一种以水热法制备HfO₂纳米颗粒的方法

一种以水热法制备HfO₂纳米颗粒的方法
【专利摘要】本发明涉及一种以水热法制备HfO2纳米颗粒的方法，将四氯化铪溶解在水中，得到氧氯化铪溶液；将氢氧化钠溶液滴加到上述氧氯化铪溶液中，得到前驱体溶液；将十二胺溶于溶剂中，得到十二胺溶液，然后和上述前驱体溶液混合，常温磁力搅拌，得到混合溶液，然后进行水热反应，分离、洗涤、干燥，即得。本发明具有简单方便，重复性好，可大量生产、成本低的特点；制备出的HfO2纳米颗粒粒径分布均匀，具有良好的应用前景。
【专利说明】
一种以水热法制备HfO2纳米颗粒的方法
技术领域
[0001 ]本发明属于Hf 02纳米材料的制备领域，特别涉及一种以水热法制备Hf 02纳米颗粒的方法。
【背景技术】
[0002]Hf O2具有高的介电常数(块体材料的介电常数为25，薄膜材料约为20.25)、大的禁带宽度(?5.79eV)、高的反射系数(?2.9)、高的折射率(1.82?1.93)和抗激光损伤阈值、优异的化学稳定性和生物相容性。基于以上优异的性质，HfO2在MOS栅极介电层、光学涂层、有机催化、固体电解质以及生物医学等领域具有广阔的应用前景。
[0003]Ananthakumar Ramadoss等人通过加热或超声辅助的溶胶-凝胶法制备了20nm左右的球形HfO2纳米粒子，但是得到的纳米粒子团聚严重。溶胶-凝胶法是上世纪60年代发展起来的一种粉体材料制备方法，该法的优点是反应温度低、易于控制、所得粉体纯度高。刘建强【刘建强等，国家自然科学基金资助项目，2004，6(35):730-733】等人用高温固相法合成Hf O2纳米粉体，高温固相合成法是传统的合成发光材料的方法，虽然有利于工业化生产，但这种方法成本高、对设备要求高，而且掺杂度不高，粒径较大，得不到性能较好的粉体。水热法是指在密闭体系如高压釜中，以水为溶剂，在一定的温度和水的自生压力下，原始混合物进行反应的一种合成方法。该方法的最大优点是，能够在较低的温度下，直接从溶液中获得晶粒发育完整的晶体，晶体的纯度高、化学成分均匀、粒径小、粒子尺寸分布好。由于其反应温度较低，制备的粉体较为细小、均匀，因此倍受国内、外关注。

