CN102030368A - 一种纯相高性能稀土锆酸盐材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种纯相高性能稀土锆酸盐材料的制备方法。本发明以Ln(NO3)3·6H2O(Ln＝La、Nd、Eu、Gd)和Zr(NO3)4·3H2O为原料，以水与无水乙醇混合溶液为溶剂，添加适量的柠檬酸和聚乙二醇，磁力搅拌至澄清透明的溶胶，将制得的溶胶放入刚玉坩埚中点火燃烧，获得样品所需的前躯体，将前驱体放入程控高温炉1200℃煅烧6小时，即可得到化学式为Ln2Zr2O7(Ln＝Nd、Eu、Gd)和(La1-xNdx)2Zr2O7、(La1-xGdx)2Zr2O7、(Nd1-xEux)2Zr2O7的纯相稀土锆酸盐材料。本发明提供的制备方法合成温度低、时间短、工序简单、相纯度高等特点。

Description

一种纯相高性能稀土锆酸盐材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种能用于核废物固化处理、热障涂层和固体氧化物燃料电池的稀土锆酸盐材料的制备方法，属无机非金属材料制备与应用领域。
发明背景
烧绿石型稀土锆酸盐(Ln2Zr2O7，Ln＝La，Nd，Eu，Gd，Er，Yb)具有独特的晶体结构和优良的物理化学特性，而引起人们广泛关注。
热障涂层材料。烧绿石Ln2Zr2O7材料具有高熔点、低的热导率(比传统的热障涂层材料4YSZ约低30％)、较高的热膨胀系数(Nd2Zr2O7和Gd2Zr2O7，293-1273K，11.6×10-6W-1)、以及高的化学稳定性和高温无相变等优点，是高温或超高温热障涂层重要候选材料。
核废物处理固化介质材料。Ln2Zr2O7具有高的辐照稳定性，特别是抗重离子的辐照能力，如Gd2Zr2O7能够承受1016ions/cm2剂量的1.5MeV的Xe+离子辐照而结构没有损伤，相当于10wt％的239pu在3×107年衰变的α粒子累积剂量(3×1020α/g)；其次，具有良好的化学稳定性，如La2Zr2O7在90℃的H2O中浸泡28天，La和Zr元素的化学浸出率仅为10-6gm-2d-1；另外，Ln2Zr2O7中Ln晶格位可被核素完全占据(如Am2Zr2O7)，包容核素量高，有利于废物体积最小化。因此，Ln2Zr2O7是锕系核素最理想的固化介质材料。
固体氧化物燃料电池材料。Ln2Zr2O7中的8a晶格位是氧空位，该材料具有氧离子的导电特性，如800℃时，Eu2Zr2O7氧离子电导率接近8×10-2S·cm-1，因此是高温固体燃料电池重要的候选材料。
(Ln，Ln′)2Zr2O7(Ln和Ln′为不同的La，Nd，Eu，Gd，Er，Yb元素)化合物，不仅具有与Ln2Zr2O7(Ln＝La，Nd，Eu，Gd，Er，Yb)相类似的物理化学性质，也因多元稀土元素同时占据Ln晶格位导致晶格畸变，其热导率和氧离子电导率得到进一步降低和提高。如(La0.7Gd0.3)2Zr2O7与La2Zr2O7和Gd2Zr2O7相比，1200℃温度的热导率分别降低30％以上，(Gd0.5La0.5)2Zr2O7的氧离子电导率是Gd2Zr2O7和La2Zr2O7的3倍以上。
