[發(fā)明專利]稀土氧化物納米顆粒的制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710043020.7
• 申請(qǐng)日: 2007-06-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101113009A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-01-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姚罡;蘇良碧;徐軍;徐曉東;鮑巖
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號(hào): C01F17/00
• 分類號(hào): C01F17/00
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 張澤純

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及稀土氧化物，特別是一種稀土氧化物納米顆粒的制備方法。

背景技術(shù)

稀土材料有著非常廣泛的應(yīng)用，涵蓋日常生活的各個(gè)方面，例如建筑，能源，醫(yī)療，顯示等等。稀土氧化物由于其優(yōu)良的化學(xué)以及物理特性，成為一種非常重要的稀土材料。例如：稀土氧化物被用作尾氣凈化器的核心部分——催化劑；在醫(yī)療上，稀土氧化物可被用作示蹤物質(zhì)，稀土陶瓷可作為X射線增感屏；在工業(yè)上，純的稀土氧化物透明陶瓷可作為高溫觀察窗、保溫層；在顯像領(lǐng)域，稀土摻雜發(fā)光粉是各國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的第三代熒光粉；在高科技和軍事領(lǐng)域，紅外線感應(yīng)屏、透明稀土氧化物激光陶瓷都有著非常強(qiáng)大的應(yīng)用潛力。

納米稀土氧化物粉末有著特殊的發(fā)光性能，例如可同時(shí)發(fā)多種顏色的光，具有高上轉(zhuǎn)換發(fā)光效率和高摻雜濃度。此外，在納米尺度(1nm～100nm)內(nèi)，當(dāng)晶粒尺寸減小時(shí)，晶粒發(fā)光峰移動(dòng)并展寬，發(fā)光性能也會(huì)發(fā)生改變。當(dāng)將其用于顯示熒光粉時(shí)，顆粒的尺寸決定了顯示屏幕的分辨率，尺寸越小，屏幕分辨率越高，但仍需要考慮粉末的發(fā)光效率。目前對(duì)尺寸和發(fā)光效率的關(guān)系存在爭(zhēng)議，只有制備尺寸可調(diào)節(jié)的納米晶粒，才能滿足研究的需要，進(jìn)而滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要。

作為陶瓷的燒結(jié)原料，納米顆粒的高表面能提高了粉體的燒結(jié)活性，能夠提高陶瓷的致密程度，改善其光學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)性能，降低陶瓷燒結(jié)溫度，并能在無(wú)熱壓的情況下通過(guò)高溫真空燒結(jié)形成透明陶瓷。通常認(rèn)為尺寸越小燒結(jié)活性越好，但工業(yè)界也希望能夠制備尺寸可控可調(diào)的納米晶粒，以適應(yīng)不同燒結(jié)條件和不同產(chǎn)品的要求。

制備氧化物納米顆粒的方法很多，大體分為機(jī)械方法和化學(xué)方法。

機(jī)械方法中，隨著球磨時(shí)間的延長(zhǎng)，球磨轉(zhuǎn)速的加快，晶粒尺寸減小。但是由于球磨對(duì)晶粒的破壞嚴(yán)重，引入大量表面缺陷和應(yīng)力，不利于發(fā)光，且高速球磨耗費(fèi)大量能量，磨損機(jī)器，耗費(fèi)時(shí)間，且研磨過(guò)程中容易引入雜質(zhì)。

化學(xué)方法中，濕化學(xué)方法(溶膠凝膠法、加入表面活性劑控制的沉淀法，溶劑控制的有機(jī)配合物分解法，水熱法等)過(guò)程或裝置復(fù)雜，或是原料昂貴，周期長(zhǎng)，產(chǎn)量小，雖然能得到形狀可控、大小很均勻且可控的顆粒，但不便于進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)。化學(xué)方法中，另有一大類被稱為燃燒法。傳統(tǒng)的燃燒法將稀土鹽類(通常為硝酸鹽或氯化物)和某一種或多種燃料(例如尿素，甘氨酸等)溶于少量水，然后將反應(yīng)物加熱至300～600℃，水分緩慢蒸發(fā)完畢后，稀土鹽類作為氧化劑，與燃料發(fā)生劇烈反應(yīng)，得到海綿狀疏松的納米顆粒團(tuán)。傳統(tǒng)燃燒法需要緩慢加熱反應(yīng)體系，蒸發(fā)水分，引發(fā)反應(yīng)，大多數(shù)情況下反應(yīng)后仍然需要熱處理，產(chǎn)生額外能耗和時(shí)間的浪費(fèi)。且由于反應(yīng)劇烈，短時(shí)間放出大量氣體，接近爆炸性反應(yīng)，較難控制，不便于工業(yè)化生產(chǎn)。還有一類化學(xué)方法，為噴霧熱解法。已有的噴霧熱解法制備稀土氧化物納米晶體，需要復(fù)雜的超聲、載氣以及加熱分解系統(tǒng)，不僅設(shè)備復(fù)雜，且熱分解設(shè)定溫度高(700～1200℃)，整體能耗大，成本高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種稀土氧化物納米顆粒的制備方法，

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種稀土氧化物納米顆粒的制備方法，包括以下步驟：

①采用酒精溶解稀土硝酸鹽形成稀土硝酸鹽的酒精溶液，酒精與稀土硝酸鹽的摩爾比為20∶1～300∶1；

②在容器中點(diǎn)燃所述的稀土硝酸鹽的酒精溶液，或點(diǎn)燃稀土硝酸鹽的酒精溶液的噴霧，收集燃燒后的前驅(qū)體粉末；

③在空氣中對(duì)所述的前驅(qū)體粉末或經(jīng)過(guò)研磨的前驅(qū)體粉末進(jìn)行熱處理，得到稀土氧化物納米顆粒，處理溫度為400～1200℃。

所述的稀土氧化物的化學(xué)通式為：(Ln_1-xR_x)₂O₃

其中：x的取值范圍為：1≤x≤0，

Ln為Sc，Y，La，Gd，Lu中的一種或多種；

R為3價(jià)的Pr，Nd，Sm，Eu，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm中的一種或多種。

所述的稀土氧化物為Pr³⁺和Tb³⁺摻雜的稀土氧化物熒光粉時(shí)，其熱處理應(yīng)在弱還原氣氛中進(jìn)行，防止產(chǎn)生Pr⁴⁺和Tb⁴⁺離子。

當(dāng)酒精溶液充分燃燒時(shí)，所得顆粒無(wú)需熱處理，直接得到球狀納米稀土氧化物晶粒。

本發(fā)明的技術(shù)效果：

1、節(jié)約時(shí)間和能量。