專利名稱：一種制備四方相氧化鋯納米棒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種制備四方相氧化鋯納米棒的方法。
背景技術(shù)：
氧化鋯具有耐高溫、耐磨損、耐腐蝕等優(yōu)異的物理和化學(xué)性能，在電子陶瓷、功能 陶瓷及結(jié)構(gòu)陶瓷等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。在不同溫度下，氧化鋯主要以三種同質(zhì)異形體存 在，如單斜相氧化鋯(m_&02)、四方相氧化鋯(t-Zr02)和立方相氧化鋯(C-ZrO2)。其中，四 方相或立方相氧化鋯在催化材料、氧傳感器及高溫燃料電池等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。納米級四方氧化鋯如納米顆粒、納米棒等具有新的物理性能，在許多領(lǐng)域有著 潛在的應(yīng)用，國內(nèi)外提出的納米級氧化鋯的制備方法包括溶膠-凝膠法、共沉積法及水 熱合成法等。中國發(fā)明公告專利第201010182571. 3號公開了一種高分散棒狀納米氧化 鋯的制備方法，該方法通過制備含鋯氫氧化物白色沉淀，再加入莰烯形成料漿，料漿經(jīng)冷 凍成型及高溫煅燒后得到單斜相高分散棒狀納米氧化鋯。Hee-Jin Noh等在Synthesis and crystallization of anisotropic shaped Zr02nanocrystalline powders by hydrothermal process [Materials Letters 57(2003)2425-2431]中采用水熱合成法，以 ZrOCl2 · 8H20為原料，l-5mol/L NaOH溶液為水熱介質(zhì)，在250°C保溫Mh，制備出純單斜相 氧化鋯納米棒。以上制備氧化鋯納米棒的方法所得產(chǎn)物多為單斜相，且需要高溫煅燒，制備 成本高、效率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種制備四方相氧化鋯納米棒的方法，該方法 是在含鋯離子的水溶液中加入礦化劑，得到氫氧化物懸濁液，再經(jīng)微波水熱反應(yīng)、洗滌、干 燥，得到氧化鋯納米棒。該方法所制備產(chǎn)物為四方相氧化鋯納米棒，且具有反應(yīng)時間短、反 應(yīng)溫度低，操作簡單，重復(fù)性好等優(yōu)點。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種制備四方氧化鋯納米棒的方法，包括以下步 驟步驟1 選用水溶性鋯鹽溶于去離子水，配置成溶液，溶液中鋯離子的濃度為 0. 2 0. 8mol/L ；步驟2 將濃度為0. 1 0. 4mol/L的NaOH礦化劑加入步驟1所得溶液中，并置于 恒溫磁力攪拌器在50°C充分攪拌，其中，所述鋯鹽溶液與礦化劑的體積比為1 (3 9);步驟3 將步驟2得到的前驅(qū)液加入微波消解罐中，將微波消解罐移入微波水熱合 成儀中進行合成反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫；步驟4 將步驟3得到的產(chǎn)物通過離心分離收集，然后分別經(jīng)質(zhì)量濃度為10%鹽酸 溶液洗滌、去離子水及無水乙醇洗滌，烘干后即得到最終產(chǎn)物四方相氧化鋯納米棒。本發(fā)明得到的四方相氧化鋯納米棒結(jié)晶好，純度較高，單根納米棒的直徑約為 60 180nm，納米棒的長度為0. 5 4um。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述步驟1中水溶性鋯鹽為&0C12 · SH2O, ZrCl4或 ZrO (NO3) 2 · 2H20 ；作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述步驟2中礦化劑溶液的攪拌時間為20 80min ；作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述步驟3中微波水熱合成反應(yīng)時間為40 55min， 微波水熱合成反應(yīng)溫度為180 210°C，微波水熱合成反應(yīng)壓力為1 4MPa ；作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述步驟4中烘干溫度為50 80°C。