一種納米鐵酸釔粉體的制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明一種納米鐵酸釔粉體的制備方法，屬于納米材料學(xué)領(lǐng)域，以Y2O3和Fe(NO3)3·9H2O為原料，首先將Y2O3用HNO3溶解，制得Y(NO3)3溶液，再按照Y:Fe=1:1（摩爾比）稱取Fe(NO3)3·9H2O，然后加入Y(NO3)3溶液中配制成混合溶液，再用KOH溶液調(diào)節(jié)pH值，礦化后的沉淀物用去離子水清洗過(guò)濾得沉淀物，得到的沉淀重新分散到去離子水中并調(diào)節(jié)pH值，在200～280℃下水熱反應(yīng)，得到鐵酸釔粉體。本發(fā)明通過(guò)調(diào)節(jié)溶液pH值、反應(yīng)時(shí)間和溫度來(lái)控制產(chǎn)物的物相和形貌，得到粒徑小、分散性好的鐵酸釔納米粉體。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、合成溫度低，反應(yīng)產(chǎn)物純度高，粒徑小，粒度分布均勻，產(chǎn)率高。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種納米鐵酸釔粉體的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于納米材料學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種鐵酸釔，具體來(lái)說(shuō)是一種納米鐵酸釔 粉體的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 稀土正鐵氧體鐵酸釔（YFe03)呈正交鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，是一種穩(wěn)定的半導(dǎo)體材料，帶隙 (Eg)約為2. 58 eV，研究揭示，YFe03在藍(lán)色激光二極管、電極材料、磁場(chǎng)傳感器、磁光數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)器件和光催化領(lǐng)域有重要的應(yīng)用前景。
[0003] 要獲得具有優(yōu)越性能的晶體材料或陶瓷材料，粉體的合成是其中的關(guān)鍵步驟。當(dāng) 制備的材料達(dá)到納米尺度后，因其具有相對(duì)較大的比表面積和優(yōu)良的表面物理化學(xué)性質(zhì)， 使材料表現(xiàn)出許多獨(dú)特的性質(zhì)，例如：相圖上不相溶的金屬或聚合物在納米狀態(tài)下可以互 溶，從而制得新型材料；以納米顆粒作催化劑，比表面積大，活性高，催化反應(yīng)速度更快；納 米材料對(duì)環(huán)境變化敏感，使傳感器元件更靈敏；納米顆粒作磁性材料，可提高記錄密度；納 米粉體比傳統(tǒng)粉體容易在較低溫度下燒結(jié)，且燒結(jié)的陶瓷有高的致密度、高的強(qiáng)度和硬度。
[0004] 由于￥和5012在￥20 34%03系統(tǒng)中的優(yōu)先形成，所以合成單相YFe03比較困難，且 雜相的產(chǎn)生可能導(dǎo)致熱力學(xué)上不穩(wěn)定。目前，納米鐵酸釔粉體主要采用化學(xué)共沉淀法、溶 膠-凝膠-自燃法和微波法合成?；瘜W(xué)共沉淀法是以金屬硝酸鹽或氯化物為原料配制成 混合溶液，然后加入沉淀劑得到共沉淀產(chǎn)物，然后將共沉淀產(chǎn)物進(jìn)行洗滌，以去除氯離子或 硝酸跟離子，將其作為前驅(qū)物，再進(jìn)行煅燒處理得到產(chǎn)物，但是在洗滌過(guò)程中，由于所得共 沉淀產(chǎn)物為凝膠，洗滌過(guò)程非常困難。