[发明专利]一种稀土氟化物纳米粒子的高效制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多功能纳米材料的有机制备方法，所制备材料具有核壳结构，并有高的光电转性能和减磨性能；具体而言，本发明涉及一种稀土氟化物纳米粒子的高效制备方法；在常温水溶液中，一种超支化聚合物自发还原三价稀土离子，生成稀土氟化物纳米粒子，产物具有“超支化物包裹纳米粒子”的核壳结构；将反应体系置于超声场后可缩短反应时间、提高反应速率。

背景技术

由于稀土元素的4f 电子特性, 稀土元素及其化合物具有许多特殊的物理、化学、电子学和光学性能, 因此在电子学、磁性材料、贮能材料、催化和摩擦学等领域得到广泛的应用；与体相材料相比, 纳米级稀土化合物在材料性能方面有了进一步提高,并且由于纳米尺寸效应，更具有一些新的电子学、光学和物理化学等性能；特别地我国具有丰富的稀土资源，研究和制备稀土元素及其化合物纳米材料对稀土资源的深化利用和拓展其新的应用领域具有重要的科学意义和实用意义；稀土氟化物和稀土氢氧化物是主要的稀土化合物，其中稀土氟化物在光电学和摩擦学, 尤其是高温润滑与摩擦中具有重要的应用。

从目前来看，合成稀土氟化物纳米粒子的方法主要有：水热合成法，具体操作为：将稀土氧化物粉末溶解在体积分数为10%的硝酸溶液中得到澄清透明溶液, 加入固体NaF, 生成胶状沉淀物, F 与稀土元素Ln 的摩尔比控制在3：1. 然后用质量分数为10% 的KOH 溶液调节pH 值为4. 0-5. 0. 最后将胶状混合物加入有聚四氟乙烯内胆的100 mL 水热反应釜中, 密封后在100℃下保持16 h.，水热处理结束后自然冷却, 沉淀产物经离心分离和去离子水充分洗涤后收集并干燥；反应受制于水热反应条件，当保持其他条件不变时, 随着水热反应温度的升高, 平均粒径增大；水热合成具有操作简单的优点，但球形或类球形粒子平均粒径为35- 39 nm，尺寸较大，不能满足日益增长的对小尺寸纳米粒子的需求。

除粒径之外，对于要制备的纳米粒子还应该具有：（1）粒子表面清洁；（2）粒子形状、粒径以及粒度分布可以控制，粒子团聚倾向小；（3）容易收集，有较好的热稳定性，易保存；（4）生产效率高，产率、产量大.关键是控制粒子大小并获得较窄且均匀的粒度分布。

众所周知，金属纳米粒子处于亚稳态结构，有可能在常温或其他条件下自行长大，并使其固有性能不能得到充分或完全发挥.因此在应用金属纳米粒子之前，需要对其进行改性处理，目前常用的方法有表面修饰和包敷，目的在于减小金属纳米粒子的长大及团聚，提高纳米分散体系的稳定性，并赋予体系新的功能.表面改性是通过共价键、物理吸附等手段，将其他物质引入粒子表面，改变原表面固有特性的过程；对于包敷处理，被包敷的粒子不但消除了粒子表面的带电效应防止团聚，同时形成了一个势垒，使其在合成、烧结过程中粒子不易长大；而有机包敷具有效率高且适合低温制备的优点.

将现代物理场技术（包括电场、电磁场、声场、声磁耦合场等在内）应用到新材料制备中来，意在提高材料的组织性能、以及材料制备的效率和产率，而且同时具有低污染、低成本的优势.其中高能超声场具有声流效应和声空化效应，施加到溶液体系中，能改善化学反应的动力学条件，增加反应物间的接触机率，缩短反应时间，提高反应效率，并能促进生成粒子在溶液中的分散。

发明内容

本发明的内容：是以一种含氟超支化聚合物和三价稀土离子溶液作为原料，在水溶液中制备出均匀分散的“聚合物包裹稀土氟化物纳米粒子”的核壳结构材料。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：