專利名稱：一種納米單斜相氧化鋯材料及其合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及精細(xì)化工和納米材料領(lǐng)域，尤其涉及納米單斜相氧化鋯材料產(chǎn)品及其 一種合成方法。
背景技術(shù)：
人類的進(jìn)化史，實(shí)際上是一部材料的發(fā)展史。作為材料家族中的最新一員，納 米材料正在IT領(lǐng)域、國(guó)防工業(yè)以及人們的生產(chǎn)和生活中的眾多領(lǐng)域中發(fā)揮著重要的作 用。氧化鋯由于其固有的晶體結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)，具有化學(xué)穩(wěn)定性好、熱傳導(dǎo)系數(shù) 低、硬度大等優(yōu)點(diǎn)，是一種重要的結(jié)構(gòu)和功能材料。然而，氧化鋯存在如下的相變過(guò)程
單斜相>四方相 237?！鉩 >立方相>熔融，而且氧化鋯的性質(zhì)強(qiáng)烈地依賴于
它的相結(jié)構(gòu)。比如，氧化鋯在四方相到單斜相轉(zhuǎn)變的過(guò)程中，會(huì)發(fā)生接近于5%的體相膨脹， 導(dǎo)致陶瓷的剝落、開(kāi)裂，從而大大降低其機(jī)械性能。但是，該過(guò)程伴隨的馬氏體相變會(huì)使得 氧化鋯在陶瓷增韌方面有更廣闊的應(yīng)用。已報(bào)道的單斜相氧化鋯的制備方法有很多，如固 相熱分解法、燃燒法、溶膠_凝膠法、共沉淀法、電沉積法和水熱法等。但所得的單斜相氧化 鋯的顆粒度均在IOOnm以上，而在IOOnm以內(nèi)幾乎都是四方相的氧化鋯材料。同時(shí)，在納米 尺度范圍內(nèi)，由于材料的高比表面積及量子尺寸效應(yīng)等因素的影響，將有可能促使如光致 發(fā)光、磁相變等新性質(zhì)的產(chǎn)生。因此開(kāi)發(fā)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、顆粒度小于IOOnm的單斜相氧化鋯成為 了拓展其應(yīng)用范圍的關(guān)鍵技術(shù)。本發(fā)明在深入調(diào)研氧化鋯材料研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了一種高品質(zhì)納米單斜相 氧化鋯材料及其制備方法。采用該方法獲得的納米單斜相氧化鋯晶粒度小(小于IOOnm)、粒度分布均一、分 散性較好、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，呈現(xiàn)為熒光特性和鐵磁性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及了一種納米單斜相氧化鋯材料及其制備技術(shù)，其特征在通過(guò)強(qiáng)酸性的 環(huán)境穩(wěn)定了氧化鋯的相成分，其顆粒度極小(小于IOOnm)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、呈現(xiàn)出鐵磁性，具有 廣闊的應(yīng)用前景。換而言之，本發(fā)明公開(kāi)了一種納米單斜相氧化鋯材料及其制備技術(shù)方案。本發(fā)明涉及納米單斜相氧化鋯材料的制備方法，具體過(guò)程如下將鋯鹽溶于水中， 另按比例配置一定濃度的堿性水溶液，并逐滴滴加到上述鋯鹽溶液中得到乳白色的稠狀懸 濁液，充分?jǐn)嚢韬?，用蒸餾水反復(fù)離心、洗滌至上清液近中性。