稀土氧化物纳米粉体的形貌控制与表面聚合物修饰

摘要

稀土氧化物材料由于具有特殊的电、磁、热以及催化性能等而备受关注,其中稀土氧化物纳米材料,包括纳米粉体与纳米结构等结合了纳米效应,更是使得这些性能得以充分发挥,故而,近年来,国内外在合成稀土氧化物纳米材料,构筑纳米结构等方面掀起了热潮。
　　 本文围绕着稀土氧化物纳米粉体的合成和形貌控制为中心,设计了醇-水混合溶剂热的反应路线,制备不同稀土氧化物的纳米粉体;着重探讨了制备工艺条件包括表面活性剂含量,反应温度,醇-水比例等对所得氧化铈纳米粉体尺寸及尺寸分布的影响;采用水热结合光辐照法实现快速晶化,制备出分散性好的氧化钇、氧化铕纳米管;进而采用钇、钐对纳米氧化铈纳米颗粒进行了掺杂,研究了掺杂元素种类与含量对所得到的纳米颗粒结构的影响,在此基础上,成功合成了钇掺杂纳米氧化铈/聚合物复合微球。
　　 以硝酸铈为原料,聚乙烯吡咯烷酮为稳定剂,采用醇-水混合溶剂热反应合成出单分散纳米氧化铈,XRD、TEM和DLS测试表明:所得产物为萤石结构,相纯度较高,粒径分布较窄,粒径约为60nm;通过调节醇-水比,不仅可以控制反应温度、反应时间,而且可以控制产物的粒径大小与微观形貌;反应初始阶段体系是均一的液相,可以加入其它稀土硝酸盐对氧化铈进行掺杂,成功地制备了粒径约为80nm、单分散的萤石结构的钇、钐掺杂氧化铈纳米颗粒。
　　 采用稀土硝酸盐作为原料,以聚乙烯吡咯烷酮为稳定剂,设计了醇-水混合溶剂热法制备了球状前驱物,前驱物经过高温热处理之后,可以得到球状的纳米氧化铕、氧化钇以及带有中空结构的氧化镧,这种合成路线也适用于其它稀土氧化物纳米材料的制备。
　　 采用水热法制备了氢氧化钇纳米管、氢氧化铕纳米管,通过光辐照法对氢氧化钇纳米管、氢氧化铕纳米管进行快速晶化,XRD、TEM测试表明:在光照5min时,氢氧化钇与氢氧化铕即可转化为具有一定晶型结构的氧化钇、氧化铕纳米管,而且具有良好的分散性。
　　 利用所合成的钇掺杂氧化铈纳米颗粒表面正电荷与无皂乳液所合成的聚(苯乙烯-丙烯酸)微球表面的负电荷之间静电相互作用,通过凝聚法实现两种颗粒复合。所得复合微球表面存在一定量的羧基,可以与氨基硅油进行接枝反应,能够应用于抗沉降稳定性好的电流变液材料;选用两性表面活性3-磺丙基十四烷基二甲基铵对钇掺杂氧化铈纳米颗粒表面修饰,采用溶液聚合法成功制备出具有明显核/壳结构的钇掺杂氧化铈/聚甲基丙烯酸甲酯复合纳米粒子,聚甲基丙烯酸甲酯壳层厚度约为10nm。