本文關(guān)鍵詞：四方相和單斜相氧化鋯納米顆粒的制備與表征，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：ZrO_2納米顆粒因其優(yōu)異的物理化學(xué)特性,被廣泛應(yīng)用于催化劑、釉料、涂料和陶瓷等領(lǐng)域。而ZrO_2納米顆粒的物相、顆粒形貌、分散性、尺寸和尺寸均勻性都是影響其產(chǎn)品性能的重要因素。ZrO_2有立方相(c)、四方相(t)和單斜相(m)三種主要結(jié)構(gòu),不同晶型的ZrO_2具有不同的特點(diǎn)和應(yīng)用,如:c-ZrO_2具有較高的氧離子傳導(dǎo)性,被廣泛應(yīng)用于燃料電池電解質(zhì)和氧傳感器;t-Zr O2納米顆粒由于相轉(zhuǎn)變特性,是增韌陶瓷及含鋯復(fù)合材料的重要原料;而m-ZrO_2納米顆粒由于具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性、較高的介電常數(shù)和良好的生物相容性,廣泛用于催化劑、柵極介電層和骨植物生物涂層等。而顆粒形貌和分散性會(huì)直接影響粉體的流動(dòng)性和填充能力,球形顆粒,分散性越好,粉體的流動(dòng)性就越好,填充能力也越強(qiáng)。顆粒尺寸會(huì)決定粉體的燒結(jié)活性,顆粒尺寸越細(xì)小,表面能就越高,燒結(jié)活性也越高。另外,尺寸均勻性也很重要,寬尺寸的顆粒在燒結(jié)過程中,容易出現(xiàn)大顆粒吞噬小顆粒的現(xiàn)象,導(dǎo)致晶粒異常長(zhǎng)大,難以獲得納米晶陶瓷。因此要想獲得高性能的產(chǎn)品或器件,首先要制備出顆粒尺寸細(xì)小、分散性良好、形貌規(guī)則且尺寸均勻的特定相ZrO_2納米顆粒。但是納米顆粒由于表面能很高,極易發(fā)生團(tuán)聚,團(tuán)聚體的存在會(huì)降低顆粒的流動(dòng)性、催化活性和燒結(jié)活性等,嚴(yán)重影響粉體的使用性能。因此,解決團(tuán)聚問題是制備ZrO_2納米顆粒的關(guān)鍵。通�？捎脙煞N途徑來提高納米粉體的分散性:一種是自下而上的方法,在合成納米顆粒的過程中采取一定措施來減輕或避免團(tuán)聚,如:表面活性劑法。另一種是自上而下的方法,用物理法或者化學(xué)法將塊材直接破碎成納米顆粒,如球磨法。雖然以有機(jī)鋯鹽為原料,表面活性劑作輔助時(shí),采用溶劑熱法或溶膠凝膠法可制備出較分散的ZrO_2納米顆粒,但仍存在產(chǎn)物純度低、成本相對(duì)較高且制備條件苛刻等問題。因此,開發(fā)成本低、操作簡(jiǎn)單的制備高質(zhì)量t-ZrO_2和m-ZrO_2納米顆粒的方法具有十分重要的意義。本工作以氧氯化鋯為鋯源、氫氧化鈉為沉淀劑,采用沉淀法制備出t-ZrO_2納米顆粒。但制備出的t-ZrO_2納米顆粒有嚴(yán)重的團(tuán)聚現(xiàn)象。為改善已團(tuán)聚粉體的分散性,我們課題組提出用腐蝕的方法來打開硬團(tuán)聚,使納米顆粒重新分散。通過將400°C煅燒2 h和500°C煅燒0.5 h的樣品,在120°C的條件下用HCl腐蝕75 h后,分別得到平均顆粒尺寸為4.5 nm和6 nm,粒徑分布在2-11 nm和3-12 nm的分散性良好的純的t-ZrO_2納米顆粒。隨后,將平均顆粒尺寸為6 nm、粒徑分布范圍為3-12 nm的t-ZrO_2納米顆粒為原料制成生坯,采用兩步燒結(jié)法(1150°C/1000°C保溫10 h)制備出了平均晶粒尺寸為110 nm且致密度為99.9%的純m-ZrO_2納米晶陶瓷。相比于t-ZrO_2納米顆粒的制備,m-ZrO_2納米顆粒的制備更具挑戰(zhàn)性,迄今為止,很少有報(bào)道合成出了分散性良好、顆粒尺寸細(xì)小的m-ZrO_2納米顆粒。這是由于m-ZrO_2的表面能大于t-ZrO_2,因此當(dāng)顆粒尺寸較小時(shí),表面能對(duì)整個(gè)能量的貢獻(xiàn)更大,ZrO_2納米顆粒傾向于以四方相形式存在而非單斜相。我們用兩種方法對(duì)m-ZrO_2納米顆粒進(jìn)行了制備。首先以氧氯化鋯為鋯源,氨水為沉淀劑,采用沉淀法制備出四方相和單斜相共存的混合相ZrO_2納米顆粒。然后以H2SO4為腐蝕介質(zhì)在120°C腐蝕75 h后得到純m-ZrO_2,所得樣品中顆粒分散性較好,但形貌不規(guī)則。隨后,我們以氧氯化鋯為原料,尿素為礦化劑,采用水熱法在180°C保溫6 h,制備出了分散性良好、平均顆粒尺寸為4.6 nm、粒徑分布范圍為2-11 nm的純的m-ZrO_2納米顆粒,將其壓制成坯后,采用兩步燒結(jié)法(950°C保溫10 h/1150°C保溫1 h)制備出了平均晶粒為95 nm、致密度為95%的純m-ZrO_2納米晶陶瓷。