目前，该材料的制备方法主要有传统的高温固相反应方法和软化学共沉淀方法。高温固相反应合成方法是采用稀土氧化物和氧化锆为原料，经球磨、烘干、再煅烧合成，煅烧温度通常在1400℃以上、时间长(1到2天)，需要多次反复重复上述过程才能获得纯相的材料；软化学共沉淀方法是采用可溶性的稀土盐和锆盐为原料配制成溶液，滴加沉淀剂得到沉淀物，反复洗涤后进行烘干、研磨、煅烧。与前者相比，煅烧温度明显降低，但因沉降速率不同易导致成份不均匀，沉淀物需反复清洗才能去除有害离子(如Cl-离子)；溶胶-凝胶软化学方法，煅烧合成温度低，晶粒尺寸小、均匀性好，但因溶胶变成干凝胶需要较长时间的干燥过程，工艺复杂，产量低。
发明目的
本发明的目的是提供一种纯相稀土锆酸盐的制备方法，使用价格低廉易得的稀土硝酸盐Ln(NO3)3·6H2O和Zr(NO3)4·3H2O为原料，经溶胶制备、燃烧、煅烧，获得纯相的Ln2Zr2O7(Ln＝Nd，Gd，Eu)、(Nd1-xLax)2Zr2O7、(Gd1-xLax)2Zr2O7和(Nd1-xEux)2Zr2O7材料，此方法简单、方便，适合大量合成。
根据本发明的一个方面，提供了一种稀土锆酸盐材料的制备方法，其特征在于包括：
按：
稀土元素总摩尔数∶锆元素总摩尔数＝1∶1
的比例，配制稀土硝酸盐和硝酸锆混合物；
用所述稀土硝酸盐和硝酸锆混合物配制溶液；
搅拌所述溶液至澄清透明，从而制得溶胶；
燃烧所述溶胶，从而获得前躯体；
高温煅烧所述前驱体，从而获得所述稀土锆酸盐材料。
根据本发明的另一个方面，提供了一种稀土锆酸盐材料，其特征在于所述稀土锆酸盐材料是用如上述的方法制成的。
附图说明
图1显示了用根据本发明的一个实施例的方法制成的烧绿石结构Ln2Zr2O7晶体结构图。
图2显示了根据本发明的一个实施例的前驱体的煅烧过程的温度-时间曲线。
图3显示了用根据本发明的一个实施例的方法得到的纯相Nd2Zr2O7材料的XRD与标准卡片(78-1617)的对比图。
图4显示了用根据本发明的一个实施例的方法得到的纯相Gd2Zr2O7材料的XRD与标准卡片(80-471)的对比图。
图5显示了用根据本发明的一个实施例的方法得到的纯相Eu2Zr2O7材料的XRD与标准卡片(78-1292)的对比图。
图6显示了用根据本发明的实施例的方法得到的纯相(Nd0.9La0.1)2Zr2O7、(Nd0.6La0.4)2Zr2O7、(Nd0.5La0.5)2Zr2O7、(Nd0.6La0.4)2Zr2O7、(Nd0.2La0.8)2Zr2O7、(Nd0.1La0.9)2Zr2O7材料的XRD图谱。
图7显示了用根据本发明的实施例的方法得到的纯相(Gd0.8La0.2)2Zr2O7材料、纯相(Gd0.7La0.3)2Zr2O7材料、纯相(Gd0.5La0.5)2Zr2O7材料、纯相(Gd0.3La0.7)2Zr2O7材料、纯相(Gd0.1La0.9)2Zr2O7材料的XRD图谱。
图8显示了用根据本发明的实施例的方法得到的纯相(Nd0.75Eu0.25)2Zr2O7材料、纯相(Nd0.5Eu0.5)2Zr2O7材料、纯相(Nd0.25Eu0.75)2Zr2O7材料的XRD图谱。
具体实施方式
根据本发明的一个实施例，提供了一种稀土锆酸盐材料的制备方法，其特征在于包括：按：稀土元素总摩尔数∶锆元素总摩尔数＝1∶1的比例，配制稀土硝酸盐和硝酸锆混合物；用所述稀土硝酸盐和硝酸锆混合物配制溶液；搅拌所述溶液至澄清透明，从而制得溶胶；燃烧所述溶胶，从而获得前躯体；高温煅烧所述前驱体，从而获得所述稀土锆酸盐材料。
根据本发明的一个进一步的实施例，上述述配制稀土硝酸盐和硝酸锆混合物的步骤按照下列配方中选出的一种进行∶
