一种基于溶剂热法合成的氧化铈粉体材料及方法与流程

本发明属于纳米材料制备，具体涉及一种基于溶剂热法合成的氧化铈粉体材料及方法。

背景技术：

1、氧化铈作为稀土氧化物的一种，具有优异的抛光性能、紫外吸收性能、催化氧化性能，被用于各个领域，是稀土氧化物中应用最广泛的一种材料。其中纳米级氧化铈的抛光性能在半导体芯片的制造过程中得以体现，因其化学性质稳定，硬度适中，在抛光研磨过程中具有磨削力强，抛光时间短、抛光精度高、使用寿命长、操作环境清洁污染小等特点，尤其是在晶圆抛光中展现出的高选择性和抛光终点自动停止性，解决了传统硅磨料容易在尺寸较大的集成电路浅槽隔离处形成的蝶形缺陷。使得纳米氧化铈成为半导体平坦化加工过程中必不可少的材料。

2、氧化铈抛光过程中，机械作用的优先级超过化学作用，因此颗粒的形貌(球状因其抛光研磨过程中多以划擦、滚动为主，可提高抛光精度；块状棱角以刮擦为主可提高抛光速率)、粒径大小及分散均匀性对抛光效果影响很大。

3、当下，众多学者通过各类办法来进行纳米氧化铈的制备，主要是以固相法、溶胶凝胶法、水热法、微乳液法等，制备出了八面体状、棒状、类球状等形貌的氧化铈材料。其中最明显的缺点是：

4、反应时，所需要的原料添加较多，通常除铈盐溶液外，还需加入表面活性剂、分散剂、氧化剂、沉淀剂等，且沉淀剂多用氨水，长期使用会对操作人员呼吸系统产生危害，再者更多原料引入更容易带来杂质元素，降低材料纯度；另外，大多数方法所制备的产物易团聚、形貌不规则(如球状氧化铈，其球形度极低)、粒度不均匀。

5、因此，提供一种原料简单、成本低廉，且工艺简单的方法来制备单分散、粒度可调的球状和块状纳米氧化铈是十分有必要的。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供及一种基于溶剂热法合成的氧化铈粉体材料及方法，用以解决现有的制备方法制备纳米氧化铈材料所需要加入沉淀剂(尤其是含有挥发性氨类沉淀剂)、氧化剂、表面活性剂、分散剂等复杂原料以及所制备纳米材料形貌粒度不均匀的缺点。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、本发明公开了一种基于溶剂热法合成氧化铈粉体材料的方法，包括以下步骤：

4、s1：将铈盐溶液、有机溶剂混合后，或将铈盐溶液、有机溶剂和分散剂混合后，得到混合溶液；

5、s2：将混合溶液进行水热反应后，得到反应后的混合溶液，随后将反应后的混合溶液进行离心处理，分离后得到固体沉淀；

6、s3：将固体沉淀进行数次离心洗涤后烘干，再经过研磨、煅烧处理，得到氧化铈粉体材料。

7、进一步地，s1中，所述铈盐溶液为铈盐和去离子水混合后得到；所述铈盐为六水合硝酸铈、无水氯化铈、碳酸铈和硝酸铈铵中一种；所述铈盐和去离子水的质量比为1：(1～25)。

8、进一步地，s1中，所述有机溶剂为柴油、汽油、植物油、正辛烷、环己烷、乙醇、乙二醇、丙三醇、正丁醇和一己醇中的一种或多种；所述分散剂为无机分散剂或有机分散剂。

9、进一步地，s1中，所述铈盐溶液和有机溶剂的体积比为1：(3～30)；所述铈盐溶液中的铈盐质量和分散剂质量的比值为1：(4～12)；所述无机分散剂为六偏磷酸钠、焦磷酸钠和三聚磷酸钠或水玻璃中的一种或多种；所述有机分散剂为羧甲基纤维素、聚乙二醇、聚丙烯酰胺和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种。