溶膠-凝膠-自燃法是通過(guò)如下具體步驟實(shí)現(xiàn)的，先 配制稀土金屬硝酸鹽或氯化物水溶液、硝酸鐵或氯化鐵水溶液、檸檬酸水溶液，隨后將上述 配置的水溶液混合，加熱并攪拌，使它們形成溶膠-凝膠前驅(qū)體，之后再將得到的溶膠-凝 膠前驅(qū)體置入250?350°C的加熱爐中進(jìn)行自燃合成，最后再將得到的自燃產(chǎn)物在800? 900°C下煅燒2?4小時(shí)，來(lái)得到鐵酸釔粉體。溶膠-凝膠-自燃法主要問(wèn)題是需要經(jīng)過(guò)兩 次熱處理，因而工藝較復(fù)雜。微波法雖然過(guò)程比較簡(jiǎn)單，但是反應(yīng)中需要加入高分子化合物 聚乙烯醇作為抑制劑，既增加了成本，又對(duì)環(huán)境不利。
[0005] 為此，尋找工藝簡(jiǎn)單、環(huán)境友好、合成產(chǎn)物純度高、粒徑小、粒度分布均勻的納米鐵 酸釔粉體合成方法對(duì)于其應(yīng)用非常關(guān)鍵。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種納米鐵 酸釔粉體的制備方法，所述的這種方法要解決現(xiàn)有技術(shù)中制備納米鐵酸釔粉體工藝復(fù)雜、 成本高、對(duì)環(huán)境不利的技術(shù)問(wèn)題。
[0007] 本發(fā)明一種納米鐵酸釔粉體的制備方法，包括如下步驟： (1) 按Y :Fe的摩爾比=1: 1的配比稱取Y203和Fe (N03) 3 · 9H20 ; (2) 在所稱取的Y203中加入ΗΝ03，所述的ΗΝ03的濃度為2?4mol/L，加入的ΗΝ0 3和 Y2〇3的摩爾比為6?8:1，60?80°C下攪拌30?120 min使其溶解，得Y (N03) 3溶液； (3) 在所得的Υ(Ν03)3溶液中加入Fe(N03)3 · 9H20,攪拌溶解，得紅棕色的混合溶液； (4) 在所述的紅棕色的混合溶液中加入KOH溶液調(diào)節(jié)pH值為10?12,然后靜置10? 60min分層，去除上清液，在礦化后的沉淀中再加入去離子水，所述的去離子水和沉淀的體 積比為1. 5?2 :1，攪拌均勻，靜置分層，去除上清液，重復(fù)操作2?5次，最后抽濾得紅褐 色沉淀； (5) 將所述的紅褐色沉淀重新分散到去離子水中，所述的紅褐色沉淀和去離子水的體 積比為1 :1. 5?2,并調(diào)節(jié)pH值為7?10. 5,裝入高壓反應(yīng)釜，填充度為50%?80%，200? 280°C下反應(yīng)10?60h ; (6) 反應(yīng)結(jié)束后，真空抽濾分離固體產(chǎn)物，將所得固體產(chǎn)物用去離子水和乙醇溶液分別 反復(fù)沖洗1?3次，然后在60?80°C下干燥10?12h，即得土黃色的YFe0 3粉體。
[0008] 進(jìn)一步的，所述的乙醇溶液的質(zhì)量百分比濃度為3(Γ60%。
[0009] 進(jìn)一步的，所述的Υ203的粒度為2~15 μ m。
[0010] 進(jìn)一步的，所述的Fe (N03) 3 · 9H20的粒度為3(Γ500 μ m。
[0011] 進(jìn)一步的，所述的堿溶液為Κ0Η或者NaOH溶液，所述的堿溶液的濃度為 0· 5?2. Omol/L。