-Ln(NO3)3·6H2O∶Zr(NO3)4.3H2O＝1∶1[Ln(NO3)3·6H2O＝La(NO3)3·6H2O、Nd(NO3)3·6H2O、Gd(NO3)3·6H2O、Eu(NO3)3·6H2O]；
Nd(NO3)3·6H2O∶La(NO3)3.6H2O∶Zr(NO3)4.3H2O＝2(1-x)∶2x∶2；
Gd(NO3)3·6H2O∶La(NO3)3.6H2O∶Zr(NO3)4.3H2O＝2(1-x)∶2x∶2；
-Nd(NO3)3·6H2O∶Eu(NO3)3·6H2O∶Zr(NO3)4.3H2O＝2(1-x)∶2x∶2。
根据本发明的一个进一步的实施例，上述稀土硝酸盐和硝酸锆混合物配制溶液的步骤采用体积比为1∶3～9的水与无水乙醇混合溶液为溶剂。
根据本发明的一个进一步的实施例，上述用稀土硝酸盐和硝酸锆混合物配制溶液的步骤包括：配置Ln3+和Zr4+离子总浓度为0.01～0.1mol/L的溶液。
根据本发明的一个进一步的实施例，上述搅拌所述溶液至澄清透明的步骤包括：将上述溶液置于磁力搅拌机中搅拌，外加柠檬酸添加剂，外加聚乙二醇添加剂，继续搅拌至澄清透明。
根据本发明的一个进一步的实施例，将上述溶液置于磁力搅拌机中搅拌的时间为0.5～3h，且上述磁力搅拌机具有40-60℃的水浴温度。
根据本发明的一个进一步的实施例，上述柠檬酸添加剂的添加量为50～100g/L，上述聚乙二醇添加剂为20000单位聚乙二醇添加剂且添加量为30～80g/L。
根据本发明的另一个实施例，通过了用上述方法制成的一种Ln2Zr2O7材料。
根据本发明的一个实施例，提出了利用溶胶与煅烧合成相结合制备出Ln2Zr2O7(Ln＝Gd，Nd，Eu，以及Nd与La；Gd与La和Gd与Eu组合元素)材料的方法，从而在相对较低温度下就能够获得高性能纯相稀土锆酸盐材料，包括：
-按：
稀土元素总摩尔数∶锆元素总摩尔数＝1∶1的比例，配制稀土硝酸盐和硝酸锆混合物，
量取所需原料；
-以体积比为1∶3～9的水与无水乙醇混合溶液为溶剂，配置Ln3+和Zr4+离子总浓度为0.01～0.1mol/L的溶液，并置于水浴温度为40-60℃的磁力搅拌机中搅拌0.5～3h，外加添加剂柠檬酸，添加量为50～100g/L，外加添加剂20000单位聚乙二醇，添加量为30～80g/L，继续搅拌至澄清透明，获得溶胶；
-将上述制得的溶胶放入刚玉坩埚中，点火燃烧，即获得样品所需的前躯体；
-将前驱体放入程控高温炉中煅烧，即得到单相的稀土锆酸盐材料。
根据本发明的进一步的实施例，上述配制稀土硝酸盐和硝酸锆混合物的步骤按照下列配方中选出的一种进行：
-Ln(NO3)3·6H2O∶Zr(NO3)4·3H2O＝1∶1[Ln(NO3)3·6H2O＝La(NO3)3·6H2O、Nd(NO3)3·6H2O、Gd(NO3)3·6H2O、Eu(NO3)3·6H2O]；
-Nd(NO3)3·6H2O∶La(NO3)3·6H2O∶Zr(NO3)4·3H2O＝2(1-x)∶2x∶2；
-Gd(NO3)3·6H2O∶La(NO3)3·6H2O∶Zr(NO3)4·3H2O＝2(1-x)∶2x∶2；
-Nd(NO3)3·6H2O∶Eu(NO3)3·6H2O∶Zr(NO3)4·3H2O＝2(1-x)∶2x∶2。
根据本发明的一个实施例，在上述高温炉煅烧步骤中，煅烧温度过程如如图2所示的曲线所表示，其中，1小时(h)内由室温升至400℃，保温0.5h去除残余水份和有机添加剂；以200℃/h升温速率升至1200℃，保温6h保证反应完全；以100℃/h的降温速率缓慢降温至800℃，避免晶格缺陷。
