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業化的首要問題，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化發展階段。目前我國主要采用濕化學法和氣相沉積法進行工業化納米陶瓷粉體的制備，主要產品包括 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。《導電聚苯胺微納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。《納米氧化釓/NBR復合材料的制備及其屏蔽性能研宄》趙永鋒等，橡膠工業，2010，581-585，采用共沉淀法和噴霧干燥法相結合經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)

【發明內容】

[0005]針對現有技術的不足，尤其是氧化釓粉體合成成本較高的缺點，本發明提供一種微波燃燒合成納米氧化釓粉體的方法。
[0006]本發明的技術方案如下:
[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)調節pH值:將前軀體溶液的pH值調節為8?10 ;
[0011](4)微波燃燒合成:將調節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]根據本發明，優選的，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]根據本發明，優選的，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]根據本發明，優選的，步驟(3)中用氨水調節pH。
[0017]根據本發明，優選的，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為白色粉末狀。
[0018]根據本發明，優選的，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，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]根據本發明，優選的，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]本發明的原理:
[0021]本發明使用硝酸、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的傳熱理論與傳熱規律，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熱材料而給被加熱物質帶入任何二次污染。本發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，直觀表現為調節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使納米氧化釓粉體得以提純。
[0023](四)有益效果:
[0024](I)本發明采用微波燃燒合成方法，利用微波能量，使前驅體由內部分子振動產熱，熱量分布均勻。
[0025](2)本發明采用有機物檸檬酸參與反應，與硝酸釓發生有機無機雜化，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明的技術方案做進一步說明，但本發明所保護范圍不限于此。
[0031]實施例中所用原料均為常規原料，市購產品。
[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)調節pH值:向前驅體溶液中滴加氨水調節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為白色粉末狀；
[0038](5)馬弗爐煅燒:將白色粉末置于馬弗爐中，50min內升溫至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