[0012] 本發(fā)明由于采用水熱法來(lái)制備，因而具有工藝簡(jiǎn)單、環(huán)境友好、后處理方便等技術(shù) 效果，可解決化學(xué)共沉淀法對(duì)產(chǎn)物洗滌困難、溶膠-凝膠-自燃法工藝復(fù)雜和微波法對(duì)環(huán)境 不利的問(wèn)題。本發(fā)明通過(guò)溫度、壓力和時(shí)間的精確調(diào)控，能有力促進(jìn)離子之間化學(xué)反應(yīng)的進(jìn) 行，因此不存在溶膠-凝膠-自燃法中燃燒溫度難以精確控制和微波法只能通過(guò)間接方法 達(dá)到反應(yīng)溫度的問(wèn)題，因而具有產(chǎn)物純度高、粒徑小、粒度分布窄的技術(shù)效果。本發(fā)明由于 水熱法前驅(qū)體為容易清洗雜質(zhì)的沉淀物，從而雜質(zhì)得到充分清洗除去，因此不存在化學(xué)共 沉淀法中共沉淀物為凝膠，較難洗滌從而導(dǎo)致產(chǎn)物純度不高、粒度較寬的問(wèn)題，因而具有產(chǎn) 物純度高、粒徑小、粒度分布窄的技術(shù)效果。
[0013] 本發(fā)明由于采用硝酸和氧化釔為原料，生成新鮮的硝酸釔，因此不存在化學(xué)共沉 淀法、溶膠-凝膠-自燃法和微波法中采用硝酸釔或氯化釔，因而具有原料較便宜、合成反 應(yīng)容易進(jìn)行的技術(shù)效果。
[0014]

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1是實(shí)施例7中制備的鐵酸釔的XRD圖譜； 圖2是實(shí)施例7中制備的鐵酸釔的掃描電鏡圖。
[0016]

【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面通過(guò)具體的實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述，但并不限制本發(fā)明。
[0018] 實(shí)施例1 一種納米鐵酸釔粉體的制備方法，具體包括如下步驟： (1)首先，稱取 lmolY203 和 2molFe (Ν03) 3 · 9H20 ; (2) 在所稱取的lmolY203中加入3LHN03,60°C下攪拌120min使其溶解，得Υ(Ν0 3)3溶 液； 其中所述的ΗΝ03的濃度為2mol/L ; (3) 在所得的Υ(Ν03)3溶液中加入2mol的Fe(N03)3 · 9H20,攪拌溶解，得紅棕色的混合 溶液； (4) 在所述的紅棕色混合溶液中加入2mol/L KOH溶液調(diào)節(jié)pH值為10,然后靜置lOmin 分層，去除上清液，再次加入1. 5L去離子水?dāng)嚢杈鶆颍o置分層，去除上清液，重復(fù)操作2? 3次，最后抽濾得紅褐色沉淀； (5) 將所述的紅褐色沉淀重新分散到1. 5L的去離子水中并調(diào)節(jié)pH值為7,裝入高壓反 應(yīng)釜，填充度為50%，在200°C下反應(yīng)48h ; (6) 反應(yīng)結(jié)束后，真空抽濾分離固體產(chǎn)物，將所得固體產(chǎn)物先用去離子水沖洗2次，再 用30%的乙醇溶液沖洗1次，然后在60°C下干燥ia即得YFe0 3粉體。上述所得鐵酸釔粉 體，經(jīng)測(cè)定其粉體粒徑為120nm。
[0019] 實(shí)施例2 一種納米鐵酸釔粉體的制備方法，具體包括如下步驟： (1) 首先，稱取 lmolY203 和 2molFe (Ν03) 3 · 9H20 ; (2) 在所稱取的lmolY203中加入2LHN03,70°C下攪拌90min使其溶解，得Υ(Ν0 3)3溶液； 其中所述的ΗΝ03的濃度為3mol/L ; (3) 在所得的Υ(Ν03)3溶液中加入2mol的Fe(N03)3 · 9H20,攪拌溶解，得紅棕色的混合 溶液； (4) 在所述的紅棕色混合溶液中加入2mol/L KOH溶液調(diào)節(jié)pH值為10. 5,然后靜置 30min分層，去除上清液，再次加入1. 6L去離子水?dāng)嚢杈鶆?，靜置分層，去除上清液，重復(fù)操 作2?3次，最后抽濾得紅褐色沉淀； (5) 將所述的紅褐色沉淀重新分散到1. 6L的去離子水中并調(diào)節(jié)pH值為8,裝入高壓反 應(yīng)釜，填充度為60%，在220°C下反應(yīng)36h ; (6) 反應(yīng)結(jié)束后，真空抽濾分離固體產(chǎn)物，將所得固體產(chǎn)物先用去離子水沖洗2次，再 用40%的乙醇溶液沖洗1次，然后在70°C下干燥12h即得YFe0 3粉體。上述所得鐵酸釔粉 體，經(jīng)測(cè)定其粉體粒徑為85nm。
