基于化學沉淀法合成的納米氧化鋯SEM表征研究

張弛

摘要：二氧化鋯廣泛用于制造各種重要原件，被認為是21世紀最具發展前途的功能材料之一。本文以氧氯化鋯和氨水為原料，在室溫下通過化學沉淀法及高溫熱處理合成二氧化鋯粉體，用SEM對所制備的納米粉體進行了表征，研究了不同煅燒溫度對ZrO2納米粒子結構與性能影響。實驗結果表明合成的氧化鋯顆粒細小，顆粒度均勻，粒子近似為球形，隨著煅燒溫度的升高，氧化鋯粉體顆粒尺寸逐漸減小。這對高性能納米氧化鋯的合成制備具有一定的借鑒意義。

關鍵詞：煅燒溫度 納米粉體 氧化鋯 微乳液 鋯鹽濃度

中圖分類號：TB383 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）06（b）-0000-00

1 前言

氧化鋯是一種十分重要的結構和功能材料，具有非常優異的物理化學性能，包括耐高溫、耐磨損、耐腐蝕等[1-3]。隨著電子和新材料工業的發展，氧化鋯除用于耐火材料和陶瓷顏料外，在電子陶瓷、功能陶瓷和結構陶瓷等高科技領域的應用也日益擴大。電子工業的發展對電子器件提出了微細化、高精度和高可靠性要求。為了滿足這些要求，制作這些元器件的原材料必須具備純度高、顆粒微細的條件。因此，高純超細氧化鋯的研制與開發便成為當今學者研究的熱門話題[4]。為了獲得納米氧化鋯粉末，不同的物理機械化學方法已被采用或試用[5-7]。隨著高科技的迅速發展和對合成新材料的迫切需求，納米二氧化鋯的開發和應用必將引起更加廣泛的重視。就目前來講，納米氧化鋯在制備方面仍有許多理論問題和技術問題有待進一步的探索。其中，現有納米氧化鋯的合成方法都存在能耗大、污染嚴重、生產周期長等缺點。并且，許多研究都由于注重改進反應產物的性能而采用了大量、復雜的原料和工藝，這無疑加劇了工藝本身的缺陷。在對生存環境日益重視的今天，開發二氧化鋯合綠色合成方法，以減少去離子水的大量消耗，降低對大氣環境的污染，降低粉末煅燒溫度，縮短生產周期，降低能耗，回收使用副產品，實現資源循環再生利用等顯得非常有必要。本實驗所采用的化學沉淀法其合成途徑較簡單，其合成的氧化鋯顆粒均勻性好，顆粒細小，便于表征。本研究旨在探尋這種綠色合成的可能性與可行性。

2 實驗方法

2.1實驗原料與儀器設備

實驗原料如下表1所示，實驗室提供的去離子水。強力攪拌器，真空過濾裝置，真空干燥箱，燒杯（500ml，250ml，80ml），量筒（10 ml），容量瓶（25ml）若干，稱量瓶，鐵架臺，玻璃棒，馬弗爐，攪拌子，研缽，布氏漏斗，保鮮膜，藥匙，滴管，濾紙，坩堝，表面皿，掃描電鏡。

表1.主要實驗原料

藥品名稱 純度 生產廠家

氧氯化鋯.八水 分析純 國藥集團化學試劑有限公司

硝酸鋯.五水 分析純 國藥集團化學試劑有限公司

無水乙醇 分析純 天津市化學試劑三廠

氨水 分析純 青島江山化學試劑有限公司

環己烷 分析純 天津市博迪化工有限公司

正己醇 分析純99% 天津市福晨化學試劑廠

辛基苯基聚氧乙醚 化學純cp 中國醫藥上海化學試劑公司

硝酸銀 分析純 國藥集團化學試劑有限公司

2.2研究方法

化學沉淀法是以以分析純氫氧化鈉和氨水為原料，通過低溫強堿合成法簡單方便的合成二氧化鋯晶核。再經高溫處理得其為細粉末。對制得的納米粉體進行SEM表征。 粉體制備中，需要在室溫下稱取一定量的氧氯化鋯、氨水、無水乙醇。

