì)）粉體的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 氧化紀(jì)是一種極其重要的稀±氧化物，不溶于水和堿，可溶于酸，在空氣中易吸收 二氧化碳和水，此外還具有身為稀±元素所特有的電價(jià)高、4產(chǎn)5(f61 2電子層結(jié)構(gòu)、半徑大、 極化力強(qiáng)、化學(xué)性質(zhì)活潑等優(yōu)異的性質(zhì)。因其優(yōu)良的耐熱、耐腐蝕、高溫穩(wěn)定性、介電常數(shù)在 12-20等優(yōu)質(zhì)特性，成為了重要的工業(yè)材料。在光學(xué)材料、高技術(shù)陶瓷、電池材料、磁性材料， 發(fā)光材料等方面。對于氧化紀(jì)納米粉體而言，具有高的純度和比表面積、小的顆粒粒徑、窄 的粒徑分布是其得到廣泛應(yīng)用的前提條件?，F(xiàn)有報(bào)道采用固相法、沉淀法等制備氧化紀(jì)納 米粉體。
[0003] 中國專利文獻(xiàn)CN103539195 A公開了 "一種納米氧化紀(jì)粉體的制備方法"，該方法 利用含紀(jì)的無機(jī)酸鹽溶液滴入含有沉淀劑與靜電穩(wěn)定劑的醇水混合溶液中，隨后在加入表 面活性劑，并對體系就行攬拌陳化后鍛燒，得到粒徑分布在30?60nm的氧化紀(jì)粉體。
[0004] 中國專利文獻(xiàn)CN1410353A公開了一種"納米氧化粉體的制備方法"，該方法利用 含紀(jì)離子溶液與堿性溶液在引入表面活性劑的條件下進(jìn)行反應(yīng)，經(jīng)洗涂、烘干后在200? 60(TC下鍛燒得到粒徑在10?60皿的粉體。
[0005] 中國專利文獻(xiàn)CN103450899A公開了 "一種慘雜氧化紀(jì)納米英光粉的制備方法"， 該方法是在^N03) 3和化(N03) 3的混合溶液中加入化OH溶液，并調(diào)節(jié)適當(dāng)抑值為6?8后 再加入相等質(zhì)量的化OH攬拌后裝入反應(yīng)器皿中，在溫度為140?22CTC條件下反應(yīng)4?6 小時(shí)后冷卻得到反應(yīng)產(chǎn)物，隨后經(jīng)過洗涂，沉淀，烘干得到慘雜氧化紀(jì)納米英光粉。
[0006] W上專利文獻(xiàn)所使用的制備方法步驟繁瑣，設(shè)備復(fù)雜，需控制較多變量，粉體粒徑 大分布寬，粉體粒度分布區(qū)間不可調(diào)且團(tuán)聚現(xiàn)象較嚴(yán)重。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對目前存在的問題，本發(fā)明提供一種蓬松態(tài)納米Ys化及RE:Ys化粉體的制備方 法。本發(fā)明利用新型絡(luò)合劑通過燃燒法制備團(tuán)聚小、粒徑小且分布窄的納米氧化紀(jì)粉體，制 備的產(chǎn)物疏松無需任何破碎細(xì)化處理；該方法操作簡單、合成溫度低、周期短、易于工業(yè)化； 可W通過控制新型絡(luò)合劑的加入量，制備不同粒度區(qū)間分布的納米粉體。
[0008] 本發(fā)明提供的一種納米氧化紀(jì)粉體的制備方法，其特征在于，包括下述步驟：
[0009] 第1步將含紀(jì)無機(jī)鹽、去離子水和絡(luò)合劑混合，在室溫下攬拌均勻得到含紀(jì)的漿 液，其中，含紀(jì)無機(jī)鹽和絡(luò)合劑的重量比為8/0. 5?8/10 ;
[0010] 當(dāng)目標(biāo)產(chǎn)物為re:Y2〇3時(shí)，所述含紀(jì)無機(jī)鹽中慘雜有稀±離子；
[0011] 第2步將所述漿液，或者由所述漿液得到的溶膠或干凝膠在40(TC?90(TC進(jìn)行鍛 燒，使其充分分解，得到蓬松態(tài)Ys化或RE: Ys化納米粉體。