本发明的优点包括：
(1)合成温度低、时间短，节约能源；
(2)相的纯度高，为单一物相；
(3)工艺稳定，适合批量生产。
实施例1
原料按下列配比(摩尔比)：Nd(NO3)3·6H2O∶Zr(NO3)4·3H2O＝1∶1精确量取所需原料，以水与无水乙醇体积比为1∶4的混合溶液为溶剂，配置Nd3+和Zr4+离子总浓度为0.03mol/L的溶液500ml，并置于水浴温度为50℃的磁力搅拌机中搅拌45分钟，外加添加剂柠檬酸，加入量为30g，外加添加剂20000单位聚乙二醇，加入量为25g，继续搅拌至澄清透明的溶胶，放入刚玉坩埚中点火燃烧溶胶获得样品所需的前躯体，将前驱体放入程控高温炉中煅烧6小时，以每小时降温100℃的降温速率降温至800℃，之后随炉降温，即可得到纯相Nd2Zr2O7材料。该材料的XRD与标准卡片对比图谱如图3所示。由图3可见，实施例1获得的材料的XRD(图3上部的曲线)与相应标准卡片(78-1617)相一致，表明该材料是纯相烧绿石结构的Nd2Zr2O7。
实施例2
原料按下列配比(摩尔比)：Gd(NO3)3·6H2O∶Zr(NO3)4·3H2O＝1∶1精确量取所需原料，以水与无水乙醇体积比为1∶4的混合溶液为溶剂，配置Gd3+和Zr4+离子总浓度为0.03mol/L的溶液500ml，并置于水浴温度为50℃的磁力搅拌机中搅拌45分钟，外加添加剂柠檬酸，加入量为30g，外加添加剂20000单位聚乙二醇，加入量为25g，继续搅拌至澄清透明的溶胶，放入刚玉坩埚中点火燃烧获得样品所需的前躯体，将前驱体放入程控高温炉中煅烧6小时，以后每小时降温100℃的降温速率降温至800℃，之后随炉降温，即可得到纯相Gd2Zr2O7材料。该材料的XRD与标准卡片(80-471)对比图谱如图4所示。由图4可见，实施例2获得的材料的XRD(图4上部的曲线)与相应标准卡片(80-471)相一致，表明该材料是纯相烧绿石结构的Gd2Zr2O7。
实施例3
原料按下列配比(摩尔比)：Eu(NO3)3·6H2O∶Zr(NO3)4·3H2O＝1∶1精确量取所需原料，以水与无水乙醇体积比为1∶4的混合溶液为溶剂，配置Eu3+和Zr4+离子总浓度为0.03mol/L的溶液500ml，并置于水浴温度为50℃的磁力搅拌机中搅拌45分钟，外加添加剂柠檬酸，加入量为30g，外加添加剂20000单位聚乙二醇，加入量为25g，继续搅拌至澄清透明的溶胶，放入刚玉坩埚中点火燃烧获得样品所需的前躯体，将前驱体放入程控高温炉中煅烧6小时，以后每小时降温100℃的降温速率降温至800℃，之后随炉降温，即可得到纯相Eu2Zr2O7材料。该材料的XRD(图5上部的曲线)与标准卡片(78-1292)对比图谱如图5所示。
由图5可见，实施例3获得的材料的XRD与相应标准卡片(78-1292)相一致，表明该材料是纯相烧绿石结构的Eu2Zr2O7。
实施例4
原料按下列配比(摩尔比)：Nd(NO3)3·6H2O∶La(NO3)3·6H2O∶Zr(NO3)4·3H2O＝1.8∶0.2∶2精确量取所需原料，以水与无水乙醇体积比为1∶4的混合溶液为溶剂，配置Nd3+、La3+和Zr4+离子总浓度为0.03mol/L的溶液500ml，并置于水浴温度为50℃的磁力搅拌机中搅拌45分钟，外加添加剂柠檬酸，加入量为30g，外加添加剂20000单位聚乙二醇，加入量为25g，继续搅拌至澄清透明的溶胶，放入刚玉坩埚中点火燃烧获得样品所需的前躯体，将前驱体放入程控高温炉中煅烧6小时，以后每小时降温100℃的降温速率降温至800℃，之后随炉降温，即可得到纯相(Nd0.9La0.1)2Zr2O7材料。该材料的XRD图谱如图6中x＝0.10所示。
