专利名称：改进溶胶－凝胶法制备纳米粉体的方法
技术领域：
本发明涉及纳米粉体的制备方法，具体涉及采用溶胶-凝胶法制备微米、亚微米、纳米粉体的方法。
背景技术：
溶胶-凝胶法是制备微米、亚微米、纳米粉体的常用方法之一，该法具有化学计量准确、容易添加有效成分、制备粉末颗粒细小、颗粒材料表面活性好、工业化成本低等优点，特别是在制备复合氧化物纳米粉体材料时具有很大的优越性。
溶胶-凝胶法常用制备工艺包括溶胶、凝胶制备、凝胶干燥研磨、干凝胶焙烧等步骤，其中凝胶制备采用溶胶加水使金属醇盐水解形成凝胶网络结构的方法，此法一般要求溶胶中金属醇盐物质含量大于0.3，凝胶干燥采用，自然风干或在烘箱中烘干，凝胶时间少则几天，多则数月，制备周期长，所用大量溶剂均不能回收，使制备成本增加，不利于大量粉体的制备。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是公开一种改进的溶胶-凝胶法制备纳米粉体的方法，以克服现有技术存在的制备周期长，所用大量溶剂不能回收，制备成本高，不利于大量粉体制备的缺陷。
本发明的技术构思是这样的发明人采用改变温度法，使溶胶迅速转化为凝胶，凝胶干燥则采用蒸馏浓缩法，大量溶剂可以回收套用，对浓缩凝胶进行分段加热和焙烧，得到相应纳米粉体，可使合成周期从数天、数月缩短到数小时，工艺路线缩短，溶胶、凝胶制备和干燥均在同一体系内完成，操作简便，省去加水和过滤步骤，消除了加水处理中杂质带入、金属醇盐不均匀水解等可能性，使凝胶中各组分分布更均匀，同时大量溶剂的回收，减少了污染，降低了成本。
本发明的方法包括如下步骤(1)将溶胶先驱化合物溶解于有机溶剂中制备成溶胶A；所说的溶胶先驱化合物包括金属醇盐或金属无机盐与金属醇盐混合物；其中金属醇盐∶溶胶先驱化合物＝0.01-1.00，摩尔比；所说的溶剂包括乙二醇甲醚、冰醋酸、乙醇或乙酸乙酯中的一种或一种以上；所说的有机金属醇盐包括钛酸正丁酯、钛酸异丙酯、钛酸乙酯中的一种或一种以上；(2)将溶胶A加热到110～160℃，将溶胶A转变为凝胶B；(3)将凝胶B进行蒸馏，回收溶剂，直至凝胶中多余溶剂全部馏出，温度为110～160℃，时间约1～3小时，必要时再进行减压蒸馏，将剩余溶剂馏出，合并的回收溶剂D，可回收套用，作为下一批溶胶的溶剂，获得半干的凝胶C；(4)将凝胶C，在300～400℃下预热处理，约0.5～1.0小时，得到粉体E，然后在500～850℃下焙烧，即获得纳米粉体。
XRD和TEM分析表明，得到的纳米粉体呈圆形、晶粒细小，颗粒分布均匀，直径范围在10-50nm。
由上述公开的技术方案可见，采用本发明的方法，可获得呈圆形、晶粒细小，颗粒分布均匀，直径范围在10-50nm的纳米粉体，制备过程简单易行，可使合成周期从数天、数月缩短到数小时，工艺路线缩短，省去加水步骤，消除了加水处理中杂质带入的可能，使凝胶中各组分分布更均匀，同时大量溶剂的回收，减少了污染，降低了成本。
图1为Ba0.65Sr0.35TiO3纳米粉体的XRD图。
图2为Ba0.65Sr0.35TiO3纳米粉体的TEM图。
具体实施例方式
实施例1以0.105mol醋酸锶Sr(CH3COO)2·1/2H2O(分析纯)、0.195mol醋酸钡Ba(CH3COO)2(分析纯)、0.300mol钛酸正丁酯Ti(n-C4H9O)4(化学纯)为起始化合物，加入450ml冰醋酸，配制得到浅黄色透明溶胶A，加热到120℃温度后，在2min内迅速生成凝胶B，改蒸馏装置，收集到120℃的馏分约200ml，残余物为半干燥的浓缩凝胶C，转移到表面皿中，马沸炉中热处理0.5小时，温度400℃，然后升温至700℃，焙烧2.0小时后，从炉中取出，自然冷却后得到白色粉体Ba0.65Sr0.35TiO3产物64.0g，产率98.9％。目标产物质量64.0占投入物质总质量259.4g的23.3％，传统工艺凝胶制备用加水处理，不计加入水量，投入物质总质量为459.4g，目标产物质量小于等于理论产率64.7g，产出占投入物质量的比例最大为13.2％。