[0020] 實(shí)施例3 一種納米鐵酸釔粉體的制備方法，具體包括如下步驟： (1) 首先，稱取 lmolY203 和 2molFe (Ν03) 3 · 9H20 ; (2) 在所稱取的lmolY203中加入2LHN03,80°C下攪拌30min使其溶解，得Υ(Ν0 3)3溶液； 其中所述的ΗΝ03的濃度為4mol/L ; (3) 在所得的Υ(Ν03)3溶液中加入2mol的Fe(N03)3 · 9H20,攪拌溶解，得紅棕色的混合 溶液； (4) 在所述的紅棕色混合溶液中加入2mol/L K0H溶液調(diào)節(jié)pH值為11，然后靜置lOmin 分層，去除上清液，再次加入1. 8L去離子水?dāng)嚢杈鶆?，靜置分層，去除上清液，重復(fù)操作2? 3次，最后抽濾得紅褐色沉淀； (5) 將所述的紅褐色沉淀重新分散到1. 8L去離子水中并調(diào)節(jié)pH值為10. 5,裝入高壓 反應(yīng)釜，填充度為75%，在260°C下反應(yīng)20h ; (6)反應(yīng)結(jié)束后，真空抽濾分離固體產(chǎn)物，將所得固體產(chǎn)物先用去離子水沖洗2次，再 用50%的乙醇溶液沖洗1次，然后在80°C干燥10h即得YFe03粉體。上述所得鐵酸釔粉體， 經(jīng)測(cè)定其粉體粒徑為156nm。
[0021] 實(shí)施例4 一種納米鐵酸釔粉體的制備方法，具體包括如下步驟： (1) 首先，稱取 lmolY203 和 2molFe (Ν03) 3 · 9H20 ; (2) 在所稱取的lmolY203中加入1.8LHN03,80°C下攪拌30min使其溶解，得Υ(Ν0 3)3溶 液； 其中所述的ΗΝ03的濃度為4mol/L ; (3) 在所得的Υ(Ν03)3溶液中加入2mol的Fe(N03)3 · 9H20,攪拌溶解，得紅棕色的混合 溶液； (4) 在所述的紅棕色混合溶液中加入2mol/L Κ0Η溶液調(diào)節(jié)pH值為11. 5,然后靜置 lOmin分層，去除上清液，再次加入1. 8L去離子水?dāng)嚢杈鶆?，靜置分層，去除上清液，重復(fù)操 作2?3次，最后抽濾得紅褐色沉淀； (5) 將所述的紅褐色沉淀重新分散到1. 8L的去離子水中并調(diào)節(jié)pH值為9,裝入高壓反 應(yīng)釜，填充度為75%，在240°C下反應(yīng)24h ; (6) 反應(yīng)結(jié)束后，真空抽濾分離固體產(chǎn)物，將所得固體產(chǎn)物先用去離子水沖洗2次，再 用60%的乙醇溶液沖洗1次，然后在80°C下干燥12h即得YFe0 3粉體。上述所得鐵酸釔粉 體，經(jīng)測(cè)定其粉體粒徑為135nm。
[0022] 實(shí)施例5 一種納米鐵酸釔粉體的制備方法，具體包括如下步驟： (1) 首先，稱取 lmolY203 和 2molFe (Ν03) 3 · 9H20 ; (2) 在所稱取的lmolY203中加入2. 4LHN03,70°C下攪拌90min使其溶解，得Υ(Ν03)3溶 液； 其中所述的ΗΝ03的濃度為3mol/L ; (3) 在所得的Υ(Ν03)3溶液中加入2mol的Fe(N03)3 · 9H20,攪拌溶解，得紅棕色的混合 溶液； (4) 在所述的紅棕色混合溶液中加入2mol/L Κ0Η溶液調(diào)節(jié)pH值為11. 5,然后靜置 lOmin分層，去除上清液，再次加入2L去離子水?dāng)嚢杈鶆?