[0012] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用的新型絡(luò)合劑燃燒法優(yōu)化了材料制備過程，粉體粒 度小、粒徑分布窄。同時(shí)，可有效合成具有精確化學(xué)計(jì)量比的少量離子慘雜的氧化紀(jì)粉體 (例如；Nd:Y2〇3,孔:Y2〇3，Eu:Y2〇3等）。具體而言，本發(fā)明具有W下優(yōu)點(diǎn)：
[0013] 1.該方法同時(shí)具備操作簡單、周期短，節(jié)能、易工業(yè)化、不受特殊設(shè)備限制等優(yōu)點(diǎn)
[0014] 2.本發(fā)明在制備氧化紀(jì)納米粉體時(shí)，使用了新型絡(luò)合劑，并且少量比例絡(luò)合劑的 加入即可使得制備溫度降低，粉體粒度小而分布均勻、比表面積大的。
[001引3.改變絡(luò)合劑的加入量，可控制粉體的分布范圍，使得所制備的Y203及RE: Y203粉 體粒徑可分布在多個(gè)較窄范圍內(nèi)（如10-3化m、20-70nm等）可調(diào)。
[0016] 4.本發(fā)明方法可避免了因過濾，洗涂等繁瑣步驟使得少量慘雜離子流失，有利于 制備多種慘雜元素的復(fù)合氧化紀(jì)納米粉體。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1是氧化紀(jì)納米粉體的制備步驟；
[001引圖2實(shí)施例1-3所制備的Nd:Y203物相分析；
[0019] 圖3實(shí)施例1所制備的Ys化掃描電鏡圖；
[0020] 圖4實(shí)施例2所制備的Y203掃描電鏡圖；
[0021] 圖5實(shí)施例4-8所制備的Y203物相分析；
[002引圖6實(shí)施例9-11所制備的Y203物相分析；
[0023] 圖7實(shí)施例12-14所制備的Y203物相分析；
[0024] 圖8實(shí)施例15-17所制備的Y203物相分析；
[002引圖9實(shí)施例18-19所制備的孔:Y203和化:Y203物相分析；
[0026] 圖10實(shí)施例21所制備的Y203掃描電鏡圖；
[0027] 圖11為實(shí)施例20和21所制備的Ys化照片對比圖，其中，（a)為實(shí)施例20,化）為 實(shí)施例21。

【具體實(shí)施方式】
[0028] 針對目前存在的問題，本發(fā)明通過含紀(jì)的無機(jī)鹽溶液與新型絡(luò)合劑溶液的絡(luò)合反 應(yīng)，大幅度降低了燒結(jié)溫度，使得樣品在40(TC既可合成。
[0029] W ^N03)3 ? 6&0為例，將其溶于少量去離子水中形成的硝酸紀(jì)溶液；稱取一定量 的聚丙帰酸或聚丙帰酸饋（約為紀(jì)鹽重量的10%?130% )作為絡(luò)合劑加入到硝酸紀(jì)溶液 中，用玻璃棒攬拌均勻。將配制好的反應(yīng)液直接倒入巧巧，放入馬弗爐內(nèi)進(jìn)行鍛燒，鍛燒溫 度在> 400。保溫> 化即可得到蓬松超細(xì)產(chǎn)物。如當(dāng)8g的^N03)3 'SHsO中加入Ig的絡(luò) 合劑就可W合成小粒徑且在20?70nm范圍內(nèi)分布的球形氧化紀(jì)粉體；當(dāng)加入2g絡(luò)合劑， 就可W合成小粒徑且在10?30nm范圍內(nèi)分布的球形氧化紀(jì)粉；當(dāng)繼續(xù)增加絡(luò)合劑用量時(shí)， 粉體分布范圍將變的更小，因此可W通過控制絡(luò)合劑的加入量，控制球型氧化紀(jì)產(chǎn)品的粒 度分布范圍。
[0030] 如圖1所示，本發(fā)明實(shí)例提供的制備方法具體包括下述過程：
[0031] (1)將含紀(jì)無機(jī)鹽加入去離子水并攬拌均勻，得到含紀(jì)無機(jī)酸鹽溶液；再在其中 加入一定量的絡(luò)合劑，得到含紀(jì)的漿液。