实施例5
原料按下列配比(摩尔比)：Nd(NO3)3·6H2O∶La(NO3)3·6H2O∶Zr(NO3)4·3H2O＝1.6∶0.4∶2精确量取所需原料，以水与无水乙醇体积比为1∶4的混合溶液为溶剂，配置Nd3+、La3+和Zr4+离子总浓度为0.03mol/L的溶液500ml，并置于水浴温度为50℃的磁力搅拌机中搅拌45分钟，外加添加剂柠檬酸，加入量为30g，外加添加剂20000单位聚乙二醇，加入量为25g，继续搅拌至澄清透明的溶胶，放入刚玉坩埚中点火燃烧获得样品所需的前躯体，将前驱体放入程控高温炉中煅烧6小时，以后每小时降温100℃的降温速率降温至800℃，之后随炉降温，即可得到纯相(Nd0.8La0.2)2Zr2O7材料。该材料的XRD图谱如图6中x＝0.20所示。
实施例6
原料按下列配比(摩尔比)：Nd(NO3)3·6H2O∶La(NO3)3·6H2O∶Zr(NO3)4·3H2O＝1.2∶0.8∶2精确量取所需原料，以水与无水乙醇体积比为1∶4的混合溶液为溶剂，配置Nd3+、La3+和Zr4+离子总浓度为0.03mol/L的溶液500ml，并置于水浴温度为50℃的磁力搅拌机中搅拌45分钟，外加添加剂柠檬酸，加入量为30g，外加添加剂20000单位聚乙二醇，加入量为25g，继续搅拌至澄清透明的溶胶，放入刚玉坩埚中点火燃烧获得样品所需的前躯体，将前驱体放入程控高温炉中煅烧6小时，以后每小时降温100℃的降温速率降温至800℃，之后随炉降温，即可得到纯相(Nd0.6La0.4)2Zr2O7材料。该材料的XRD图谱如图6中x＝0.40所示。
实施例7
原料按下列配比(摩尔比)：Nd(NO3)3·6H2O∶La(NO3)3·6H2O∶Zr(NO3)4·3H2O＝1∶1∶2精确量取所需原料，以水与无水乙醇体积比为1∶4的混合溶液为溶剂，配置Nd3+、La3+和Zr4+离子总浓度为0.03mol/L的溶液500ml，并置于水浴温度为50℃的磁力搅拌机中搅拌45分钟，外加添加剂柠檬酸，加入量为30g，外加添加剂20000单位聚乙二醇，加入量为25g，继续搅拌至澄清透明的溶胶，放入刚玉坩埚中点火燃烧获得样品所需的前躯体，将前驱体放入程控高温炉中煅烧6小时，以后每小时降温100℃的降温速率降温至800℃，之后随炉降温，即可得到纯相(Nd0.5La0.5)2Zr2O7材料。该材料的XRD图谱如图6中x＝0.50所示。
实施例8
原料按下列配比(摩尔比)：Nd(NO3)3·6H2O∶La(NO3)3·6H2O∶Zr(NO3)4·3H2O＝0.8∶1.2∶2精确量取所需原料，以水与无水乙醇体积比为1∶4的混合溶液为溶剂，配置Nd3+、La3+和Zr4+离子总浓度为0.03mol/L的溶液500ml，并置于水浴温度为50℃的磁力搅拌机中搅拌45分钟，外加添加剂柠檬酸，加入量为30g，外加添加剂20000单位聚乙二醇，加入量为25g，继续搅拌至澄清透明的溶胶，放入刚玉坩埚中点火燃烧获得样品所需的前躯体，将前驱体放入程控高温炉中煅烧6小时，以后每小时降温100℃的降温速率降温至800℃，之后随炉降温，即可得到纯相(Nd0.6La0.4)2Zr2O7材料。该材料的XRD图谱如图6中x＝0.60所示。
实施例9