，靜置分層，去除上清液，重復(fù)操作 2?3次，最后抽濾得紅褐色沉淀； (5) 將所述的紅褐色沉淀重新分散到2L的去離子水中并調(diào)節(jié)pH值為10,裝入高壓反 應(yīng)釜，填充度為80%，在240°C下反應(yīng)36h ; (6) 反應(yīng)結(jié)束后，真空抽濾分離固體產(chǎn)物，將所得固體產(chǎn)物先用去離子水沖洗2次，再 用35%的乙醇溶液沖洗1次，然后在60°C下干燥12h即得YFe0 3粉體。上述所得鐵酸釔粉 體，經(jīng)測(cè)定其粉體粒徑為215nm。
[0023] 實(shí)施例6 一種納米鐵酸釔粉體的制備方法，具體包括如下步驟： (1)首先，稱取 lmolY203 和 2molFe (Ν03) 3 · 9H20 ; (2) 在稱取的lmolY203中加入1.8 LHN03,70°C下攪拌90min使其溶解，得Υ(Ν03)3溶 液； 其中所述的ΗΝ03的濃度為4mol/L ; (3) 在所得的Υ(Ν03)3溶液中加入2mol的Fe(N03)3 · 9H20,攪拌溶，解得紅棕色的混合 溶液； (4) 在所述的紅棕色混合溶液中加入2mol/L KOH溶液調(diào)節(jié)pH值為12,然后靜置lOmin 分層，去除上清液，再次加入1. 6L去離子水?dāng)嚢杈鶆?，靜置分層，去除上清液，重復(fù)操作2? 3次，最后抽濾得紅褐色沉淀； (5) 將所述的紅褐色沉淀重新分散到1. 6L去離子水中并調(diào)節(jié)pH值為10. 5,裝入高壓 反應(yīng)釜，填充度為65%，在280°C下反應(yīng)10h ; (6) 反應(yīng)結(jié)束后，真空抽濾分離固體產(chǎn)物，將所得固體產(chǎn)物先用去離子水沖洗2次，再 用45%的乙醇溶液沖洗1次，然后在80°C下干燥12h即得YFe0 3粉體。上述所得鐵酸釔粉 體，經(jīng)測(cè)定其粉體粒徑為320nm。
[0024] 實(shí)施例7 一種納米鐵酸釔粉體的制備方法，具體包括如下步驟： (1) 首先，稱取 lmolY203 和 2molFe (Ν03) 3 · 9H20 ; (2) 在所稱取的lmolY203中加入3LHN03,80°C下攪拌30min使其溶解，得Υ(Ν0 3)3溶液； 其中所述的ΗΝ03的濃度為2mol/L ; (3) 在所得的Υ(Ν03)3溶液中加入2mol的Fe(N03)3 · 9H20,攪拌溶解，得紅棕色的混合 溶液； (4) 在所述的紅棕色混合溶液中加入2mol/L Κ0Η溶液調(diào)節(jié)pH值為10. 5,然后靜置 lOmin分層，去除上清液，再次加入1. 8L去離子水?dāng)嚢杈鶆?，靜置分層，去除上清液，重復(fù)操 作2?3次，最后抽濾得紅褐色沉淀； (5) 將所述的紅褐色沉淀重新分散到1. 8L去離子水中并調(diào)節(jié)pH為10. 5,裝入高壓反 應(yīng)釜，填充度為75%，在240°C下反應(yīng)60h ; (6) 反應(yīng)結(jié)束后，真空抽濾分離固體產(chǎn)物，將所得固體產(chǎn)物先用去離子水沖洗2次，再 用55%的乙醇溶液沖洗1次，然后在80°C下干燥12h即得YFe0 3粉體。上述所得鐵酸釔粉 體，經(jīng)測(cè)定其粉體粒徑為450nm。圖1為該實(shí)施例產(chǎn)物的XRD圖譜，圖2為該實(shí)施例產(chǎn)物的 掃描電鏡圖。
[0025] 從圖1中可以看出，采用本發(fā)明方法制備的產(chǎn)物的XRD圖譜與單相鐵酸釔的XRD 標(biāo)準(zhǔn)圖譜（PDF-#86-0170 )完全一致，其中并沒(méi)有其他雜相的衍射峰出現(xiàn)，證明采用本發(fā)明 方法制備的產(chǎn)物為單相鐵酸釔，即正交相鐵酸釔。