3.化學共沉淀法

3.1納米ZrO2粉體的制備

5mol/l氨水與八水氧氯化鋯鹽溶液分別放入滴液漏斗中，在強力攪拌作用下，將配制好的氨水和八水氧氯化鋯溶液同時滴入基液中，保持Ph值在8-9之間。滴定在10分鐘內完成，滴定完畢繼續攪拌20min后沉化20min后抽濾。

抽濾后得到濾餅放入盛有40ml蒸餾水燒杯中，用氨水調節pH值在8-9之間。水洗攪拌20min后抽濾，待凝膠成濾餅狀后返回燒杯內如此反復沖洗直到監測抽濾后液體中無氯離子存在為止。（每次水洗溶液均需用氨水調節pH在8-9之間，且盛裝容器用水洗凈后均需用蒸餾水洗滌）。將無水乙醇150ml和抽濾后濾餅倒入真空過濾裝置內抽濾，待凝膠呈濾餅狀后返回三口瓶內進行二次醇洗。（醇洗目的有二，一將凝膠中水分充分置換出避免水的存在導致硬團聚發生，二對凝膠粒子進行表面改性。每次配洗時所用盛裝容器用水洗凈后均需用電吹風吹干）

抽濾后濾餅放入真空干燥箱內干燥，溫度保持50-60℃，干燥2h。干燥后凝膠研磨后，取少許樣品，其余分成三份，做350℃、550℃和850℃煅燒后再作SEM分析，觀察其晶核大小。其中，樣本的煅燒溫度及保溫時間如表2所示。

表2.樣本的煅燒溫度及保溫時間

煅燒溫度（℃） 煅燒后保溫時間（h） 編號

未煅燒樣品 1#

350 1 2#

550 1 3#

850 1 4#

3.2納米ZrO2粉體的表征

選取1#，2#，4#三個樣品進行SEM表征，以觀察粉體的顆粒形貌，粒徑尺寸，表面微孔結構，得到了如下的結果，如圖1-圖3所示。

圖1樣品1#的SEM表征

由圖1可看出其有團聚現象，顆粒分布不均勻，主要在于未經過高溫煅燒處理。

圖2樣本2#的SEM表征

圖3樣本4#的SEM表征

由2和圖3所示，2#和4#表征圖看出，顆粒分布較均勻，顆粒呈一定的的球形，得到預想的結果，與未經煅燒處理的原樣品相比團聚現象減輕。

4 結論

本論文通過實驗研究發現，化學沉淀法制的氧化鋯粉體其隨著溫度的升高其顆粒逐漸變細，變小，顆粒度均勻粒子形狀近似為球形，粒子表面有微孔，粒子的分散性較好。

參考文獻：

[1]尹衍升，陳宇剛，劉英才.氧化鋯陶瓷的摻雜穩定及生長動力學[M].北京：化學工業出版社，2004.83.

[2]Woo Seok Lee，Sun Woog Kim.Synthesis and micro—structure of Y2 O3一doped ZrO2一CeO2 composite nanopar—ticles by drothermalprocess[J].Colloids and SurfacesA ：Physicochemical and Engineering Aspects.2008，313-314：1OO-1O4.

[3]Pitieeseu R R，Monty C，Taloi D，et a1.Hydrothermalsynthesis of zirconia nanomaterials[J].Journal of theEuropean Ceramic Society，2001，21：2 057-2 060.

[4]Mater K.Surface and catalytic properties of ZrO2 [J].Chem Phys，1985，13（3-4）：347-364.

[5]李陽. 納米ZrOz粉體的共沉制備及分散技術研究[D].成都：電子科技大學，2002.

[6]鄒興.納米粉制備過程中團聚現象的探討[J].粉末冶金工業，2004，14（5）：24-27.

[7]卓蓉暉.ZrO。超細粉制備過程中粉體團聚的控制方法 [J].江蘇陶瓷，2002，35（3）：31-32.endprint