一种钇稳定四方相纳米氧化锆及其制备方法与流程

本发明涉及纳米材料制备领域，尤其涉及一种钇稳定四方相纳米氧化锆及其制备方法。

背景技术：

纳米氧化锆粉体因其特殊的理化性质，已成为材料科研领域的热点之一，其在电子陶瓷、功能陶瓷和结构陶瓷等方面都得到了广泛的应用。陶瓷材料有诸如高温力学性能、抗化学侵蚀性能、较高的硬度和耐磨性能等，但陶瓷材料有个非常致命的缺点就是韧性差，易脆。通过研究发现，纳米氧化锆的超塑性特点能解决陶瓷的脆性问题，因为纳米氧化锆从四方晶相转变为单斜晶相时会发生马氏相变使体积膨胀而产生残余应力，在基体中造成微裂纹，该裂纹可分散主裂纹尖端的应力甚至终止裂纹扩展，从而大大增强陶瓷的强度和韧度。

目前纳米氧化锆的制备方法有物理合成法和化学合成法，但研究的热点主要集中于化学合成法，化学合成法可以分为共沉淀法、溶胶-凝胶法、水解法、水热法、共沸蒸馏法等制备技术。氧化锆有立方相、四方相和单斜相三种晶体结构，立方相存在于2000℃以上，四方相存在于1100℃以上，在1100℃以下则转化为单斜相。单斜相氧化锆的应用非常有限，只有得到室温下稳定存在的四方相氧化锆才有更大的应用价值，才能在陶瓷材料中起到相变增韧的效果。

目前，稳定存在的四方相氧化锆的制备过程需要使用氢氧化钠等强碱作为沉淀剂制备前驱体，危险性较高。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种钇稳定四方相纳米氧化锆及其制备方法，以解决目前稳定存在的四方相氧化锆的制备过程需要使用氢氧化钠等强碱作为沉淀剂，危险性较高的问题。

为实现本发明的目的，一种钇稳定四方相纳米氧化锆的制备方法，所述钇稳定四方相纳米氧化锆的制备方法包含以下步骤：

将氧氯化锆和硝酸钇加入水中溶解，加入分散剂得到混合溶液，其中，所述分散剂包括聚乙二醇；

将醇钠的乙醇溶液加入所述混合溶液中，得到胶体；

用乙醇和水洗涤所述胶体，过滤得到沉淀；

向所述沉淀中加入三乙醇胺水溶液，形成悬浮液；

将所述悬浮液转移至反应釜中恒温加热预设时长，取出过滤得到沉淀；

将所述沉淀依次用乙醇和水洗涤，将洗涤后的所述沉淀干燥得到钇稳定四方相纳米氧化锆。

优选地，所述混合溶液中锆离子浓度为0.1mol/l～0.4mol/l。

优选地，所述混合溶液中钇离子与锆离子的摩尔比为1:100～6:100。

优选地，所述混合溶液中所述分散剂的质量浓度为1～4g/l。

优选地，所述聚乙二醇包括分子量为200、400、600、1000和2000的聚乙二醇中的一种。

优选地，所述醇钠包括甲醇钠、乙醇钠、正丙醇钠，正丁醇钠和叔丁醇钠中的一种。

优选地，所述醇钠与混合液中锆离子的摩尔比为1:1～3:1

优选地，所述三乙醇胺水溶液的浓度为0.05mol/l～0.5mol/l。

优选地，所述恒温加热的温度为180℃-250℃。

优选地，所述预设时长为8-15小时。

此外，为实现以上目的，本发明还提供一种钇稳定四方相纳米氧化锆，所述四方相纳米氧化锆通过如上的任一项所述的钇稳定四方相纳米氧化锆的制备方法制备得到。

本发明提出了一种钇稳定四方相纳米氧化锆的制备方法，将氧氯化锆和硝酸钇加入水中溶解，加入分散剂得到混合溶液，其中，所述分散剂包括聚乙二醇；将醇钠的乙醇溶液加入所述混合溶液中，得到胶体；用乙醇和水洗涤所述胶体，过滤得到沉淀；向所述沉淀中加入三乙醇胺水溶液，形成悬浮液；将所述悬浮液转移至反应釜中恒温加热预设时长，取出过滤得到沉淀；将所述沉淀用水和乙醇洗涤，干燥得到纳米氧化锆；利用本发明提供的钇稳定四方相纳米氧化锆的制备方法制备钇稳定四方相纳米氧化锆时无需使用氢氧化钠等强碱，反应温和，提高了钇稳定四方相纳米氧化锆制备过程的安全性。