而后，將沉淀物重新分散到水 中，劇烈攪拌分散，與濃酸一并裝入反應(yīng)釜恒溫反應(yīng)，恒溫溫度為120°C -250°C，恒溫時(shí)間 為3-48h。反應(yīng)結(jié)束后，冷卻到室溫，離心，洗滌，干燥，收集得到納米單斜相氧化鋯。其中合 成前驅(qū)物時(shí)所投入的堿源中的0H_與鋯鹽的使用比例為2 20 ；合成終產(chǎn)物時(shí)投入的 酸量用PH值來(lái)衡量，控制為pH = 0. 1 5。其中，上述制備過(guò)程中所用的鋯鹽可以是硝酸鹽、硫酸鹽、氯化鹽、醋酸鹽中的一 種或幾種；合成前驅(qū)物所用的堿源可以是氫氧化鉀，氫氧化鈉，醋酸氨，醋酸鈉，醋酸鉀中的一種或幾種；合成終產(chǎn)物所用的酸性源可以為硝酸、硫酸、鹽酸及癸酸等各種室溫或高溫水 溶性酸中的一種或幾種。通過(guò)以上的制備方法合成了納米單斜相氧化鋯材料，其晶粒度小于lOOnm、粒度分 布均一、分散性較好、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，呈現(xiàn)為熒光特性和鐵磁性。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、原料來(lái)源廣泛，制備工藝較簡(jiǎn)單實(shí)用、安全性高、成本低廉；2、本方案在強(qiáng)酸性的環(huán)境中進(jìn)行，合成的納米單斜氧化鋯形貌棒狀，粒度比較均 一，有利于后期的處理、成型。3、制備出的納米單斜相氧化鋯材料結(jié)構(gòu)完整，呈現(xiàn)出良好的熒光特性和鐵磁性。


圖1為實(shí)例1所得單斜相納米氧化鋯的X射線衍射(XRD)圖；圖2為實(shí)例1所得單斜相納米氧化鋯的透射電鏡(TEM)圖；圖3為實(shí)例1所得單斜相納米氧化鋯的拉曼光譜(Raman)圖；圖4為實(shí)例1所得單斜相納米氧化鋯的室溫磁化曲線(M-H)圖；圖5為實(shí)例1所得單斜相納米氧化鋯的熒光光譜(Photoluminescence)圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)例1 稱取0. Olmol的五水硝酸鋯(Zr (NO3)4 · 5H20)并溶于IOOmL水中形成透 明溶液，另取0. 04mol氫氧化鈉加入到IOOmL水中。將配好的氫氧化鈉溶液逐滴滴加到硝 酸鋯溶液中，滴加完后，溶液變成乳白色的稠狀懸濁液，繼續(xù)磁力攪拌12h，用蒸餾水反復(fù)離 心、洗滌至上清液近中性，將得到的懸濁液。而后，將沉淀物重新分散到500mL水中，劇烈攪 拌分散12h。量取IOOmL分散液與24g癸酸一并裝入反應(yīng)釜恒溫反應(yīng)，恒溫溫度為220°C， 恒溫時(shí)間為5h。反應(yīng)結(jié)束后，冷卻到室溫，離心，洗滌，干燥，收集得到納米單斜相氧化鋯。實(shí)例2 稱取0. Olmol的五水硝酸鋯(Zr (NO3) 4 ·5Η20)并溶于IOOmL水中形成透明 溶液，另取0. 08mol氨水(25% )加入到IOOmL水中。將配好的氫氧化鈉溶液逐滴滴加到硝 酸鋯溶液中，滴加完后，溶液變成乳白色的稠狀懸濁液，繼續(xù)磁力攪拌12h，用蒸餾水反復(fù)離 心、洗滌至上清液近中性，將得到的懸濁液。而后，將沉淀物重新分散到500mL水中，劇烈攪 拌分散8h。量取IOOmL分散液與IOmL濃硝酸一并裝入反應(yīng)釜恒溫反應(yīng)，恒溫溫度為140°C， 恒溫時(shí)間為12h。反應(yīng)結(jié)束后，冷卻到室溫，離心，洗滌，干燥，收集得到納米單斜相氧化鋯。實(shí)例3 稱取0. 02mol的五水硝酸鋯(Zr (NO3) 4 ·5Η20)并溶于IOOmL水中形成透明 溶液，另取0. 