原料按下列配比(摩尔比)：Nd(NO3)3·6H2O∶La(NO3)3·6H2O∶Zr(NO3)4·3H2O＝0.4∶1.6∶2精确量取所需原料，以水与无水乙醇体积比为1∶4的混合溶液为溶剂，配置Nd3+、La3+和Zr4+离子总浓度为0.03mol/L的溶液500ml，并置于水浴温度为50℃的磁力搅拌机中搅拌45分钟，外加添加剂柠檬酸，加入量为30g，外加添加剂20000单位聚乙二醇，加入量为25g，继续搅拌至澄清透明的溶胶，放入刚玉坩埚中点火燃烧获得样品所需的前躯体，将前驱体放入程控高温炉中煅烧6小时，以后每小时降温100℃的降温速率降温至800℃，之后随炉降温，即可得到纯相(Nd0.2La0.8)2Zr2O7材料。该材料的XRD图谱如图6中x＝0.80所示。
实施例10
原料按下列配比(摩尔比)：Nd(NO3)3·6H2O∶La(NO3)3·6H2O∶Zr(NO3)4·3H2O＝0.2∶1.8∶2精确量取所需原料，以水与无水乙醇体积比为1∶4的混合溶液为溶剂，配置Nd3+、La3+和Zr4+离子总浓度为0.03mol/L的溶液500ml，并置于水浴温度为50℃的磁力搅拌机中搅拌45分钟，外加添加剂柠檬酸，加入量为30g，外加添加剂20000单位聚乙二醇，加入量为25g，继续搅拌至澄清透明的溶胶，放入刚玉坩埚中点火燃烧获得样品所需的前躯体，将前驱体放入程控高温炉中煅烧6小时，以后每小时降温100℃的降温速率降温至800℃，之后随炉降温，即可得到纯相(Nd0.1La0.9)2Zr2O7材料。该材料的XRD图谱如图6中x＝0.90所示。
由图6可见，实施例4、5、6、7、8、9、10获得的材料都是纯相。
实施例11
原料按下列配比(摩尔比)：Gd(NO3)3·6H2O∶La(NO3)3·6H2O∶Zr(NO3)4·3H2O＝1.8∶0.2∶2精确量取所需原料，以水与无水乙醇体积比为1∶4的混合溶液为溶剂，配置Gd3+、La3+和Zr4+离子总浓度为0.03mol/L的溶液500ml，并置于水浴温度为50℃的磁力搅拌机中搅拌45分钟，外加添加剂柠檬酸，加入量为30g，外加添加剂20000单位聚乙二醇，加入量为25g，继续搅拌至澄清透明的溶胶，放入刚玉坩埚中点火燃烧获得样品所需的前躯体，将前驱体放入程控高温炉中煅烧6小时，以后每小时降温100℃的降温速率降温至800℃，之后随炉降温，即可得到纯相(Gd0.9La0.1)2Zr2O7材料。该材料的XRD图谱如图7中x＝0.10所示。
实施例12
原料按下列配比(摩尔比)：Gd(NO3)3·6H2O∶La(NO3)3·6H2O∶Zr(NO3)4·3H2O＝1.6∶0.4∶2精确量取所需原料，以水与无水乙醇体积比为1∶4的混合溶液为溶剂，配置Gd3+、La3+和Zr4+离子总浓度为0.03mol/L的溶液500ml，并置于水浴温度为50℃的磁力搅拌机中搅拌45分钟，外加添加剂柠檬酸，加入量为30g，外加添加剂20000单位聚乙二醇，加入量为25g，继续搅拌至澄清透明的溶胶，放入刚玉坩埚中点火燃烧获得样品所需的前躯体，将前驱体放入程控高温炉中煅烧6小时，以后每小时降温100℃的降温速率降温至800℃，之后随炉降温，即可得到纯相(Gd0.8La0.2)2Zr2O7材料。该材料的XRD图谱如图7中x＝0.20所示。
实施例13
