[發明專利]一種用作尺寸標準物質的二氧化鈰微球

有效

• 申請號: 200910089538.3
• 申請日: 2009-07-23
• 公開（公告）號: CN101825551A
• 公開（公告）日: 2010-09-08
• 發明（設計）人: 陳運法;王奇;王震;沈根利;葉樹峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: G01N15/02
• 分類號: G01N15/02
• 代理公司: 北京法思騰知識產權代理有限公司 11318
• 代理人: 高宇

技術領域

本發明涉及計量測試標準量值傳遞的技術領域，更具體地說，本發明涉及一種用作尺寸標準物質的二氧化鈰微球。

背景技術

隨著粉體技術和納米科技的發展，亞微米/納米粉體吸引了越來越多的目光，其發展和應用潛力毋庸置疑，因此對亞微米/納米尺度粉體的檢測需求日益迫切，與此相適應的各種粒度測量技術和儀器也不斷進步。但由于粒度表征的復雜性，無論粒度測量遵循何種原理，粒度測量手段無一例外地需要亞微米/納米級粒度標準物質(SRM)進行校正或驗證。此外，在膠體體系的研究中，亞微米/納米級粒度標準物質還是測定細菌、病毒、核糖體和小細胞物質大小的方便工具。粒度標準物質屬于工程技術特性測量標準物質。

目前國際上使用的亞微米/納米級粒度標準物質包括單分散的聚苯乙烯微球，如1960、1961、1963和1964號聚苯乙烯微球，分散在水中的濃度約為0.5wt％，和SiO₂微球，可選擇尺寸范圍在0.5～1.6μm，分散在水中的濃度約為2wt％。

作為粒度標準物質，聚苯乙烯和二氧化硅微球具有很多優點，但是，有機物聚苯乙烯密度低(1.06g/cm³)，與水的密度差過小，在有機溶劑中易溶脹，不耐高溫，另外聚苯乙烯易受細菌侵蝕；而二氧化硅屬于無定形態，不耐堿和氫氟酸，水熱穩定性較差。

水熱法是在特制的密閉反應容器高壓釜里，采用水溶液作為反應介質，通過對反應容器加熱，創造一個高溫高壓的反應環境，使得通常難溶或不溶的物質溶解并重結晶而制得結晶顆粒產物。水熱法與其它二氧化鈰制備方法主要不同點有：水熱法直接從溶液中制備出結晶顆粒；可通過起始物質前驅物控制粉體顆粒的形貌和晶相；通常無需鍛燒和研磨過程而得到低團聚度的顆粒產物。將鈰鹽沉淀物進行水熱晶化制備二氧化鈰顆粒的研究報道很多，但單純的水熱方法得到納米二氧化鈰顆粒粒度和形貌可控程度低。

常見的模板法制備二氧化鈰的工藝是在鈰鹽的沉淀反應中加入模板劑，然后通過煅燒得到二氧化鈰納米線、納米棒或納米顆粒，如將醋酸鈰在丙二醇中回流而后將沉淀物煅燒，制得了粒徑1μm左右的二氧化鈰微球。這類基于沉淀煅燒的工藝，得到的顆粒物團聚程度高，形貌不夠規則。

還有報道，在水熱條件下，用不同模板劑誘導硝酸鈰水解成核晶化制得亞微米級多晶二氧化鈰微球，該過程將模板法與水熱相結合，制得了球形度較高的氧化鈰顆粒，但顆粒尺寸的均一性仍然較差。

因此，目前二氧化鈰球形顆粒控制合成的研究還很不成熟，要在亞微米、納米尺度范圍得到球形度及單分散性良好的二氧化鈰顆粒還需要探索新的合成工藝。本發明提出了一種復合模板晶種誘導水熱法來可控合成尺寸均一的單分散二氧化鈰微球。

發明內容

本發明的目的是提供一種作為尺寸標準物質的二氧化鈰微球。

本發明提供的二氧化鈰微球為無機-有機雜化微球，由二氧化鈰與聚乙烯吡咯烷酮分子組成，其中二氧化鈰與聚乙烯吡咯烷酮的重量比為11～16∶1，該無機-有機雜化微球為多晶結構，屬于立方晶系，晶體結構為螢石型(如圖1所示)，晶胞為面心立方結構，微球形狀因子小于1.2，尺寸范圍為90nm～450nm，尺寸值的相對不確定度小于5％。

本發明在模板法與水熱法相結合的基礎上，提出了一種復合模板晶種誘導水熱法來可控合成單分散二氧化鈰微球，通過所制得的無機-有機復合模板作為晶種，來均勻誘導鈰鹽水解成核，強化水熱晶化過程，通過對合成參數的控制，得到系列尺寸均一的單分散球形二氧化鈰顆粒。

因此，本發明提供了一種二氧化鈰微球，其通過包括以下步驟的方法制備：

1)第一次水熱反應：混合鈰鹽、聚乙烯吡咯烷酮和水，攪拌溶解后，移入水熱釜中，在140～280℃下攪拌反應12～48h，冷卻后離心獲得上清液，其中，鈰鹽與聚乙烯吡咯烷酮的初始質量比為1∶0.5～3，鈰鹽初始濃度為0.09～0.18mol/L；以及

2)第二次水熱反應：向獲得的上清液中加入鈰鹽，攪拌均勻后，移入水熱釜中，在140～280℃下攪拌反應12～48h，然后經冷卻、離心、清洗獲得二氧化鈰微球，其中，所述鈰鹽的濃度為0.03～0.06mol/L。

根據本發明的二氧化鈰微球，所述鈰鹽為易溶解于水的三價鈰鹽，所述聚乙烯吡咯烷酮的分子量為8000～360000，包括PVP?K15、PVP?K17、PVP?K25、PVP?K30、PVP?K40、PVP?K60和PVP?K90；水熱釜填充度為50～80％；在兩次水熱反應中攪拌的轉速為10～800rpm。