本發(fā)明制備四方相氧化鋯納米棒的方法至少具有以下優(yōu)點本發(fā)明在含鋯離子 的水溶液中加入NaOH礦化劑，得到氫氧化物懸濁液，再經(jīng)微波水熱反應(yīng)、洗滌、干燥，得到 四方相氧化鋯納米棒。通過控制微波水熱反應(yīng)溫度、壓力及時間可以控制氧化鋯納米棒直 徑及長度。本發(fā)明得到的四方相氧化鋯納米棒結(jié)晶好，純度較高，單根納米棒的直徑約為 60 180nm，納米棒的長度為0. 5 4um。本發(fā)明提供制備氧化鋯納米棒的方法具有四方相 產(chǎn)物純度高、反應(yīng)時間短、反應(yīng)溫度低，且操作簡單、重復(fù)性好等優(yōu)點。


圖1是由本發(fā)明制備的四方相氧化鋯納米棒的X-射線衍射(XRD)圖譜；圖2是本發(fā)明制備的四方相氧化鋯納米棒的掃描電鏡(SEM)照片。
具體實施例方式實施例1 步驟1 選用高純度水溶性&0C12 · SH2O溶于去離子水，配置成溶液，溶液中鋯離 子的濃度為0. 2mol/L ；步驟2 將濃度為0. lmol/L的NaOH礦化劑加入步驟1所得溶液中，并置于恒溫磁 力攪拌器在50°C充分攪拌20min，其中，所述鋯鹽溶液與礦化劑的體積比為1 3;步驟3 將步驟2得到的前驅(qū)液加入微波消解罐中，將微波消解罐移入微波水熱合 成儀中進行合成反應(yīng)，微波水熱合成反應(yīng)時間為40min，微波水熱合成反應(yīng)溫度為180°C， 微波水熱合成反應(yīng)壓力為IMPa，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫；步驟4 將步驟3得到的產(chǎn)物通過離心分離收集，然后分別經(jīng)10%鹽酸溶液洗滌、 去離子水及無水乙醇洗滌，于50°C烘干后即得到最終產(chǎn)物四方相氧化鋯納米棒。本實施例所得單根四方相氧化鋯納米棒的直徑約為60nm，氧化鋯納米棒的長度為 0. 5um。實施例2 步驟1 選用高純度水溶性&0C12 · SH2O溶于去離子水，配置成溶液，溶液中鋯離 子的濃度為0. 4mol/L ；步驟2 將濃度為0. 2mol/L的NaOH礦化劑加入步驟1所得溶液中，并置于恒溫磁 力攪拌器在50°C充分攪拌40min，其中，所述鋯鹽溶液與礦化劑的體積比為1 5;步驟3 將步驟2得到的前驅(qū)液加入微波消解罐中，將微波消解罐移入微波水熱合 成儀中進行合成反應(yīng)，微波水熱合成反應(yīng)時間為45min，微波水熱合成反應(yīng)溫度為190°C， 微波水熱合成反應(yīng)壓力為2MPa，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫；
步驟4 將步驟3得到的產(chǎn)物通過離心分離收集，然后分別經(jīng)10%鹽酸溶液洗滌、 去離子水及無水乙醇洗滌，于60°C烘干后即得到最終產(chǎn)物四方相氧化鋯納米棒。本實施例所得單根四方相氧化鋯納米棒的直徑約為lOOnm，氧化鋯納米棒的長度 為 1. 5um。實施例3 步驟1 選用高純度水溶性&C14溶于去離子水，配置成溶液，溶液中鋯離子的濃 度為 0. 6mol/L ；步驟2 將濃度為0. 3mol/L的NaOH礦化劑加入步驟1所得溶液中，并置于恒溫磁 力攪拌器在50°C充分攪拌60min，其中，所述鋯鹽溶液與礦化劑的體積比為1 7;步驟3 將步驟2得到的前驅(qū)液加入微波消解罐中，將微波消解罐移入微波水熱合 成儀中進行合成反應(yīng)，微波水熱合成反應(yīng)時間為50min，微波水熱合成反應(yīng)溫度為200°C， 微波水熱合成反應(yīng)壓力為3MPa，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫；步驟4 將步驟3得到的產(chǎn)物通過離心分離收集，然后分別經(jīng)10%鹽酸溶液洗滌、 去離子水及無水乙醇洗滌，于70°C烘干后即得到最終產(chǎn)物四方相氧化鋯納米棒。本實施例所得單根四方相氧化鋯納米棒的直徑約為150nm，氧化鋯納米棒的長度 為 2. 