专利名称：一种单分散立方相的钇稳定二氧化锆纳米粉体的制备方法
技术领域：
本发明属于二氧化锆纳米材料的制备领域，特别涉及一种单分散立方相的钇稳定二氧化锆纳米粉体的制备方法。
背景技术：
二氧化锆因其具有良好的热稳定性、高离子迁移率和耐腐蚀性等物理化学性能而被广泛用于功能陶瓷、传感器和催化等领域。二氧化锆主要有单斜相、四方相和立方相三种晶型，通常情况下会经历如下的转变过程
单斜相< "7。。C >四方相< 237。。C >立方相< 2715。C >液相高温相二氧化锆往往会随温度的降低而逐渐转变成低温相，而立方相二氧化锆因其稳定、不易发生相变而在实际应用中优于低温的四方相和单斜相，所以如何获得室温稳定的立方相二氧化锆值得人们关注。目前，人们往往采用向二氧化锆中掺入各种不同的元素来提高其稳定性，例如，Na+、Y3+、Ce4+和Ti4+等。而钇作为一种有效地稳定剂应用最为广泛。Yang等(J. Alloys Comp.，2008，458，474-478)以乙醇为溶剂通过溶剂热方法制备得到了室温稳定的立方相的钇稳定二氧化锆粉体。目前，制备二氧化锆粉体的主要方法有微波等离子体法、化学气相合成法、溶胶-凝胶法、共沉淀法、水热法和溶剂热法等。但是，通过以上方法制备得到的二氧化锆纳米颗粒大多都需要经过后续的高温热处理过程，从而得到的粉体具有分散性差、粒径分布宽、比表面积低和高度团聚等缺陷。因此，寻求一种可控方法制备分散性好、粒径分布窄且结晶度高的立方相二氧化锆纳米粉体有着重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种单分散立方相的钇稳定二氧化锆纳米粉体的制备方法，该方法操作简单，成本低，对设备的要求低，得到的立方相二氧化锆纳米粉体具有颗粒小、分布窄和分散性好等特点。本发明的一种单分散立方相的钇稳定二氧化锆纳米粉体的制备方法，包括(1)将锆醇盐和钇盐溶解在无水低级醇中，制成锆醇盐和钇盐的无水低级醇溶液，其中锆醇盐的浓度为0. 003mmol/mL 1. Immo 1/mL,钇盐的浓度为0. 001mmol/mL 0. 200mmol/mL，钇与锆的物质的量之比为0. 0009 66. 7 ；(2)将上述锆醇盐和钇盐的无水低级醇溶液放置于预先盛有蒸馏水的密闭容器中，蒸馏水与锆醇盐和钇盐的无水低级醇溶液不直接接触，然后加热至70 250°C进行热处理，保温1 96小时，再冷却到室温，经洗涤，干燥，即得单分散立方相的钇稳定二氧化锆纳米粉体。步骤(1)中所述的锆醇盐为锆酸四正丁酯、锆酸四异丙酯中的一种或两种。步骤(1)中所述的钇盐为六水硝酸钇、六水氯化钇中的一种或两种。
步骤(1)中所述的低级醇为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇中的一种或几种。步骤O)中所述的蒸馏水与锆醇盐和钇盐的无水低级醇溶液中锆的物质的量之比为10 2000。步骤O)中所得的单分散立方相的钇稳定二氧化锆纳米粉体的结晶度高，晶粒尺寸为5 IOnm0参数作一些具体限定(1)水的用量水在密闭容器的底部，并不与锆醇盐直接接触，加热时水开始蒸发，并最终使锆醇盐全部水解。在实际的反应中，水与锆的物质的量之比在10到2000之间。(2)锆醇盐的浓度锆醇盐在低级醇中的浓度在0. 003mmol/mL 1. Immo 1/mL的范围内。(3)钇盐的浓度钇盐在低级醇中的浓度在0. 00Immo 1/mL 0. 200mmol/mL范围内。(4)钇与锆的物质的量之比在0. 0009 66. 7范围内。本发明利用钇作为稳定剂，通过水蒸气来促进锆醇盐水解而得到二氧化锆粉体。 本发明制备得到的立方相的钇稳定二氧化锆纳米粉体具有颗粒小、分布窄和分散性好等特