10、进一步地，s2中，所述水热反应的温度为100℃-220℃，时间为2h-12h。

11、进一步地，s3中，所述离心洗涤是采用离子水和无水乙醇交替清洗。

12、进一步地，s3中，所述烘干是在60℃-105℃的鼓风干燥箱中进行。

13、进一步地，s3中，所述煅烧处理的温度为350℃-800℃，时间为1h-12h。

14、本发明还公开了采用上述制备方法制备得到的氧化铈粉体材料。

15、进一步地，所述氧化铈粉体材料为粒度20nm-1μm的球状或块状。

16、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

17、本发明公开了一种基于溶剂热法合成氧化铈粉体材料的方法，采用铈盐、分散剂、有机溶剂等低成本原料，配合溶剂热法能够制备得到分散性良好、纯度高、粒度形貌均匀的纳米氧化铈粉体材料；同时，整个制备过程可以通过控制铈盐浓度和反应温度以及时间来控制纳米氧化铈粒径大小，铈盐浓度增加，样品粒径有减小趋势，直至粒径达到20nm以下后开始团聚；反应温度增加使得反应的热驱动力增强，晶粒的生长速度增快，促使样品粒径增大；反应时间的增加给予晶核生长时间更长，有利于粒径增大。其次，可以通过调整有机溶剂种类，就可制备球状和块状不同形貌的氧化铈；本发明公开的制备方法，原料简单、成本低廉，具有广阔的应用前景。

18、本发明还公开了采用上述制备方法制备得到的氧化铈粉体材料，通过将铈盐溶液与有机溶剂混合，再添加或不添加分散剂于反应釜中反应制备了粒度在20nm-1μm左右的纳米球状和块状的氧化铈材料，制备的氧化铈颗粒分散性良好、纯度高、粒度形貌均匀。

技术特征：

1.一种基于溶剂热法合成氧化铈粉体材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于溶剂热法合成氧化铈粉体材料的方法，其特征在于，s1中，所述铈盐溶液为铈盐和去离子水混合后得到；所述铈盐为六水合硝酸铈、无水氯化铈、碳酸铈和硝酸铈铵中一种；所述铈盐和去离子水的质量比为1：(1～25)。

3.根据权利要求1所述的一种基于溶剂热法合成氧化铈粉体材料的方法，其特征在于，s1中，所述有机溶剂为柴油、汽油、植物油、正辛烷、环己烷、乙醇、乙二醇、丙三醇、正丁醇和一己醇中的一种或多种；所述分散剂为无机分散剂或有机分散剂。

4.根据权利要求3所述的一种基于溶剂热法合成氧化铈粉体材料的方法，其特征在于，s1中，所述铈盐溶液和有机溶剂的体积比为1：(3～30)；所述铈盐溶液中的铈盐质量和分散剂质量的比值为1：(4～12)；所述无机分散剂为六偏磷酸钠、焦磷酸钠和三聚磷酸钠或水玻璃中的一种或多种；所述有机分散剂为羧甲基纤维素、聚乙二醇、聚丙烯酰胺和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的一种基于溶剂热法合成氧化铈粉体材料的方法，其特征在于，s2中，所述水热反应的温度为100℃-220℃，时间为2h-12h。

6.根据权利要求1所述的一种基于溶剂热法合成氧化铈粉体材料的方法，其特征在于，s3中，所述离心洗涤是采用离子水和无水乙醇交替清洗。

7.根据权利要求1所述的一种基于溶剂热法合成氧化铈粉体材料的方法，其特征在于，s3中，所述烘干是在60℃-105℃的鼓风干燥箱中进行。

8.根据权利要求1所述的一种基于溶剂热法合成氧化铈粉体材料的方法，其特征在于，s3中，所述煅烧处理的温度为350℃-800℃，时间为1h-12h。

9.一种氧化铈粉体材料，其特征在于，采用权利要求1～8中任意一项所述的一种基于溶剂热法合成氧化铈粉体材料的方法制备得到。

10.根据权利要求9所述的一种氧化铈粉体材料，其特征在于，所述氧化铈粉体材料为粒度20nm-1μm的球状或块状。

技术总结
本发明公开了一种基于溶剂热法合成的氧化铈粉体材料及方法，属于纳米材料制备技术领域。本发明公开的方法通过将铈盐溶液与有机溶剂混合，再添加或不添加分散剂于反应釜中反应制备了粒度在20nm‑1μm左右的纳米球状和块状的氧化铈材料，具有原料成本低、种类少且配比范围大，工艺简单、稳定性好、操作方便的优点；同时制备的氧化铈颗粒分散性良好、纯度高、粒度形貌均匀，具有广阔的应用前景。

技术研发人员：杨大山,李开深,董思远
受保护的技术使用者：陕西煤业化工技术研究院有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16