原料按下列配比(摩尔比)：Gd(NO3)3·6H2O∶La(NO3)3·6H2O∶Zr(NO3)4·3H2O＝1.4∶0.6∶2精确量取所需原料，以水与无水乙醇体积比为1∶4的混合溶液为溶剂，配置Gd3+、La3+和Zr4+离子总浓度为0.03mol/L的溶液500ml，并置于水浴温度为50℃的磁力搅拌机中搅拌45分钟，外加添加剂柠檬酸，加入量为30g，外加添加剂20000单位聚乙二醇，加入量为25g，继续搅拌至澄清透明的溶胶，放入刚玉坩埚中点火燃烧获得样品所需的前躯体，将前驱体放入程控高温炉中煅烧6小时，以后每小时降温100℃的降温速率降温至800℃，之后随炉降温，即可得到纯相(Gd0.7La0.3)2Zr2O7材料。该材料的XRD图谱如图7中x＝0.30所示。
实施例14
原料按下列配比(摩尔比)：Gd(NO3)3·6H2O∶La(NO3)3·6H2O∶Zr(NO3)4·3H2O＝1∶1∶2精确量取所需原料，以水与无水乙醇体积比为1∶4的混合溶液为溶剂，配置Gd3+、La3+和Zr4+离子总浓度为0.03mol/L的溶液500ml，并置于水浴温度为50℃的磁力搅拌机中搅拌45分钟，外加添加剂柠檬酸，加入量为30g，外加添加剂20000单位聚乙二醇，加入量为25g，继续搅拌至澄清透明的溶胶，放入刚玉坩埚中点火燃烧获得样品所需的前躯体，将前驱体放入程控高温炉中煅烧6小时，以后每小时降温100℃的降温速率降温至800℃，之后随炉降温，即可得到纯相(Gd0.5La0.5)2Zr2O7材料。该材料的XRD图谱如图7中x＝0.50所示。
实施例15
原料按下列配比(摩尔比)：Gd(NO3)3·6H2O∶La(NO3)3·6H2O∶Zr(NO3)4·3H2O＝0.6∶1.4∶2精确量取所需原料，以水与无水乙醇体积比为1∶4的混合溶液为溶剂，配置Gd3+、La3+和Zr4+离子总浓度为0.03mol/L的溶液500ml，并置于水浴温度为50℃的磁力搅拌机中搅拌45分钟，外加添加剂柠檬酸，加入量为30g，外加添加剂20000单位聚乙二醇，加入量为25g，继续搅拌至澄清透明的溶胶，放入刚玉坩埚中点火燃烧获得样品所需的前躯体，将前驱体放入程控高温炉中煅烧6小时，以后每小时降温100℃的降温速率降温至800℃，之后随炉降温，即可得到纯相(Gd0.3La0.7)2Zr2O7材料。该材料的XRD图谱如图7中x＝0.70所示。
实施例16
原料按下列配比(摩尔比)：Gd(NO3)3·6H2O∶La(NO3)3·6H2O∶Zr(NO3)4·3H2O＝0.2∶1.8∶2精确量取所需原料，以水与无水乙醇体积比为1∶4的混合溶液为溶剂，配置Gd3+、La3+和Zr4+离子总浓度为0.03mol/L的溶液500ml，并置于水浴温度为50℃的磁力搅拌机中搅拌45分钟，外加添加剂柠檬酸，加入量为30g，外加添加剂20000单位聚乙二醇，加入量为25g，继续搅拌至澄清透明的溶胶，放入刚玉坩埚中点火燃烧获得样品所需的前躯体，将前驱体放入程控高温炉中煅烧6小时，以后每小时降温100℃的降温速率降温至800℃，之后随炉降温，即可得到纯相(Gd0.1La0.9)2Zr2O7材料。该材料的XRD图谱如图7中x＝0.90所示。
由图7可知，实施例11、12、13、14、15、16获得的材料都是纯相。
实施例17
原料按下列配比(摩尔比)：Nd(NO3)3·6H2O∶Eu(NO3)3·6H2O∶Zr(NO3)4·3H2O＝1.5∶0.5∶2精确量取所需原料，以水与无水乙醇体积比为1∶4的混合溶液为溶剂，配置Nd3+、Eu3+和Zr4+离子总浓度为0.03mol/L的溶液500ml，并置于水浴温度为50℃的磁力搅拌机中搅拌45分钟，外加添加剂柠檬酸，加入量为30g，外加添加剂20000单位聚乙二醇，加入量为25g，继续搅拌至澄清透明的溶胶，放入刚玉坩埚中点火燃烧获得样品所需的前躯体，将前驱体放入程控高温炉中煅烧6小时，以后每小时降温100℃的降温速率降温至800℃，之后随炉降温，即可得到纯相(Nd0.75Eu0.25)2Zr2O7材料。该材料的XRD图谱如图8中x＝0.25所示。