[0032] 制備的目標(biāo)產(chǎn)物可W是Y203或RE:Y203,當(dāng)目標(biāo)產(chǎn)物為RE:Y203時(shí)，向含紀(jì)無機(jī)鹽中 慘雜有稀±離子，相應(yīng)的其后續(xù)產(chǎn)物也慘雜有稀±離子。
[0033] 所述含紀(jì)無機(jī)酸鹽溶液的濃度可從接近飽和直至無限稀釋都可W，所慘雜的稀± 離子可W為多種，如NcT、孔化等，可單離子慘雜，也可多種離子慘雜。
[0034] 絡(luò)合劑為聚丙帰酸（PAA)和聚丙帰酸饋（PAM)中的至少一種，反應(yīng)在常溫常壓下 進(jìn)行。
[00巧]絡(luò)合劑加入含紀(jì)的無機(jī)酸鹽溶液的方式可逐滴加入，也可W直接倒入；同時(shí)，金屬 鹽、水、絡(luò)合劑的加入順序可互換。
[0036] 含紀(jì)的無機(jī)酸鹽溶液與絡(luò)合劑的重量比例關(guān)系為Y/P = 8/0. 5?8/10,從節(jié)能、環(huán) 保和樣品性能方面考慮，優(yōu)選比例關(guān)系為8/1?8/3,更優(yōu)選的是8/2。
[0037] 含紀(jì)無機(jī)鹽主要是指硝酸紀(jì)和慘雜的硝酸金屬鹽，如硝酸紀(jì)，硝酸欽等，優(yōu)選硝酸 紀(jì)溶液，或者稀±硝酸鹽和硝酸紀(jì)的混合溶液，濃度接近飽和。
[0038] (2)加料完畢后，將漿液在常溫常壓條件下用玻璃棒攬拌均勻，直接備注或者將漿 液在一定溫度下蒸發(fā)多余水分，除去部分水分形成溶膠或者除去所有水分形成干凝膠。
[0039] 蒸發(fā)溫度一般不高于IOCTC。
[0040] 上述均勻溶液蒸發(fā)掉多余水分，可通過水浴加熱或者烘箱加熱等設(shè)備加熱除去部 分形成溶膠或者所有水分形成干凝膠。
[0041] (3)將步驟（2)中的漿液或者溶膠或者干凝膠進(jìn)行鍛燒處理，得到粒徑小且均勻 的球形氧化紀(jì)產(chǎn)品。
[0042] 鍛燒溫度為40(TC?90(TC (從節(jié)能環(huán)保方面考慮，優(yōu)選50(TC?90(TC，更優(yōu)選為 50(TC )使樣品充分分解，得到同時(shí)具備粒徑小且分布窄，無團(tuán)聚的納米氧化紀(jì)粉體。
[0043] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步說明。在此需要說明的是，對于 該些實(shí)施方式的說明用于幫助理解本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。此外，下面所描述 的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可W相互組合。
[0044] 本發(fā)明實(shí)例采用去離子水作為溶劑，采用硝酸鹽和絡(luò)合劑作為原材料，在不同反 應(yīng)溫度和不同絡(luò)合劑添加量的條件下，通過燃燒法制備了 Y203和RE:Y203納米粉體。
[0045] 本發(fā)明采用燃燒法原因是新型絡(luò)合劑在分解的過程中會放出氣體可W使得所合 成的粉體疏松膨脹，粉體粒徑小且均勻，同時(shí)，金屬鹽和絡(luò)合劑分解過程中的放熱反應(yīng)可W 使周圍環(huán)境溫度迅速增加，從而無需外部加熱，樣品可W在較低溫度下合成。為了提高樣品 的純度，利用分析純級別的原料。
[0046] 實(shí)例 1
[0047] 根據(jù)需要的Nd:Y2〇3納米粉體質(zhì)量稱取相應(yīng)^N03)3 '6&0。本發(fā)明W稱取7. 871g Y (N03) 3 ? 6&0和0. 474g的Nd (N03) 3 ? 6&0為例，將其溶于少量去離子水中形成的硝酸鹽溶 液；稱取2g的聚丙帰酸作為絡(luò)合劑和燃料加入到充分溶解的硝酸紀(jì)溶液中，用玻璃棒攬拌 均勻。將配制好的反應(yīng)液直接倒入巧巧，放入馬弗爐內(nèi)進(jìn)行鍛燒，鍛燒溫度為50(TC，直接降 溫，即可得到蓬松超細(xì)產(chǎn)物。
