一種納米氧化釓粉體的微波燃燒制備方法
【專利說明】
(一)
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種納米級氧化釓粉體的制備方法，屬于材料制備領域。
(二)
【背景技術】
[0002]納米陶瓷粉體的制備是納米陶瓷材料和其他相關納米材料產(chǎn)業(yè)化的首要問題，主要制備方法有固相法、液相法和氣相法。20世紀90年代以來，納米陶瓷粉體進入了工業(yè)化發(fā)展階段。目前我國主要采用濕化學法和氣相沉積法進行工業(yè)化納米陶瓷粉體的制備，主要產(chǎn)品包括 CaCO3、ZnO、Al2O3、S1x、T12、Si3N4和 SiC 等。
[0003]納米氧化釓粉體可用于各種熒光粉，原子反應堆中的中子吸收材料，磁泡材料，增感屏材料。在光學玻璃、電子工業(yè)等方面也有一定的應用，也可用作釓鎵石榴石材料。
[0004]對于納米氧化釓粉體的合成，目前使用比較普遍的方法是溶膠凝膠法、化學沉淀法?！秾щ娋郾桨肺⒓{米氧化釓復合材料的合成與表征》張麗霞等，廣西師范學院學報(自然科學版)，2007，66-68，采用化學沉淀法制備出微納米級的氧化釓片狀粉體，但制備出的粉體易團聚，采用乙醇作為分散劑，分散效果比聚乙二醇效果好，但得到的氧化釓尺寸較大，在50?800nm左右；采用聚乙二醇作為分散劑，分散效果比乙醇略差，氧化釓尺寸較小，但仍在200nm左右?！都{米氧化釓/NBR復合材料的制備及其屏蔽性能研宄》趙永鋒等，橡膠工業(yè)，2010，581-585，采用共沉淀法和噴霧干燥法相結合經(jīng)高溫煅燒制備出了納米級氧化釓，但是相對來說制備過程用時長，工藝相對繁瑣。
(三)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術的不足，尤其是氧化釓粉體合成成本較高的缺點，本發(fā)明提供一種微波燃燒合成納米氧化釓粉體的方法。
[0006]本發(fā)明的技術方案如下:
[0007]一種納米氧化釓粉體的微波燃燒制備方法，包括步驟如下:
[0008](I)配置硝酸釓溶液:將氧化釓粉體與硝酸溶液混合，制得硝酸釓溶液；所述氧化釓:硝酸的摩爾比為I: (5-9);
[0009](2)硝酸釓溶液與檸檬酸混合:將硝酸釓溶液與檸檬酸溶液按Gd3+:檸檬酸摩爾比為4: (1-2)混合均勻，制得前驅體溶液；
[0010](3)調(diào)節(jié)pH值:將前軀體溶液的pH值調(diào)節(jié)為8?10 ;
[0011](4)微波燃燒合成:將調(diào)節(jié)pH值后的前軀體溶液微波燃燒合成，制得白色粉末；
[0012](5)煅燒:將白色粉末于馬弗爐中450°C?800°C保溫煅燒2_5h ；
[0013](6)球磨:將煅燒之后的物料球磨，干燥，即制得納米氧化釓粉體。
[0014]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(I)中所述的氧化釓:硝酸的摩爾比為1: (6-7)，進一步優(yōu)選的，所述的硝酸溶液的濃度為30-40wt%，硝酸溶液可用濃度為65?69?1:%的濃硝酸用去離子水稀釋得到。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟⑵中所述的檸檬酸為一水合檸檬酸(C6H8O7.H2O)，Gd3+:C6H8O7.H2O 的摩爾比為 4: (1-1.5)。
[0016]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(3)中用氨水調(diào)節(jié)pH。
[0017]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟⑷中所述微波燃燒的設備為微波爐。微波燃燒過程中前驅體溶液中水分蒸干，溶質發(fā)生反應。微波爐的溫度設置為中溫或中高溫，反應時間為40min?60min，反應時間視反應物量而定，水分蒸干后粉末制品由黃色蜂窩狀轉變?yōu)榘咨勰睢?br>[0018]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(5)中煅燒的設備為馬弗爐，馬弗爐煅燒升溫速度為5?10°C /min ;進一步優(yōu)選的，所述的煅燒溫度為500°C?800°C。通過進一步煅燒，使粉體中多余的C、N元素氧化揮發(fā)，從而凈化粉體，與此同時使粉體進一步結晶得到更完整晶粒。
