[發明專利]一種多元醇輔助水熱法合成氧化鋯納米粉體的方法

無效

• 申請號: 201310294641.8
• 申請日: 2013-07-12
• 公開（公告）號: CN103373743A
• 公開（公告）日: 2013-10-30
• 發明（設計）人: 朱孔軍;劉鵬程;劉培新;梁蘭鳳;曹洋
• 申請（專利權）人: 南京宇熱材料科技有限公司
• 主分類號: C01G25/02
• 分類號: C01G25/02;B82Y30/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

技術領域

本發明涉及一種制備氧化鋯納米粉體的方法，尤其涉及一種利用多元醇輔助水熱合成氧化鋯納米粉體的方法。

背景技術

二氧化鋯是（ZrO₂）一種具有高沸點和高熔點(～2700?℃)、熱膨脹系數大、導熱系數小、耐高溫、耐磨性好、抗蝕性能優良的金屬氧化物材料。納米級二氧化鋯粉體材料因具有獨特的納米特性而有著許多重要的用途。用納米級氧化鋯制造的精細陶瓷材料在不同條件下展現出某些獨特的性能，如常溫下為絕緣體，高溫下則展現出導電性、敏感特性、增韌性等。目前氧化鋯已用于制造結構陶瓷(如反應堆包套、航空發動機的排杠、汽缸內襯等)、功能陶瓷(如濕度、氣體、溫度、聲傳感器等)、生物陶瓷、電子陶瓷(如電容器、震蕩器、蜂鳴器、調節器、電熱組件等)、高溫燃料電池、壓電陶瓷、高溫光學組件、磁流體發電機電極等高科技產品。相關研究表明：100?nm?ZrO₂在拉伸疲勞試驗中晶粒出現了驚人的300?%的超塑性，由于晶粒粒徑的減小，材料性能有了數量級的提高與增強，燒結溫度大大降低。作為添加劑它能起到使脆性材料增韌，韌性材料強度更高作用，使陶瓷材料的脆性問題得到很大程度地解決。由于ZrO₂的化學穩定性很好，表面同時展現酸性和堿性，同時具有氧化性和還原性，又是p?型半導體，易產生氧空穴，因此用作催化劑載體可以與活性組份產生很強的相互作用。另外由于超細納米粒子具有非常高的比表面積和豐富的表面缺陷，所以超細ZrO₂在催化領域有著廣闊的應用前景。因此，研究納米氧化鋯的制備應用技術意義重大，已成為目前科技工作者關注和研究的熱點之一。

制備二氧化鋯的方法有物理法、氣相化學法和濕化學法(液相化學法)。物理法包括電熔法和固相法等，是目前工業化生產氧化鋯比較常用的方法，但所得到的粉體雜質含量高、粒度分布廣；化學法包括中和沉淀法、加水分解法、sol-gel法等，容易得到納米級粉體，但能耗高，粉體容易團聚，有些方法更不適宜實現工業化。水熱法是濕化學法的一種，是指在特制的密閉反應容器(高壓反應釜)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且重結晶。水熱法合成納米氧化鋯的最大優點是可以直接從200℃左右的水介質中得到結晶氧化物，避免了高溫煅燒工藝，可有效的防止粉末團聚。相對于其它制粉方法，水熱法制備的粉體有極好的性能：粉體顆粒呈球狀或短柱狀，粉體晶粒發育完整,粒徑很小且分布均勻；團聚程度少，燒結性能好；易得到合適的化學計量物和晶粒形態；省去了高溫煅燒和球磨，從而避免了雜質和結構缺陷等；粉體在燒結過程中表現出很強的活性。所以這種方法是低能耗、低污染、低投入的，而且粉體質量好，產量也較高。

此外，氧化鋯是一種典型的具有多晶型轉變的金屬氧化物，如圖1所示。不同晶型的氧化鋯具有不同的用途，因此選擇合適的方法來合成室溫下穩定存在的不同晶型的氧化鋯納米粉體則顯得尤為重要。目前為了得到室溫下穩定存在的t-ZrO₂和c-ZrO₂，通常采用的方法是通過離子的尺寸或價態效應將一些離子（如Y³⁺，Ga²⁺，Ce⁴⁺等）摻雜入氧化鋯的晶格點陣中，從而起到穩定晶型的作用。而在沒有摻雜的情況下，所得到的產品中總會存在m-ZrO₂。

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發明內容

技術問題

本發明要解決的技術問題是提供一種多元醇輔助水熱法合成氧化鋯納米粉體的方法，通過多元醇的加入起到促進氧化鋯晶型轉變的作用，得到室溫穩定存在的四方相或立方相的氧化鋯納米粉體。

技術方案

為了解決上述的技術問題，本發明的多元醇輔助水熱法合成二氧化鋯納米粉體的方法根據添加穩定劑或摻雜劑的不同選擇提供以下幾種技術方案。

技術方案一：

本技術方案的多元醇輔助水熱法合成二氧化鋯納米粉體的方法包括下列步驟：

步驟一：在一定體積的去離子水中加入一定量的鋯源、多元醇，并在50～100℃下攪拌、混合均勻得到混合液，其中多元醇和鋯源的摩爾比為1～6；

步驟二：向步驟一得到的混合液中加入一定量的氨水，調節pH=10，并攪拌10-30?min至均勻，得到前驅體溶液；

步驟三：得到前驅體溶液移入反應釜中，在溫度范圍為160～240?℃保溫，時間為6～24?h；再冷卻至室溫；