[0048] 將制備的納米粉體進(jìn)行X射線衍射分析狂RD)對納米粉體的物相分析，利用透射 電子顯微鏡（TEM)分析觀察粉體的形貌和顆粒尺寸。
[004引上述Nd:Y2化納米粉體的XRD分析見圖2中的最下方的曲線，從中可W看出實(shí)例1 的產(chǎn)物均為Nd: Y203純相，與卡片JCPDS 83-0927 -致。相比40(TC鍛燒后的樣品X畑的寬 泛不尖銳的峰（見圖5最下方的曲線），50(TC處理后樣品的XRD衍射峰變的尖銳強(qiáng)度增大。 圖譜沒有顯示其它雜相的衍射峰，結(jié)晶較好。
[0050] 實(shí)例1樣品的TEM圖見圖3,從圖可W看出，粉體基本無團(tuán)聚現(xiàn)象，顆粒的邊界較清 晰，顆?；颈３智蛐危叫》植季鶆?，顆粒尺寸在10?30nm之間。
[005U 實(shí)例 2-21:
[0052] 實(shí)例2-21制備過程如實(shí)例1，所采用的原材料、絡(luò)合劑W及工藝參數(shù)等具體見表 1，其中實(shí)例21為對比例。
[0053] 實(shí)施例2-3所制備的Nd:Y2化的XRD物相分析如圖2所示，圖譜沒有顯示其它雜 相，物相純，結(jié)晶度較好。實(shí)例2的Ys化掃描電鏡圖為圖4,對比圖10可W看出顆粒基本保 持球形，分散性明顯變好，顆粒尺寸在20?70nm之間，分布區(qū)間較窄。
[0054] 實(shí)施例4-8所制備的Y203的XRD物相分析如圖5所示，實(shí)施例9-11所制備的Y203 的XRD物相分析如圖6所示；實(shí)施例11-13所制備的Y2化的XRD物相分析如圖7所示；實(shí) 施例13-17所制備的Ys化的XRD物相分析如圖8所示。
[00巧]從圖5至圖8可W清楚地得知，聚丙帰酸和聚丙帰酸饋都可W作為絡(luò)合劑，并可W 在較低溫度下合成納米氧化紀(jì)粉體，粉體純度高，無其它雜相存在，且結(jié)晶度較好。從圖5 中可W看出，樣品在40(TC下就已經(jīng)形成了 Ys化的衍射峰。
[005引實(shí)例18和19所制備的孔:Y203和化:Y203物相分析如圖9所示，圖中為純相物質(zhì) 的衍射峰，無其它雜相存在，說明此方法可制備多種RE:Ys化純相物質(zhì)。
[0057] 圖10為對比例（實(shí)施例21，沒有添加絡(luò)合劑）所制備的Y203透射電鏡圖，從圖中 可W看出，樣品為薄片狀的團(tuán)聚體，團(tuán)聚程度很大。
[0058] 對比實(shí)施例21 (圖10)和實(shí)施例2 (圖4)，從實(shí)施例1 (圖3)可W看出粉體團(tuán)聚現(xiàn) 象幾乎消失，顆粒的邊界較清晰，顆粒基本保持球形，粒徑小且分布十分均勻，顆粒尺寸在 10?30皿之間。對比圖10、圖4和圖3還可W得知，適當(dāng)?shù)脑黾咏j(luò)合劑的加入量，可使得 粉體的粒徑變小，分布范圍變窄。
[0059] 圖11為實(shí)施例20 (即a)和實(shí)施例21 (即b)所制備的Ys化照片，從圖中可明顯 看出加入絡(luò)合劑制備的Ys化蓬松，而未加入的絡(luò)合劑的樣品粉體，團(tuán)聚嚴(yán)重，粘結(jié)于巧巧底 部，成板結(jié)現(xiàn)象。
[0060] 上述實(shí)例的制備和測試過程中所用到的設(shè)備如下山燒杯、玻璃棒，剛玉巧巧等； 2,賽多利斯bsl24s電子天平；MAX ;120g，d = 0. Img ;3, X射線衍射儀：日本島津公司， X畑-7000S ;4,透射電子顯微鏡：日本JEM-2100。
