[发明专利]一种混合晶型氧化锆纳米颗粒的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化锆纳米颗粒的制备方法，尤其涉及一种混合晶型氧化锆纳米颗粒的制备方法。

背景技术

氧化锆，即二氧化锆为白色重质无定形粉末或单斜结晶，无臭，无味。二氧化锆有三种晶型，低温为单斜晶系，密度5.65g/cm³；在1100℃以上形成四方晶系，密度6.10g/cm³；在2370℃以上形成立方晶系，密度为6.27g/cm³。因氧化锆具有优秀的物理和化学性能，所以其在工业应用广泛，比如陶瓷、传感器、电池、电容、耐腐蚀与热障涂层、燃料电池、固体电解质、催化剂等。并且，氧化锆的纳米形态更有利于提高其应用性能。然而，纯的氧化锆四方晶相容易转变成单斜晶相，发生体积变化，不利于氧化锆的推广使用，为了避免发生相变，广泛采用加入稳定剂，例如具体加入氧化钇。

纳米氧化锆制备方法主要有化学沉淀法、水解法、水热法、醇—水溶液加热法、溶胶—凝胶法等，而化学沉淀法因为工艺简单，容易工业化生产而得到广泛应用。目前，化学沉淀法常用的表面活性剂为含氧类的表面活性剂，例如PEG(聚乙二醇)。当氧化锆的组分是混合相，即四方晶相与单斜晶相共存时，称为部分稳定的氧化锆，简称PSZ，具有优异的机械性能，尤其是断裂韧性。通常来讲，在制备氧化锆的过程中，更容易形成四方晶系，而随着煅烧温度的升高，无定型的氧化锆前驱体首先转化成四方相，在更高温度转化为单斜晶。但是使用含氧类表面活性剂的化学沉淀法制备氧化锆时，产生单斜晶时的温度较高，使得单斜晶与四方晶只能在较高的温度下共存。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对技术现状提供一种单斜晶与四方晶的氧化锆能在低温下共存的混合晶型氧化锆纳米颗粒的制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种混合晶型氧化锆纳米颗粒的制备方法，制备混合型氧化锆纳米颗粒时，向反应液中加入含氮表面活性剂。本技术方案提及的含氮表面活性剂是指表面活性剂中含有氮元素。

其中，所述含氮表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮(polyvinyl pyrrolidone，即PVP)、PVP共聚物、聚醚胺(polyetheramine，即jeffamine)、聚乙烯亚胺、聚乙烯胺、聚丙烯酰胺中的一种或至少两种的混合物。其中，PVP共聚物是指乙烯基吡咯烷酮作为其中一种单体而与其他单体进行聚合后的物质。

其中，所述含氮表面活性剂为PVP或聚醚胺，例如PVP-8000、PVP-10000、PVP-20000、jeffamine D-230、jeffamine D-400、jeffamine D-2000。

其中，所述含氮表面活性剂占反应液总重量的0.01～10％；

优选的，所述含氮表面活性剂占反应液总重量的1％。

上述的混合晶型氧化锆纳米颗粒的制备方法，包括如下步骤：

(1)以ZrOCl₂·8H₂O与Y(NO₃)₃为原料制备反应液，向所述反应液中加入含氮表面活性剂，搅拌，制得混合液；

(2)向所述混合液中加入氨水，调节混合液的pH＝8～10，抽滤洗涤，制得粗品；

(3)所述粗品经鼓风干燥，高温煅烧后，制得混合晶型氧化锆纳米颗粒。

步骤(1)中，ZrOCl₂·8H₂O与Y(NO₃)₃的摩尔比为90～100:2～8，例如90:2、95:6、97:7，所述反应液中，ZrOCl₂·8H₂O的摩尔浓度为0.1～0.5mol/L，例如0.2mol/L、0.3mol/L、0.35mol/L、0.4mol/L；

优选的，ZrOCl₂·8H₂O与Y(NO₃)₃的摩尔比为97:6；

优选的，所述反应液中，ZrOCl₂·8H₂O的摩尔浓度为0.2mol/L。

步骤(1)中，所述反应液的制备过程为：将ZrOCl₂·8H₂O与Y(NO₃)₃按配比混合，用去离子水和/或乙醇溶解，搅拌混合，制得所述反应液。