5mol醋酸鈉加入到IOOmL水中。將配好的氫氧化鈉溶液逐滴滴加到硝酸鋯溶 液中，滴加完后，溶液變成乳白色的稠狀懸濁液，繼續(xù)磁力攪拌12h，用蒸餾水反復(fù)離心、洗 滌至上清液近中性，將得到的懸濁液。而后，將沉淀物重新分散到500mL水中，劇烈攪拌分 散12h。量取IOOmL分散液與IOmL濃硫酸一并裝入反應(yīng)釜恒溫反應(yīng)，恒溫溫度為180°C，恒 溫時(shí)間為20h。反應(yīng)結(jié)束后，冷卻到室溫，離心，洗滌，干燥，收集得到納米單斜相氧化鋯。
權(quán)利要求
一種納米單斜相氧化鋯材料的合成方法，包括如下步驟將鋯鹽溶于水中，另按比例配置一定濃度的堿性水溶液，并逐滴滴加到上述鋯鹽溶液中得到乳白色的稠狀懸濁液，充分?jǐn)嚢韬?，用蒸餾水反復(fù)離心、洗滌至上清液近中性，沉淀為所需的前驅(qū)物；而后，將沉淀物重新分散到水中，劇烈攪拌分散，與濃酸一并裝入反應(yīng)釜中120℃-250℃恒溫反應(yīng)；反應(yīng)結(jié)束后，冷卻到室溫，離心，洗滌，干燥，收集得到納米單斜相氧化鋯；其中合成前驅(qū)物時(shí)所投入的堿源中的OH-與鋯鹽Zr4+的使用比例為2～20；合成終產(chǎn)物時(shí)投入的酸量用pH值來(lái)衡量，控制為pH＝0.1～5。
2.如權(quán)利要求1所述納米單斜相氧化鋯材料的合成方法，其特征在于鋯鹽選自硝酸 鹽、硫酸鹽、氯化鹽或醋酸鹽中的一種或幾種。
3.如權(quán)利要求1所述納米單斜相氧化鋯材料的合成方法，其特征在于合成前驅(qū)物所 用的堿源可以是氫氧化鉀，氫氧化鈉，醋酸氨，醋酸鈉，醋酸鉀中的一種或幾種。
4.如權(quán)利要求1所述納米單斜相氧化鋯材料的合成方法，其特征在于合成終產(chǎn)物所 用的酸性源選自各種室溫或高溫水溶性酸，如硝酸、硫酸、鹽酸或癸酸等中的一種或幾種。
5.一種采用權(quán)利要求1或2或3或4的合成方法合成的納米單斜氧化鋯材料，呈現(xiàn)出 典型的鐵磁性和熒光特性，該材料的晶粒度小于lOOnm、粒度分布均一、分散性較好、結(jié)構(gòu)穩(wěn) 定。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種納米單斜相氧化鋯材料及其合成方法。將一定量的鋯鹽溶解于水中，另配一定濃度的堿性水溶液，并逐滴加入到上述混合溶液中，充分?jǐn)嚢?，得到乳白色懸濁液前?qū)物。將此前驅(qū)物清洗并重新分散后，與濃酸一并轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中120-250℃恒溫，恒溫處理。冷卻至室溫后，離心、洗滌、收集得到納米單斜相氧化鋯材料。其中合成前驅(qū)物時(shí)所投入的堿源中的OH-與鋯鹽Zr4+的使用比例為2～20；合成終產(chǎn)物時(shí)投入的酸量用pH值來(lái)衡量，控制為pH＝0.1～5。該材料的晶粒度小于100nm、粒度分布均一、分散性較好、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、呈現(xiàn)出典型的鐵磁性和熒光特性。
文檔編號(hào)C04B35/622GK101870587SQ20091011155
公開(kāi)日2010年10月27日 申請(qǐng)日期2009年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月24日
發(fā)明者李廣社, 李莉萍, 陳小波 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所