CN101804964A - 一种稀土氢化物纳米颗粒的制备方法 - Google Patents

一种稀土氢化物纳米颗粒的制备方法 Download PDF

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刘卫强
孙浩
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一种稀土氢化物纳米颗粒制备方法，属于纳米材料制备技术领域。稀土氢化物是一类重要的功能材料，广泛的应用在储氢电池、光学器件、氢传感器和压力致动器等众多领域但制备困难。本发明以稀土元素镧、镨、钕、铽、镝中的任何一种作为阳极，金属钨作为阴极，在氢气和氩气的混合气氛下(其中氢气的体积比例在20％-80％之间)，总压力为1个大气压，选择电弧电流100-200A，电弧电压10-40V，起弧时间0.5-2小时将原料制备成稀土氢化物纳米颗粒。本发明提供的稀土氢化物纳米颗粒颗粒度均匀，粒径小于100纳米，对于同一种稀土元素，通过调节工艺参数可以实现对生产稀土氢化物纳米颗粒平均粒径的调控。

Description

一种稀土氢化物纳米颗粒的制备方法
技术领域
一种稀土氢化物纳米颗粒的制备方法，属于纳米材料制备技术领域。
背景技术
稀土氢化物是一类重要的功能材料，广泛的应用在储氢电池、光学器件、氢传感器和压力致动器等众多领域。
近年来，纳米材料引起了人们的广泛关注。其所具有的表面效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应、量子尺寸效应等使材料的物理、化学性能发生显著变化。而作为重要的功能材料，稀土氢化物纳米颗粒的性能也成为研究者关注的热点问题。遗憾的是，由于稀土元素具有很强的化学活性，很容易在空气中发生氧化现象。即使是稀土与氢形成化合物，其化学活性依然很强。因此，稀土氢化物纳米颗粒的制备十分困难。采用目前一些常规的材料制备、加工技术很难解决这些难题。
发明内容
针对上述研究现状，本发明在无氧条件下，以稀土元素镧、镨、钕、铽、镝中的任何一种作为阳极，金属钨作为阴极，在氢/氩混合气氛下，通过电弧放电使稀土蒸发，形成蒸汽。随后稀土蒸汽与氢气化合并凝聚成纳米颗粒(上述过程即为气体保护蒸发冷凝方法)。最后以原位生成、原位收集的方式成功的制备出氢化镧、氢化镨、氢化钕、氢化铽、氢化镝等五种稀土氢化物纳米颗粒。
本发明提供一种利用原位的氢/氩混合气体蒸发冷凝方法制备稀土氢化物纳米颗粒的方法。目的在于获得平均粒径小于100纳米且颗粒度均匀的稀土氢化物纳米颗粒。
一种稀土氢化物纳米颗粒制备方法，其特征在于，以稀土元素镧、镨、钕、铽、镝中的任何一种作为阳极，金属钨作为阴极，在氢气和氩气的混合气氛下(其中氢气的体积比例在20％-80％之间)，总压力为1个大气压，选择电弧电流100-200A，电弧电压10-40V，起弧时间0.5-2小时将原料制备成稀土氢化物纳米颗粒。
本发明提供的稀土氢化物纳米颗粒颗粒度均匀，粒径小于100纳米，对于同一种稀土元素，通过调节工艺参数可以实现对生产稀土氢化物纳米颗粒平均粒径的调控，而且所制备的纳米颗粒具有较好的粒度分布，即粒度均匀性较好。不同实施例制备的粉末的粒度见表1。颗粒的具体形貌如附图1-图6所示。
附图说明
图1：采用原位氢/氩混合气体蒸发冷凝方法制备的氢化镧纳米颗粒(实施例1)的形貌图(透射电子显微镜照片)。
图2：采用原位氢/氩混合气体蒸发冷凝方法制备的氢化镨纳米颗粒(实施例2)的形貌图(透射电子显微镜照片)。
图3：采用原位氢/氩混合气体蒸发冷凝方法制备的氢化钕纳米颗粒(实施例3)的形貌图(透射电子显微镜照片)。
图4：采用原位氢/氩混合气体蒸发冷凝方法制备的氢化铽纳米颗粒(实施例4)的形貌图(透射电子显微镜照片)。
图5：采用原位氢/氩混合气体蒸发冷凝方法制备的第一组氢化镝纳米颗粒(实施例5)的形貌图(透射电子显微镜照片)。
图6：采用原位氢/氩混合气体蒸发冷凝方法制备的第二组氢化镝纳米颗粒(实施例6)的形貌图(透射电子显微镜照片)。
具体实施方式
例1、将稀土金属镧作为阳极，金属钨作为阴极，在氢气和氩气的混合气氛下(其中氢气的体积比例为80％)，总压力为1个大气压，选择电弧电流200A，电弧电压40V，起弧时间2小时将原料制备成稀土氢化镧纳米颗粒。
例2、将稀土金属镨作为阳极，金属钨作为阴极，在氢气和氩气的混合气氛下(其中氢气的体积比例为40％)，总压力为1个大气压，选择电弧电流120A，电弧电压20V，起弧时间1小时将原料制备成稀土氢化镨纳米颗粒。
例3、将稀土金属钕作为阳极，金属钨作为阴极，在氢气和氩气的混合气氛下(其中氢气的体积比例为60％)，总压力为1个大气压，选择电弧电流140A，电弧电压25V，起弧时间1.5小时将原料制备成稀土氢化钕纳米颗粒。
例4、将稀土金属铽作为阳极，金属钨作为阴极，在氢气和氩气的混合气氛下(其中氢气的体积比例为30％)，总压力为1个大气压，选择电弧电流100A，电弧电压15V，起弧时间0.5小时将原料制备成稀土氢化铽纳米颗粒。
例5、将稀土金属镝作为阳极，金属钨作为阴极，在氢气和氩气的混合气氛下(其中氢气的体积比例为20％)，总压力为1个大气压，选择电弧电流100A，电弧电压10V，起弧时间0.5小时将原料制备成稀土氢化镝纳米颗粒。
例6、将稀土金属镝作为阳极，金属钨作为阴极，在氢气和氩气的混合气氛下(其中氢气的体积比例为80％)，总压力为1个大气压，选择电弧电流180A，电弧电压35V，起弧时间1小时将原料制备成稀土氢化镝纳米颗粒。
表1
  编号   实施例1   实施例2   实施例3   实施例4   实施例5   实施例6
  种类   氢化镧   氢化镨   氢化钕   氢化铽   氢化镝1   氢化镝2
  平均粒径(纳米)   80   60   40   50   80   20
本发明不仅可以制备出氢化镧、氢化镨、氢化钕、氢化铽、氢化镝等各种成分的纳米颗粒，而且可以通过改变工艺条件调节所制备稀土氢化物纳米颗粒的尺寸。所制备的氢化物纳米颗粒不仅可以用于制造储氢电池等的原材料，也可以作为微量添加剂用于制造高性能永磁材料，因此具有良好的应用前景。

Claims (1)

1.一种稀土氢化物纳米颗粒制备方法，其特征在于，以稀土元素镧、镨、钕、铽、镝中的任何一种作为阳极，金属钨作为阴极，在氢气和氩气的混合气氛下，其中氢气的体积比例在20％-80％之间，总压力为1个大气压，选择电弧电流100-200A，电弧电压10-40V，起弧时间0.5-2小时将原料制备成稀土氢化物纳米颗粒。
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