[0026] 從圖2中可以看出，采用本發(fā)明實(shí)施例7所述的方法制備出的鐵酸釔分散性好，粒 徑小且均一。
[0027] 綜上所述，本發(fā)明的一種合成鐵酸釔粉體的制備方法，具有工藝簡(jiǎn)單、合成溫度 低、反應(yīng)產(chǎn)物純度高、粒徑小、粒度分布均勻、產(chǎn)率高等特點(diǎn)，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
[0028] 上述內(nèi)容僅為本發(fā)明構(gòu)思下的基本說(shuō)明，而依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案所作的任何等 效變換，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種納米鐵酸釔粉體的制備方法，其特征在于包括以下步驟： (1) 按Y :Fe的摩爾比=1 : 1的配比稱取Y203和Fe (N03) 3 · 9H20 ; (2) 在所稱取的Y203中加入ΗΝ03，所述的ΗΝ03的濃度為2?4mol/L，加入的ΗΝ0 3和Y203 的摩爾比為6?8:1，60?80°C下攪拌30?120 min使其溶解，得Υ (Ν03) 3溶液； (3) 在所得的Υ(Ν03)3溶液中加入Fe(N03)3 · 9Η20,攪拌溶解，得紅棕色的混合溶液； (4) 在所述的紅棕色的混合溶液中加入堿溶液調(diào)節(jié)pH值為10?12,然后靜置10? 60min分層，去除上清液，在礦化后的沉淀中再加入去離子水，所述的去離子水和沉淀的體 積比為1. 5~2 :1，攪拌均勻，靜置分層，去除上清液，重復(fù)操作2?5次，最后抽濾得紅褐色 沉淀； (5) 將所述的紅褐色沉淀重新分散到去離子水中，所述的紅褐色沉淀和去離子水的體 積比為1 :1. 5?2,并調(diào)節(jié)pH值為7?10. 5,裝入高壓反應(yīng)釜，填充度為50%?80%，200? 280°C下反應(yīng)10?60h ; (6) 反應(yīng)結(jié)束后，真空抽濾分離固體產(chǎn)物，將所得固體產(chǎn)物用去離子水和乙醇溶液分別 反復(fù)沖洗1?3次，然后在60?80°C下干燥10?12h，即得YFe0 3粉體。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種納米鐵酸釔粉體的制備方法，其特征在于：所述的Y203的 粒度為2~15μπι。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種納米鐵酸釔粉體的制備方法，其特征在于：所述的 Fe (Ν03) 3 · 9Η20 的粒度為 30?500 μ m。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種納米鐵酸釔粉體的制備方法，其特征在于：所述的堿溶液 為KOH或者NaOH溶液，所述的堿溶液的濃度為0. 5?2. Omol/L。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種納米鐵酸釔粉體的制備方法，其特征在于：所述的乙醇溶 液的質(zhì)量百分比濃度為3(Γ60%。
【文檔編號(hào)】B82Y30/00GK104150539SQ201410318116
【公開(kāi)日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年7月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月7日
【發(fā)明者】江國(guó)健, 段麗 申請(qǐng)人:上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院