[发明专利]制备多氧化物纳米材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备可广泛用于CRT、FED、PDP、荧光灯、陶瓷闪烁体、以及纳米陶瓷行业的多氧化物纳米材料的方法。

背景技术

纳米材料的制备是纳米科学技术领域中的重要内容之一，已成为当今世界各国的研究热点。掺杂发光激活剂的纳米发光材料是纳米材料中极为重要的一类，其优势在于能够减小象素的尺寸，提高显色指数，并且预计会有较高的亮度，在国防和国民经济生活中具有极为广泛的应用领域；而不掺杂激活剂的纳米材料又可用于纳米陶瓷行业。

多数氧化物粉体材料的制备方法为固相烧结法，所得粉末的粒度通常1～100μm之间。一些多氧化物粉体材料，如Y₃Al₅O₁₂(YAG)，SrAl₁₂O₁₉，LaMgAl₁₁O₁₉等，被认为是很好的发光材料基质。但由于其多数高温难熔，最终粉末产物颗粒之间易于团聚，颗粒的尺寸和形貌都难以控制。到目前为止，并没有一种合适的方法来合成多氧化物纳米材料。

在众多的多氧化物合成方法中，一个比较成功的范例是Pechini process(M.Pechini，U.S.Pat.No.3330697，July11，1967)。这种方法发明于十九世纪六十年代，采用含有羟基的羧酸盐结合多羟基醇通过浓缩反应来形成一种树脂。羟基作为螯合基以化学键的方式结合溶解在溶液中的阳离子。W.M.Kriven等人改进了这种方法，改名为聚合物络合法(或其他名字)，采用聚乙烯醇(PVA)等不含有螯合基的有机聚合物作为有机络合剂(W.M.Kriven，S.J.Lee，M.A.Gulgun，M.H.Nguyen，D.K.Kim，Ceram.Trans.108(2000)99；S.J.Lee，E.A.Benson，W.M.Kriven，J.Am，Ceram.Soc.82(1999)2049和M.A.Gülgün，M.H.Nguyen，W.M.Kriven，J.Am，Ceram.Soc.82(1999)556)。阳离子物理性的分散到聚合物网络结构中，不再需要有机物的螯合作用，这样就提高了承载金属离子的能力，大大提高了产率。这两种方法均通过有机物高温下碳化放热，能够在相对较低的温度下合成单相氧化物。已经被广泛用来制备铌酸盐，钛酸盐，铝酸盐，硅酸盐等各种多样氧化物。但其缺点是所得产物易团聚，分散性差，颗粒尺寸分布不均匀，形貌不规则。

发明内容

本发明的目的在于为克服现有制备多氧化物纳米材料工艺存在所得产物易团聚，分散性差，颗粒尺寸分布不均匀，形貌不规则的缺陷，提出一种改进的制备多氧化物纳米材料的方法，本发明方法制备出的多氧化物纳米材料纯度高，均匀性好，粒度小，形貌规则。

本发明制备多氧化物纳米材料的方法，包括以下步骤：

a.前驱体制备：将含有制备目标氧化物阳离子的硝酸盐溶液或易熔的有机酸盐溶液与聚乙烯醇溶液混合，在100～110℃温度下，边加热边搅拌，直至得到凝胶状液体；然后将该凝胶状液体放在干燥箱中在100～110℃温度下烘干，得到疏松干燥的前驱体；

b.燃烧分离：将步骤a所得到的前驱体研碎后放入坩锅中，在250～450℃下加热燃烧，分别收集燃烧前驱体所形成的烟灰和灰渣；

c.预烧结和研磨：将步骤b收集起来的烟灰和灰渣分别研磨后在400～600℃温度下预烧结，预烧结后再研磨，并重复数次上述预烧结、研磨过程直到前驱体中的有机物分解完全，而呈白色体为止；

d.烧结：将步骤c得到的经预烧结、研磨的前驱体在700℃～1300℃下烧结1～3小时，冷却后，研磨3～5分钟，即得粒度在100nm以下的最终产物。

本发明方法可广泛适用于制备铝酸盐，硅酸盐，钛酸盐，锆酸盐，亚铬酸盐，铁酸盐，锰酸盐，和硅酸盐等多氧化物纳米材料，烧结温度低，尤其适用于制备高温难熔的多氧化物纳米材料。制备出的多氧化物纳米材料纯度高，均匀性好，粒度小，形貌规则，颗粒尺寸可控制在100nm以下。制备的掺杂发光激活剂的纳米材料可用作CRT、FED、PDP、荧光灯、以及陶瓷闪烁体等；不掺杂激活剂的纳米材料可用于纳米陶瓷行业。

传统聚合物络合法中聚合物网络因互相纠缠使网络内阳离子的分布不均匀，所得最终产物颗粒尺寸分布不均匀。而本方法步骤b的作用是使有机网络中的小的颗粒通过燃烧过程中的空气对流被烟尘携带分离开来，使最终产物有更加均匀的尺寸分布并增加了产率。