【发明内容】

[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种以水热法制备Hf02纳米颗粒的方法，本发明具有简单方便，重复性好，可大量生产、成本低的特点；制备出的Hf 02纳米颗粒粒径分布均匀，具有良好的应用前景。
[0005]本发明的一种以水热法制备Hf02纳米颗粒的方法，包括:
[0006](I)将四氯化铪溶解在水中，得到氧氯化铪溶液；
[0007](2)将氢氧化钠溶液滴加到上述氧氯化給溶液中，得到前驱体溶液；
[0008](3)将十二胺溶于溶剂中，得到十二胺溶液，然后和上述前驱体溶液混合，常温磁力搅拌，得到混合溶液，然后进行水热反应，分离、洗涤、干燥，即得HfO2纳米颗粒。
[0009]所述步骤(I)中四氯化铪溶液的浓度为0.025M。
[0010]所述步骤(2)中氢氧化钠溶液的浓度为0.20M。
[0011 ]所述步骤(3)中溶剂为乙醇;十二胺溶液的浓度为0.10M。
[0012]四氯化铪溶液、氢氧化钠溶液、十二胺溶液的体积比为5-9:7-12:1_3。
[0013]所述步骤(3)中常温磁力搅拌时间为l_2h。
[0014]所述步骤(3)中水热反应为:在反应釜中，160 °C下反应24h。
[0015]所述步骤(3)中分离、洗涤为:在1000rmp下离心分离lOmin，得到的沉淀依次用去离子水和无水乙醇交替洗涤，超声分散和离心。
[0016]所述步骤(3)中干燥温度为60°C，干燥时间为12h。
[0017]所述步骤(3)Hf02纳米颗粒的粒径大小为4nm。
[0018]有益效果
[0019](I)本发明操作简单，重复性好，可大量生产；
[0020](2)本发明得到的HfO2纳米颗粒粒径分布窄，具有良好的应用前景。
【附图说明】
[0021 ]图1是水热法制备HfO2纳米颗粒的工艺流程图；
[0022]图2是水热法制备HfO2纳米颗粒的X射线衍射图；
[0023]图3是实施例1中水热法制备HfO2纳米颗粒的透射电镜图；
[0024]图4是实施例2中水热法制备HfO2纳米颗粒的透射电镜图；
[0025]图5是水热法制备HfO2纳米颗粒的紫外吸收图。
【具体实施方式】
[0026]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。
[0027]实施例1
[0028]1、称取0.16g的四氯化铪溶解于SmL去离子水中，得到氧氯化铪溶液；
[0029]2、称取0.08g的氢氧化钠，在常温下溶解于1mL的去离子水中，用胶头滴管将氢氧化钠溶液加入到上述溶液中，得到前驱体溶液；
[0030]3、称取0.3707g十二胺，溶解于2mL的乙醇中，得到的溶液与上述前驱体溶液混合，在常温下磁力搅拌2h，得到混合均匀的溶液；
[0031]4、将混合液转入10ml聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压水热釜中，在160°C保温24h，待水热釜冷却至室温，将得到的混合液离心分离得到沉淀，去离子水和无水乙醇分别洗涤三次，于烘箱内60 °C，干燥12h。
[0032]实施例2
[0033]1、称取0.16g的四氯化铪溶解于1mL去离子水中，得到氧氯化铪溶液；
[0034]2、称取0.08g的氢氧化钠，在常温下溶解于1mL的去离子水中，用胶头滴管将氢氧化钠溶液加入到上述溶液中，得到前驱体溶液；
[0035]3、将混合液转入10ml聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压水热釜中，在160°C保温24h，待水热釜冷却至室温，将得到的混合液离心分离得到沉淀，去离子水和无水乙醇分别洗涤三次，于烘箱内60 °C，干燥12h。
【主权项】
1.一种以水热法制备HfO2纳米颗粒的方法，包括: (1)将四氯化铪溶解在水中，得到氧氯化铪溶液； (2)将氢氧化钠溶液滴加到上述氧氯化铪溶液中，得到前驱体溶液； (3)将十二胺溶于溶剂中，得到十二胺溶液，然后和上述前驱体溶液混合，常温磁力搅拌，得到混合溶液，然后进行水热反应，分离、洗涤、干燥，即得Hf O2纳米颗粒。2.根据权利要求1所述的一种以水热法制备HfO2纳米颗粒的方法，其特征在于:所述步骤(I)中四氯化铪溶液的浓度为0.025M。3.根据权利要求1所述的一种以水热法制备HfO2纳米颗粒的方法，其特征在于:所述步骤(2)中氢氧化钠溶液的浓度为0.20M。4.根据权利要求1所述的一种以水热法制备HfO2纳米颗粒的方法，其特征在于:所述步骤(3)中溶剂为乙醇;十二胺溶液的浓度为0.1OM05.根据权利要求1所述的一种以水热法制备HfO2纳米颗粒的方法，其特征在于:四氯化铪溶液、氢氧化钠溶液、十二胺溶液的体积比为5-9:7-12:1-3。6.根据权利要求1所述的一种以水热法制备HfO2纳米颗粒的方法，其特征在于:所述步骤(3)中常温磁力搅拌时间为l-2h。7.根据权利要求1所述的一种以水热法制备HfO2纳米颗粒的方法，其特征在于:所述步骤⑶中水热反应为:在反应釜中，160 °C下反应24h。8.根据权利要求1所述的一种以水热法制备HfO2纳米颗粒的方法，其特征在于:所述步骤(3)中分离、洗涤为:在1000rmp下离心分离1min，得到的沉淀依次用去离子水和无水乙醇交替洗涤，超声分散和离心。9.根据权利要求1所述的一种以水热法制备HfO2纳米颗粒的方法，其特征在于:所述步骤(3)中干燥温度为60 0C，干燥时间为12h。
【文档编号】C01G27/02GK105948117SQ201610277790
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月28日
【发明人】周兴平, 万盈盈
【申请人】东华大学, 周兴平