【關(guān)鍵詞】：腐蝕法 t-ZrO_2 m-ZrO_2 純m-ZrO_2納米晶陶瓷
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB383.1;TQ134.12
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• Abstract5-11
• 第一章 引言11-22
• 1.1 陶瓷粉體11-12
• 1.2 ZrO_2概述12-17
• 1.2.1 ZrO_2的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)12-14
• 1.2.2 ZrO_2納米顆粒的應(yīng)用14-15
• 1.2.3 ZrO_2納米顆粒的制備方法15-17
• 1.3 本論文的選題依據(jù)及研究?jī)?nèi)容17-18
• 參考文獻(xiàn)18-22
• 第二章 納米顆粒的表征方法22-26
• 2.1 X射線衍射（XRD）22-23
• 2.2 掃描電子顯微鏡技術(shù)（SEM）23
• 2.3 透射電子顯微鏡技術(shù)（TEM）23
• 2.4 拉曼光譜（Raman）23-24
• 2.5 光致發(fā)光光譜（PL）24
• 2.6 傅里葉變換紅外光譜（FTIR）24
• 2.7 阿基米德法測(cè)陶瓷坯體相對(duì)密度24-25
• 參考文獻(xiàn)25-26
• 第三章 腐蝕法制備t-ZrO_2納米顆粒26-43
• 3.1 概述26-27
• 3.2 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備27
• 3.3 實(shí)驗(yàn)過程27-28
• 3.4 樣品的表征和分析28-37
• 3.4.1 樣品的XRD表征28-30
• 3.4.2 t-ZrO_2樣品的TEM表征30-35
• 3.4.3 t-ZrO_2樣品的腐蝕機(jī)理探究35-36
• 3.4.4 t-ZrO_2納米顆粒的Raman表征36
• 3.4.5 t-ZrO_2納米顆粒的PL表征36-37
• 3.5 t-ZrO_2納米顆粒粉體的燒結(jié)活性研究37-40
• 3.6 本章小結(jié)40-41
• 參考文獻(xiàn)41-43
• 第四章 腐蝕法及水熱法制備m-ZrO_2納米顆粒43-54
• 4.1 概述43
• 4.2 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備43-44
• 4.3 實(shí)驗(yàn)過程44-45
• 4.3.1 腐蝕法實(shí)驗(yàn)過程44
• 4.3.2 水熱法實(shí)驗(yàn)過程44-45
• 4.4 腐蝕法所得樣品的表征和分析45-47
• 4.4.1 樣品的XRD表征45-46
• 4.4.2 樣品形貌的TEM表征46-47
• 4.5 水熱法所得樣品的表征和分析47-51
• 4.5.1 樣品的XRD表征47-48
• 4.5.2 m-ZrO_2的TEM表征48-50
• 4.5.3 m-ZrO_2納米顆粒的FTIR表征50-51
• 4.6 m-ZrO_2納米顆粒粉體的燒結(jié)活性研究51-52
• 4.7 本章小結(jié)52
• 參考文獻(xiàn)52-54
• 第五章 結(jié)論與展望54-56
• 5.1 結(jié)論54-55
• 5.2 創(chuàng)新點(diǎn)55
• 5.3 展望55-56
• 在學(xué)期間的研究成果56-57
• 致謝57

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