Ba0.65Sr0.35TiO3(BST)产物经XRD分析，其图谱和标准图谱相同，见图1，为纯的钙钛矿型，TEM分析显示，粉体呈圆形，分散性好，直径约10～20nm，见图2。
实施例2以0.061mol醋酸铅Pb(CH3COO)2·3H2O(分析纯)、0.058mol硝酸锆Zr(NO3)4·5H2O、0.003mol钛酸正丁酯Ti(n-C4H9O)4(化学纯)为起始化合物，与200ml的乙二醇单甲醚CH3OCH2CH2OH(化学纯)溶剂配置得到溶胶A。将溶胶A加热到125℃温度后，在2min内迅速生成凝胶B，回流10min，改蒸馏装置，收集120℃的溶剂D，残余物为浓缩凝胶E，转移至瓷表面皿中，400℃马沸炉中热处理0.5小时，然后加热到750℃，焙烧2小时，得到浅黄色粉体产物PbZr0.95Ti0.05O3(PZT)19.8g，产率94.3％。
PbZrxTi1-xO3产物经XRD分析，与标准图谱相同，为纯的钙钛矿型结构，TEM分析表明，粒子呈圆形，直径20nm。
权利要求
1.一种改进溶胶-凝胶法制备纳米粉体的方法，其特征在于，包括如下步骤(1)将溶胶先驱化合物溶解于有机溶剂中制备成溶胶A；所说的溶胶先驱化合物包括金属醇盐或金属无机盐与金属醇盐混合物；(2)将溶胶A加热到100～160℃，将溶胶A转变为凝胶B；(3)将凝胶B进行蒸馏，获得半干的凝胶C；(4)将凝胶C，在300～400℃下预热处理，约0.5～1.0小时，得到粉体E，然后在500～850℃下焙烧，即获得纳米粉体。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，金属醇盐溶胶先驱化合物＝0.01-1.00，摩尔比。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所说的溶剂包括乙二醇甲醚、冰醋酸、乙醇或乙酸乙酯中的一种或一种以上。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所说的有机金属醇盐包括钛酸正丁酯、钛酸异丙酯、钛酸乙酯中的一种或一种以上。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，直至凝胶中多余溶剂全部馏出，蒸馏温度为110～160℃，时间1～3小时。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，再进行减压蒸馏。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，馏出的溶剂作为下一批溶胶的溶剂。
全文摘要
本发明公开了一种改进溶胶－凝胶法制备纳米粉体的方法。本发明采用改变温度法，使溶胶迅速转化为凝胶，凝胶干燥则采用蒸馏浓缩法，大量溶剂可以回收套用，对浓缩凝胶进行分段加热和焙烧，得到相应纳米粉体，可使合成周期从数天、数月缩短到数小时，工艺路线缩短，溶胶、凝胶制备和干燥均在同一体系内完成，操作简便，溶胶先驱物中金属醇化合物的物质含量可降至0.01，扩大了溶胶凝胶法的适用范围，省去加水和过滤步骤，消除了加水处理中杂质带入、金属醇盐不均匀水解等可能性，使凝胶中各组分分布更均匀，同时大量溶剂的回收，减少了污染，降低了成本。
文档编号C04B35/622GK1618768SQ20031010872
公开日2005年5月25日 申请日期2003年11月20日 优先权日2003年11月20日
发明者谢湘华, 董亚明, 林琳 申请人:华东理工大学