附图说明

图1为本发明实施例1制备得到的产物1的透射电镜图。

图2为本发明实施例1制备得到的产物1的xrd结果图。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

首先，对本发明实施例提供的钇稳定四方相纳米氧化锆的制备方法及制备得到的钇稳定四方相纳米氧化锆的检测方法进行简要概述。

本发明实施例提供的钇稳定四方相纳米氧化锆的制备方法如下：

将氧氯化锆和硝酸钇加入水中溶解，并加入分散剂得到混合溶液，其中，所述分散剂包括聚乙二醇；

取醇钠用乙醇溶解得到醇钠的乙醇溶液，其中，所述醇钠包括甲醇钠、乙醇钠、正丙醇钠，正丁醇钠和叔丁醇钠中的一种；

在搅拌条件下将所述醇钠的乙醇溶液滴加至所述混合溶液中，体系呈胶体状，继续搅拌10分钟；

将所述胶体依次用乙醇和去离子水洗涤-过滤，直至滤液中不含氯离子，收集滤渣得到前驱体。

将所述前驱体加入到50ml聚四氟乙烯内衬反应釜中，向反应釜中加入三乙醇胺水溶液。

将反应釜置于烘箱中，加热至预设温度恒温反应预设时长后取出，过滤得到沉淀，将所述沉淀先用乙醇洗涤，再用去离子水洗涤沉淀，将洗涤后的所述沉淀烘干，得到产物。

本发明提供的钇稳定四方相纳米氧化锆制备方法得到的产物的检测方法如下：1、通过透射电镜观察所得产物的微观形状和尺寸；2、通过xrd检测分析所得产物的晶型。

具体实施例

实施例1

取3.14g八水合氧氯化锆、0.12g六水合硝酸钇和0.09g聚乙二醇(分子量为2000)加入40ml去离子水溶解得到混合溶液；

取1.4g乙醇钠，用20ml乙醇溶解得到乙醇钠的乙醇溶液；

在搅拌条件下将所述乙醇钠的乙醇溶液滴加至所述混合溶液中，体系呈胶体状，继续搅拌10分钟；

将所述胶体依次用乙醇和去离子水洗涤-过滤直至滤液中不含氯离子，收集滤渣得到前驱体。

将所述前驱体加入到50ml聚四氟乙烯内衬反应釜中，向反应釜中加入30ml0.1mol/l的三乙醇胺水溶液。

将反应釜置于烘箱中，加热至220℃恒温反应12小时后取出。过滤得到沉淀，将所述沉淀用乙醇洗涤2-3次，再用去离子水洗涤沉淀2-3次，将洗涤后的所述沉淀烘干，得到产物1。

在本实施例中，所述混合溶液中锆离子浓度为0.25mol/l；所述混合溶液中钇离子与锆离子的摩尔比为3:100；所述混合溶液中聚乙二醇的质量浓度为2.25g/l；所述乙醇钠与锆离子的摩尔比为2:1。

通过透射电镜观察所得产物1的微观形貌，结果如图1所示，由图1可以清楚地观察到，产物1微观形貌为均一度较高的球形，直径约20纳米；通过xrd检测分析所得产物1的晶型，结果如图2所示，峰形非常的尖锐，说明产物1结晶度较高，通过比较分析发现，2θ为30、50、60左右时的三个强峰都与四方相氧化锆的标准谱图相吻合，说明产物1为四方相氧化锆。

实施例2

取1.26g八水合氧氯化锆、0.015g六水合硝酸钇和0.04g聚乙二醇(分子量为2000)加入40ml去离子水溶解得到混合溶液；

取0.54g甲醇钠，用20ml乙醇溶解得到醇钠的乙醇溶液；

在搅拌条件下将所述醇钠的乙醇溶液滴加至所述混合溶液中，体系呈胶体状，继续搅拌10分钟；

将所述胶体依次用乙醇和去离子水洗涤-过滤直至滤液中不含氯离子，收集滤渣得到前驱体。

将所述前驱体加入到50ml聚四氟乙烯内衬反应釜中，向反应釜中加入35ml0.05mol/l的三乙醇胺水溶液。

将反应釜置于烘箱中，加热至170℃恒温反应8小时后取出。过滤得到沉淀，将所述沉淀用乙醇洗涤2-3次，再用去离子水洗涤沉淀2-3次，将洗涤后的所述沉淀烘干，得到产物2。

在本实施例中，所述混合溶液中锆离子浓度为0.1mol/l；所述混合溶液中钇离子与锆离子的摩尔比为1:100；所述混合溶液中聚乙二醇的质量浓度为1g/l。所述甲醇钠与锆离子的摩尔比为1:1。

通过透射电镜观察所得产物2的微观形貌，结果显示产物2微观形貌为类球形，直径约16纳米。通过xrd检测分析所得产物2的晶型，结果显示产物2结晶度较高，且xrd结果分析显示所述产物2的晶型为四方相氧化锆。