[0061] W上所述僅為本發(fā)明的最佳實(shí)施案例而已，并不用W限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的 精神和原則之內(nèi)所做的修改、等同替換和改進(jìn)等，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0062] 表1 ;燃燒法制備Y203及RE: Y203粉體的實(shí)施例參數(shù)
[0063]

【權(quán)利要求】
1. 一種納米氧化釔粉體的制備方法，其特征在于，包括下述步驟： 第1步將含釔無機(jī)鹽、去離子水和絡(luò)合劑混合，在室溫下攪拌均勻得到含釔的漿液， 其中，含釔無機(jī)鹽和絡(luò)合劑的重量比為8/0. 5?8/10 ; 當(dāng)目標(biāo)產(chǎn)物為RE: Y2O3時(shí)，所述含釔無機(jī)鹽中摻雜有稀土離子； 第2步將所述漿液，或者由所述漿液得到的溶膠或干凝膠在400°C ~ 900°C進(jìn)行煅 燒，使其充分分解，得到蓬松態(tài)Y2O3或RE: Y2O3納米粉體。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述納米氧化釔粉體的制備方法，其特征在于，根據(jù)粉體粒徑分布 要求調(diào)整所述絡(luò)合劑用量。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述納米氧化釔粉體的制備方法，其特征在于，所述絡(luò)合劑為聚丙 烯酸PAA和聚丙烯酸銨PAM中的至少一種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一所述納米氧化釔粉體的制備方法，其特征在于，所述含釔 無機(jī)鹽為硝酸釔，或者硝酸釔和摻雜的硝酸金屬鹽。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一所述納米氧化釔粉體的制備方法，其特征在于，所述摻雜 的稀土離子為單離子摻雜或者多種離子摻雜。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一所述納米氧化釔粉體的制備方法，其特征在于，所述絡(luò)合 劑加入的方式為逐滴加入或者直接倒入。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一所述納米氧化釔粉體的制備方法，其特征在于，所述含釔 無機(jī)鹽、去離子水和絡(luò)合劑的加入順序任意。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一所述納米氧化釔粉體的制備方法，其特征在于，含釔的無 機(jī)鹽溶液與絡(luò)合劑的重量比為8/1?8/3,優(yōu)選為8/2。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一所述蓬松態(tài)納米氧化釔粉體的制備方法，其特征在于，所 述煅燒溫度為500°C?900°C，優(yōu)選為500°C。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一所述納米氧化釔粉體的制備方法，其特征在于，在煅燒 后處理保溫處理，保溫時(shí)間優(yōu)選1至3小時(shí)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一所述納米氧化釔粉體的制備方法，其特征在于，所述溶 膠或干凝膠通過將所述漿液在< l〇〇°C時(shí)蒸發(fā)部分或全部水分得到。
【文檔編號】C01F17/00GK104326500SQ201410555047
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月17日
【發(fā)明者】呂文中, 張曉榮, 范桂芬, 汪小紅, 王曉川, 梁飛, 雷文 申請人:華中科技大學(xué)