点ο有益效果(1)本发明的制备方法操作简单，成本低，对设备的要求低；(2)本发明制备得到的立方相二氧化锆纳米粉体具有颗粒小、分布窄和分散性好等特点。
图1是在200°C下通过添加不同含量的钇稳定剂制备得到的^O2纳米粉体的X射线衍射图谱(a)钇锆摩尔比为0. 06和(b)钇锆摩尔比为0. 09。图2是在200°C，钇锆摩尔比为0. 09条件下制备得到的^O2纳米粉体的扫描电镜
图谱和对应的能谱结果。图3是在200°C，钇锆摩尔比为0. 09条件下制备得到的^O2纳米粉体的透射电镜、 高分辨透射电镜照片和对应的选区电子衍射结果。
具体实施例方式下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例1将2. 7mmol锆酸丁酯和0. 07g六水硝酸钇加入到含有8mL无水乙醇的坩埚中(钇锆摩尔比为0. 06)，搅拌2分钟，然后将此含锆酸丁酯与酸钇醇溶液的坩埚转移至可密闭的容器的上部。可密闭的容器底部预先放有3mL蒸馏水。将容器密闭后，放入烘箱中，开始加热到200°C，升温速率为10 20°C /分钟，温度达到设定的温度后保温10小时。保温结束后，自然冷却到室温，打开密闭容器，取出坩埚，倒出粉末，用蒸馏水和无水酒精各洗涤3 次，经过60°C真空烘干8小时，即得二氧化锆纳米粉体，其晶粒尺寸为5 lOnm。图1(a)给出了此条件下制备得到的粉体的X射线衍射结果，可以发现由于钇稳定剂的添加量少，除立方相二氧化锆之外，还出现了单斜相的二氧化锆。实施例2将2. 7mmol锆酸丁酯和0. 07g六水硝酸钇加入到含有8mL无水乙醇的坩埚中(钇锆摩尔比为0. 06)，搅拌10分钟，然后将此含锆酸丁酯与酸钇醇溶液的坩埚转移至可密闭的容器的上部。可密闭的容器底部预先放有3mL蒸馏水。将容器密闭后，放入烘箱中，开始加热到240°C，升温速率为10 20°C /分钟，温度达到设定的温度后保温30小时。保温结束后，自然冷却到室温，打开密闭容器，取出坩埚，倒出粉末，用蒸馏水和无水酒精各洗涤3 次，经过60°C真空烘干8小时，即得二氧化锆纳米粉体，其晶粒尺寸为5 lOnm。实施例3将2. 7mmol锆酸四丁酯和0. 09g六水硝酸钇加入到含有8mL无水乙醇的坩埚中 (钇锆摩尔比为0. 09)，搅拌2分钟，然后将此含锆酸丁酯与硝酸钇醇溶液的坩埚转移至可密闭的容器的上部。可密闭的容器底部预先放有3mL蒸馏水。将容器密闭后，放入烘箱中， 开始加热到200°C，升温速率为10 20°C /分钟，温度达到设定的温度后保温10小时。保温结束后，自然冷却到室温，打开密闭容器，取出坩埚，倒出粉末，用蒸馏水和无水酒精各洗涤3次，经过60°C真空烘干8小时，即得二氧化锆纳米粉体，其晶粒尺寸为5 lOnm。图1(b)给出了此条件下制备得到的立方相二氧化锆纳米粉体的X射线衍射图谱。 图2是此条件下制备得到的立方相二氧化锆纳米粉体的扫描电镜图谱和对应的能谱结果。 图3给出了此粉体的透射电镜、高分辨透射电镜照片和对应的选区电子衍射结果；图3(a) 可以看到二氧化锆粉体呈单分散状，平均粒径在5nm ；图3(b)的高分辨电镜照片中能明显的观察到二氧化锆的晶格条纹，表明二氧化锆有很好的结晶度，其中(111)和(200)面对应的晶格间距为0. ^Snm和0. 254nm，此结果进一步证实了得到的是立方相二氧化锆；图3(c) 对应的选区电子衍射结果与XRD的结果相一致。实施例4将2. 7mmol锆酸四丁酯和0. 09g六水硝酸钇加入到含有8mL无水乙醇的坩埚中， 搅拌2分钟，然后将此含锆酸丁酯与硝酸钇醇溶液的坩埚转移至可密闭的容器的上部。