6um。實施例4 步驟1 選用高純度水溶性^O(NO3)2 · 2H20溶于去離子水，配置成溶液，溶液中鋯 離子的濃度為0. 8mol/L ；步驟2 將濃度為0. 4mol/L的NaOH礦化劑加入步驟1所得溶液中，并置于恒溫磁 力攪拌器在50°C充分攪拌80min，其中，所述鋯鹽溶液與礦化劑的體積比為1 9;步驟3 將步驟2得到的前驅(qū)液加入微波消解罐中，將微波消解罐移入微波水熱合 成儀中進行合成反應(yīng)，微波水熱合成反應(yīng)時間為^min，微波水熱合成反應(yīng)溫度為210°C， 微波水熱合成反應(yīng)壓力為4MPa，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫；步驟4 將步驟3得到的產(chǎn)物通過離心分離收集，然后分別經(jīng)10%鹽酸溶液洗滌、 去離子水及無水乙醇洗滌，于80°C烘干后即得到最終產(chǎn)物四方相氧化鋯納米棒。本實施例所得單根四方相氧化鋯納米棒的直徑約為180nm，氧化鋯納米棒的長度 為 4um。下面，請參閱圖1所示，其是由本發(fā)明方法制備的氧化鋯納米棒的XRD圖譜。由圖 可以看出本發(fā)明制備的產(chǎn)物為四方相氧化鋯。請參閱圖2所示，其是本發(fā)明制備的氧化鋯納米棒的SEM形貌。由圖可以看出本 發(fā)明制備的氧化鋯納米棒的直徑約為60 180nm，納米棒的長度約為0. 5 4um。氧化鋯 納米棒中含有部分團聚顆粒雜質(zhì)。
權(quán)利要求
1.一種制備四方相氧化鋯納米棒的方法，其特征在于包括以下步驟步驟1 選用水溶性鋯鹽溶于去離子水，配置成溶液，溶液中鋯離子的濃度為0.2 0.8mol/L ；步驟2 將濃度為0. 1 0. 4mol/L的NaOH礦化劑加入步驟1所得溶液中，并置于恒溫 磁力攪拌器上充分攪拌，其中，所述鋯鹽溶液與礦化劑的體積比為1 (3 9);步驟3 將步驟2得到的前驅(qū)液加入微波消解罐中，將微波消解罐移入微波水熱合成儀 中進行合成反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫；步驟4 將步驟3得到的產(chǎn)物通過離心分離收集，然后分別經(jīng)質(zhì)量濃度為10%鹽酸溶液 洗滌、去離子水及無水乙醇洗滌，烘干后即得到最終產(chǎn)物四方相氧化鋯納米棒。
2.如權(quán)利要求1所述的制備四方相氧化鋯納米棒的方法，其特征在于所述步驟1中 水溶性鋯鹽為 ZrOCl2 · 8H20、ZrCl4 或 ZrO(NO3)2 · 2H20 ；
3.如權(quán)利要求1所述的制備四方相氧化鋯納米棒的方法，其特征在于所述步驟2中 礦化劑溶液的攪拌時間為20 80min ；
4.如權(quán)利要求1所述的制備氧化鋯納米棒的方法，其特征在于所述步驟3中微波水 熱合成反應(yīng)時間為40 55min，微波水熱合成反應(yīng)溫度為180 210°C，微波水熱合成反應(yīng) 壓力為1 4MPa ；
5.如權(quán)利要求1所述的制備四方相氧化鋯納米棒的方法，其特征在于所述步驟4中 烘干溫度為50 80°C。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種制備四方相氧化鋯納米棒的方法，該方法是在含鋯離子的水溶液中加入礦化劑，得到氫氧化物懸濁液，再經(jīng)微波水熱反應(yīng)、洗滌、干燥，得到四方相氧化鋯納米棒。通過控制微波水熱反應(yīng)溫度、壓力及時間可以控制氧化鋯納米棒直徑及長度。本發(fā)明得到的四方相氧化鋯納米棒結(jié)晶好，純度較高，單根納米棒的直徑約為60～180nm，棒的長度為0.5～4um。本發(fā)明提供制備氧化鋯納米棒的方法具有四方相產(chǎn)物純度高、反應(yīng)時間短、反應(yīng)溫度低，且操作簡單、重復(fù)性好等優(yōu)點。
文檔編號C01G25/02GK102126752SQ20111007249
公開日2011年7月20日 申請日期2011年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月24日
發(fā)明者盧靖, 吳建鵬, 曹麗云, 李翠艷, 肖明, 黃劍鋒 申請人:陜西科技大學(xué)