[0019]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(6)中球磨采用濕法球磨，濕法球磨采用乙醇為分散介質，采用聚乙烯吡咯烷酮為分散劑。
[0020]本發(fā)明的原理:
[0021]本發(fā)明使用硝酸、氧化釓、檸檬酸、氨水等作為原料，可使用家用微波爐作為反應爐，采用化學法合成納米氧化釓的前驅體溶液，之后將前驅體溶液置于家用微波爐中燃燒，燃燒時間視前驅體溶液體積而定，將前驅體溶液中水分蒸干，溶質發(fā)生反應。燃燒合成后，將粉體用乙醇溶解并加入聚乙烯吡咯烷酮作為分散劑，行星研磨，將混料烘干，研磨后即為納米氧化禮粉體，粒徑在50?lOOnm。
[0022]本發(fā)明采用微波燃燒法，微波對化學反應有一定的催化作用；微波加熱的傳熱原理不同于傳統(tǒng)的傳熱理論與傳熱規(guī)律，微波對物質具有一定的穿透作用，被供能物質是吸波物質的分子產(chǎn)生熱振動直接放熱，因此，被加熱物質受熱非常均勻；微波供能不因熱源或發(fā)熱材料而給被加熱物質帶入任何二次污染。本發(fā)明前驅體制備中加入檸檬酸參與反應，充分利用有機無機材料雜化反應的優(yōu)越性，檸檬酸作為一種較強的有機酸可以電離出3個H+，可與硝酸釓溶液中Gd3+雜化，此處利用檸檬酸分子的框架結構，使微波燃燒過程中振動產(chǎn)熱更加均勻，粉體顆粒不易團聚，同時不帶入難去除的雜質元素。此外為促進反應進行使用氨水作為催化劑促進反應進行，直觀表現(xiàn)為調(diào)節(jié)PH值。為促進粉體結晶，一定程度上細化晶粒，在納米粉體易團簇與煅燒溫度過高晶粒長大之間尋找平衡點，本發(fā)明探宄后確定煅燒溫度在450°C?800°C為最佳。在煅燒過程中粉體中的C、N等元素可以氧化揮發(fā)使納米氧化釓粉體得以提純。
[0023](四)有益效果:
[0024](I)本發(fā)明采用微波燃燒合成方法，利用微波能量，使前驅體由內(nèi)部分子振動產(chǎn)熱，熱量分布均勻。
[0025](2)本發(fā)明采用有機物檸檬酸參與反應，與硝酸釓發(fā)生有機無機雜化，作為一種較強的有機酸，Imol檸檬酸可電離出3molH+，在離子鍵作用下Gd3+可取代H+，從而以檸檬酸作為介質，形成有機無機雜化物。
[0026](3)本發(fā)明合成的納米氧化釓粉體粒徑在50?10nm之間，相對于其他方法制備出的粉體粒度更小且分散均勻。
(五)
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明實施例1制得的氧化釓粉體低放大倍率的SEM圖；
[0028]圖2為本發(fā)明實施例1制得的氧化釓粉體高放大倍率的SEM圖；
[0029]圖3為本發(fā)明實施例1制得的氧化釓粉體的XRD圖。
(六)
【具體實施方式】
[0030]下面結合實施例對本發(fā)明的技術方案做進一步說明，但本發(fā)明所保護范圍不限于此。
[0031]實施例中所用原料均為常規(guī)原料，市購產(chǎn)品。
[0032]實施例1:
[0033]一種納米氧化釓粉體的微波燃燒制備方法，包括步驟如下:
[0034](I)配置Gd(NO3)3溶液:稱取20g微米級氧化釓粉體，將質量分數(shù)69%濃硝酸31.2g用28.2g去離子水稀釋至35wt%，按摩爾比Gd2O3 = HNO3= 1: 6，配置Gd (NO 3) 3溶液，將溶液置于500ml燒杯中于磁力攪拌器攪拌溶解，超聲分散5min ；
[0035](2)硝酸釓溶液與檸檬酸混合:稱取92.4g 一水合檸檬酸溶解于150ml水中，按摩爾比Gd3+:C 6H807 -H2O = 4:1配置前驅體溶液，置于50°C恒溫水浴槽中，磁力攪拌1min ;
[0036](3)調(diào)節(jié)pH值:向前驅體溶液中滴加氨水調(diào)節(jié)pH值為8 ；
[0037](4)微波燃燒合成:將前驅體溶液置于家用微波爐中燃燒合成，使用中火，時間約30min，制品由黃色蜂窩狀轉變?yōu)榘咨勰睿?br>[0038](5)馬弗爐煅燒:將白色粉末置于馬弗爐中，50min內(nèi)升溫至500°C，保溫3h，去除粉體中過量的C、N等元素，以C02、N2O4的形式去除；
[0039](6)行星球磨:使用300ml無水乙醇作為分散介質，將煅燒后的物料行星球磨2h，在真空干燥箱80°C烘干12h，獲得氧化釓納米粉體。
[0040]本實施例得到的氧化釓納米粉體如圖1、2所示，由圖1、2可知，氧化釓納米粉