可密闭的容器底部预先放有3mL蒸馏水。将容器密闭后，放入烘箱中，开始加热到240°C，升温速率为10 20°C/分钟，温度达到设定的温度后保温30小时。保温结束后，自然冷却到室温，打开密闭容器，取出坩埚，倒出粉末，用蒸馏水和无水酒精各洗涤3次，经过60°C真空烘干8小时，即得二氧化锆纳米粉体，其晶粒尺寸为5 lOnm。实施例5将4. 4mmol锆酸四丁酯和0. 018g六水硝酸钇加入到含有5mL无水乙醇的坩埚中 (钇锆摩尔比为0. 01)，搅拌5分钟，然后将此含锆酸丁酯与硝酸钇醇溶液的坩埚转移至可密闭的容器的上部。可密闭的容器底部预先放有5mL蒸馏水。将容器密闭后，放入烘箱中， 开始加热到150°C，升温速率为10 15°C /分钟，温度达到设定的温度后保温50小时。保温结束后，自然冷却到室温，打开密闭容器，取出坩埚，倒出粉末，用蒸馏水和无水酒精各洗涤3次，经过50°C真空烘干6小时，即得二氧化锆纳米粉体，其晶粒尺寸为5 lOnm。
权利要求
1.一种单分散立方相的钇稳定二氧化锆纳米粉体的制备方法，包括(1)将锆醇盐和钇盐溶解在无水低级醇中，制成锆醇盐和钇盐的无水低级醇溶液，其中锆醇盐的浓度为0. 003mmol/mL 1. Immol/mL，钇盐的浓度为0. 001mmol/mL 0. 200mmol/ mL，钇与锆的物质的量之比为0. 0009 66. 7 ；(2)将上述锆醇盐和钇盐的无水低级醇溶液放置于预先盛有蒸馏水的密闭容器中，蒸馏水与锆醇盐和钇盐的无水低级醇溶液不直接接触，然后加热至70 250°C进行热处理， 保温1 96小时，再冷却到室温，经洗涤，干燥，即得单分散立方相的钇稳定二氧化锆纳米粉体。
2.根据权利要求1所述的一种单分散立方相的钇稳定二氧化锆纳米粉体的制备方法， 其特征在于步骤(1)中所述的锆醇盐为锆酸四正丁酯、锆酸四异丙酯中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述的一种单分散立方相的钇稳定二氧化锆纳米粉体的制备方法， 其特征在于步骤(1)中所述的钇盐为六水硝酸钇、六水氯化钇中的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的一种单分散立方相的钇稳定二氧化锆纳米粉体的制备方法， 其特征在于步骤(1)中所述的低级醇为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种单分散立方相的钇稳定二氧化锆纳米粉体的制备方法， 其特征在于步骤O)中所述的蒸馏水与锆醇盐和钇盐的无水低级醇溶液中锆的物质的量之比为10 2000。
6.根据权利要求1所述的一种单分散立方相的钇稳定二氧化锆纳米粉体的制备方法， 其特征在于步骤O)中所得的单分散立方相的钇稳定二氧化锆纳米粉体的晶粒尺寸为 5 10nm。
全文摘要
本发明涉及一种单分散立方相的钇稳定二氧化锆纳米粉体的制备方法，包括(1)将锆醇盐和钇盐溶解在无水低级醇中，制成锆醇盐和钇盐的无水低级醇溶液；(2)将上述锆醇盐和钇盐的无水低级醇溶液放置于预先盛有蒸馏水的密闭容器中，蒸馏水与锆醇盐和钇盐的无水低级醇溶液不直接接触，然后进行热处理，冷却到室温，经洗涤，干燥，即得单分散立方相的钇稳定二氧化锆纳米粉体。本发明的制备方法操作简单，成本低，对设备的要求低；本发明制备得到的立方相二氧化锆纳米粉体具有颗粒小、分布窄和分散性好等特点。
文档编号C04B35/48GK102311265SQ201110228168
公开日2012年1月11日 申请日期2011年8月10日 优先权日2011年8月10日
发明者张青红, 李耀刚, 王宏志, 石福志 申请人:东华大学