实施例3

取5.04g八水合氧氯化锆、0.245g六水合硝酸钇和0.16g聚乙二醇(分子量为400)加入40ml去离子水溶解得到混合溶液；

取2.46g正丙醇钠，用20ml乙醇溶解得到醇钠的乙醇溶液；

在搅拌条件下将所述正丙醇钠的乙醇溶液滴加至所述混合溶液中，体系呈胶体状，继续搅拌10分钟；

将所述胶体依次用乙醇和去离子水洗涤-过滤直至滤液中不含氯离子，收集滤渣得到前驱体。

将所述前驱体加入到50ml聚四氟乙烯内衬反应釜中，向反应釜中加入30ml0.5mol/l的三乙醇胺水溶液。

将反应釜置于烘箱中，加热至190℃恒温反应10小时后取出。过滤得到沉淀，将所述沉淀用乙醇洗涤2-3次，再用去离子水洗涤沉淀2-3次，将洗涤后的所述沉淀烘干，得到产物3。

在本实施例中，所述混合溶液中锆离子浓度为0.4mol/l；所述混合溶液中钇离子与锆离子的摩尔比为6:100；所述混合溶液中聚乙二醇的质量浓度为4g/l；所述正丙醇钠与锆离子的摩尔比为3:1。。

通过透射电镜观察所得产物3的微观形貌，结果显示产物3微观形貌为均一度较高的类球形，直径约40纳米。通过xrd检测分析所得产物3的晶型，结果显示产物3结晶度较高，且xrd结果分析显示所述产物3的晶型为四方相氧化锆。

实施例4

取2.52g八水合氧氯化锆、0.061g六水合硝酸钇和0.08g聚乙二醇(分子量为600)加入40ml去离子水溶解得到混合溶液；

取1.44g正丁醇钠，用20ml乙醇溶解得到醇钠的乙醇溶液；

在搅拌条件下将所述正丁醇钠的乙醇溶液滴加至所述混合溶液中，体系呈胶体状，继续搅拌10分钟；

将所述胶体依次用乙醇和去离子水洗涤-过滤直至滤液中不含氯离子，收集滤渣得到前驱体。

将所述前驱体加入到50ml聚四氟乙烯内衬反应釜中，向反应釜中加入40ml0.2mol/l的三乙醇胺水溶液。

将反应釜置于烘箱中，加热至250℃恒温反应14小时后取出。过滤得到沉淀，将所述沉淀用乙醇洗涤2-3次，再用去离子水洗涤沉淀2-3次，将洗涤后的所述沉淀烘干，得到产物4。

在本实施例中，所述混合溶液中锆离子浓度为0.2mol/l；所述混合溶液中钇离子与锆离子的摩尔比为2:100；所述混合溶液中聚乙二醇的质量浓度为2g/l；所述正丁醇钠与锆离子的摩尔比为1.5:1。

通过透射电镜观察所得产物4的微观形貌，结果显示产物4微观形貌为均一度较高的球形，直径约25纳米。通过xrd检测分析所得产物4的晶型，结果显示产物4结晶度较高，且xrd结果分析显示所述产物4的晶型为四方相氧化锆。

实施例5

取3.78g八水合氧氯化锆、0.23g六水合硝酸钇和0.12g聚乙二醇(分子量为100)加入40ml去离子水溶解得到混合溶液；

取2.4g叔丁醇钠，用20ml乙醇溶解得到醇钠的乙醇溶液；

在搅拌条件下将所述醇钠的叔丁溶液滴加至所述混合溶液中，体系呈胶体状，继续搅拌10分钟；

将所述胶体依次用乙醇和去离子水洗涤-过滤直至滤液中不含氯离子，收集滤渣得到前驱体。

将所述前驱体加入到50ml聚四氟乙烯内衬反应釜中，向反应釜中加入40ml0.4mol/l的三乙醇胺水溶液。

将反应釜置于烘箱中，加热至240℃恒温反应16小时后取出。过滤得到沉淀，将所述沉淀用乙醇洗涤2-3次，再用去离子水洗涤沉淀2-3次，将洗涤后的所述沉淀烘干，得到产物5。

在本实施例中，所述混合溶液中锆离子浓度为0.3mol/l；所述混合溶液中钇离子与锆离子的摩尔比为5:100；所述混合溶液中聚乙二醇的质量浓度为3g/l；所述叔丁醇钠与锆离子的摩尔比为2.5:1。

通过透射电镜观察所得产物5的微观形貌，结果显示产物5微观形貌为均一度较高的球形，直径约30纳米。通过xrd检测分析所得产物5的晶型，结果显示产物5结晶度较高，且xrd结果分析显示所述产物5的晶型为四方相氧化锆。

由以上结果可以看出，实施例1-5中任一实施例制备得到的产物的微观形貌均为尺寸均一的球形，直径为16nm～40nm；且xrd测试结果显示所得产物均具有较高的结晶度，晶型均为四方相，因此，实施例1-5中任一实施例制备得到的产物均为钇稳定四方相纳米氧化锆。此外，上述制备过程中无需使用氢氧化钠等强碱性物质，反应温和，提高了钇稳定四方相纳米氧化锆制备过程的安全性。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效物品或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。