氧化锆的制备方法及性能.ppt

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1、氧化锆的制备方法及性能单位：SA05019报告人:杨石榴王永坤王君礼李军李海波简介从技术的角度看，氧化锆材料由于其卓越的电性能和机械性能而成为一种很有吸引力的材料。目前，氧化锆基本性能研究的一个重要课题是：如何在室温下保持四方晶相。纯氧化锆有三种同质异形体：单斜相，四方相和立方相。室温下，单斜相是稳定性的，当温度达到1170℃时，单斜相转变为四方相。在2370℃时，四方相转变为立方相。立方相具有萤石型结构，而四方相和单斜相具有相同的结构。据报道，亚稳态的四方氧化锆在低温下也能存在，并且四方的氧化锆细微颗粒在比较低的温度下也能通过很多方法制备。这些方法是：应力水解，溶胶凝胶法，水热法

2、，热沉淀法，共沉淀法，表面活性剂模板法和喷雾高温分解法。下面，我们介绍两种合成四方氧化锆的方法。一、微波放射法具有光致发光性能的四方氧化锆纳米颗粒的合成微波法的特点微波合成方法是自1986年以来另外一种合成无机化合物的方法。与其它常规的方法相比，微波合成具有以下优点：1.反应时间短；2.产品小颗粒的粒径分布窄；3.纯度高。这种方法是在没有矿务材料添加剂的条件下，用微波辅助的方法，制备尺寸在几个纳米的聚合稳定纳米晶四方氧化锆，并且研究了它们的光致发光性能。其中聚烯醇对氧化锆的纳米颗粒的的稳定性有重要的影响。氧化锆的合成试验试剂和仪器Zr(NO3)4·nH2O（0.1mol/L），Na

3、OH(5mol/L)BruckerD8X衍射仪，Perkin-ElmerLS-50B荧光分光计，H－800透射电子显微镜样品合成流程图干燥收集样品配制溶液冷却收集沉淀洗涤室温水和酒精2h合成320℃冷却收集沉淀图1a和b分别为没有添加和添加聚烯醇的条件下用微波合成样品的X衍图,c为四方二氧化锆模拟X衍射图。它们的衍射图上都存在宽的衍射峰，表示得到了非常小的尺寸的氧化锆粉末。粉末样品在这两个条件得到的X衍射的结果与四方氧化锆的模拟的X衍射的外形是相符合的，并且样品晶粒的平均尺寸为2nm。X衍射的衍射指数表明样品b的结晶度比样品a要好，这就表明聚烯醇在微波方法制备四方相氧化锆的过程中，

4、对有四方相氧化锆的形成和稳定起了重要的作用。图1b表示的是聚烯醇存在的条件下用微波法合成的样品的X衍射图。由拜德－谢尔方程得四个最强峰对应的样品尺度为18nm(101),11.6nm(002)、(110),9.7nm(112)、(200),10.1nm(103)、(211)。后三个峰值中的较小值与这些样品包含两个反射比一致，这也是四方相氧化锆的特征。所以从(101)衍射面的半峰宽计算得到退火样品的真正尺寸大约为18nm。在320℃的条件下加热6h得到的四方相的氧化锆具有良好的晶粒，证明了最初通过微波法合成的样品是纳米尺寸的四方相的氧化锆。因为从XRD结果中判断样品的颗粒的尺寸只有大

5、约2nm，所以在放大的条件下，TEM表示的不是单个颗粒的的形貌。ED图显示了明确的准连续的衍射环，这表示了颗粒的实际尺寸要比应用电子衍射的电子束测量得到的半径小的多。图２样品b的TEM和ED图由于颗粒尺寸比样品的厚度要小很多，能够期望得到由固定散射系数的理想扩散反射比。Kubelka-Munk函数是指吸收因数和散射因数的比，被用作吸收率测绘图，表示在3.5ev产生了一个明显得吸收端。图３为微波法合成氧化锆的紫外－可见光吸收谱图４a表示的是波长为254nm的激发光致发光谱，在402nm，420nm，459nm分别能观察三个荧光发射。图４b的光致发光光谱是在波长为412nm的激发下得到

6、的，在608nm处有个最强峰，在530nm处有一个弱的半峰。尽管详尽的纳米氧化锆的光致发光机制正在研究中，但是我们可以认为这是由于在禁带转变处短波激发引起的。在图４b的激发条件下，这应该是由于存在中间隙态引起的，比如表面缺陷和氧空位。因为纳米氧化锆样品颗粒的高表面区域，大量的表面缺陷存在于合成的纳米氧化锆的表面。结论微波辅助法已经成功的被应用于制备超细聚合稳定的纳米四方氧化锆的晶粒粉。合成的四方氧化锆颗粒的光致发光性能已经被观察和研究。微波法迅速，简单和节能，并且这种方法能够简单的用于制备其它的氧化物纳米晶粒。二、通过控制硝酸盐-氨基乙酸的PH值合成ZrO2-15mol％CeO2纳

7、米粉体通过掺杂其它一些金属氧化物如Y2O3、CaO、MgO、CeO2等，可以在低温下保持高温四方相和立方相。虽然四方相在室温下是不稳定的，但若粒子尺寸比临界尺寸（1um）小，就可以在致密的陶瓷样品中保持四方相。用控制硝酸盐-氨基乙酸的PH值使凝胶燃烧的方法可以合成纳米晶ZrO2-15mol％CeO2粉体。由于晶体尺寸很小（5－8nm），亚稳态的四方相可被全部保留下来。氨基乙酸以及煅烧温度对粉末形态有影响，随着氨基乙酸/金属比率的减小或煅烧温度的升高，表面张力值降低。实