实施例18
原料按下列配比(摩尔比)：Nd(NO3)3·6H2O∶Eu(NO3)3·6H2O∶Zr(NO3)4·3H2O＝1∶1∶2精确量取所需原料，以水与无水乙醇体积比为1∶4的混合溶液为溶剂，配置Nd3+、Eu3+和Zr4+离子总浓度为0.03mol/L的溶液500ml，并置于水浴温度为50℃的磁力搅拌机中搅拌45分钟，外加添加剂柠檬酸，加入量为30g，外加添加剂20000单位聚乙二醇，加入量为25g，继续搅拌至澄清透明的溶胶，放入刚玉坩埚中点火燃烧获得样品所需的前躯体，将前驱体放入程控高温炉中煅烧6小时，以后每小时降温100℃的降温速率降温至800℃，之后随炉降温，即可得到纯相(Nd0.5Eu0.5)2Zr2O7材料。该材料的XRD图谱如图8中x＝0.50所示。
实施例19
原料按下列配比(摩尔比)：Nd(NO3)3·6H2O∶Eu(NO3)3·6H2O∶Zr(NO3)4·3H2O＝0.5∶1.5∶2精确量取所需原料，以水与无水乙醇体积比为1∶4的混合溶液为溶剂，配置Nd3+、Eu3+和Zr4+离子总浓度为0.03mol/L的溶液500ml，并置于水浴温度为50℃的磁力搅拌机中搅拌45分钟，外加添加剂柠檬酸，加入量为30g，外加添加剂20000单位聚乙二醇，加入量为25g，继续搅拌至澄清透明的溶胶，放入刚玉坩埚中点火燃烧获得样品所需的前躯体，将前驱体放入程控高温炉中煅烧6小时，以后每小时降温100℃的降温速率降温至800℃，之后随炉降温，即可得到纯相(Nd0.25Eu0.75)2Zr2O7材料。该材料的XRD图谱如图8中x＝0.75所示。
由图8可知，实施例17、18、19获得的材料都是纯相。

Claims (9)

1.一种稀土锆酸盐材料的制备方法，其特征在于包括：
按：
稀土元素总摩尔数∶锆元素总摩尔数＝1∶1的比例，配制稀土硝酸盐和硝酸锆混合物；
用所述稀土硝酸盐和硝酸锆混合物配制溶液；
搅拌所述溶液至澄清透明，从而制得溶胶；
燃烧所述溶胶，从而获得前躯体；
高温煅烧所述前驱体，从而获得所述稀土锆酸盐材料。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于所述述配制稀土硝酸盐和硝酸锆混合物的步骤按照下列配方中选出的一种进行：
-Ln(NO3)3·6H2O∶Zr(NO3)4·3H2O＝1∶1[Ln(NO3)3·6H2O＝La(NO3)3·6H2O、Nd(NO3)3·6H2O、Gd(NO3)3·6H2O、Eu(NO3)3·6H2O]；
-Nd(NO3)3·6H2O∶La(NO3)3·6H2O∶Zr(NO3)4·3H2O＝2(1-x)∶2x∶2；
-Nd(NO3)3·6H2O∶Eu(NO3)3·6H2O∶Zr(NO3)4·3H2O＝2(1-x)∶2x∶2；
-Gd(NO3)3·6H2O∶La(NO3)3·6H2O∶Zr(NO3)4·3H2O＝2(1-x)∶2x∶2。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述用所述稀土硝酸盐和硝酸锆混合物配制溶液的步骤采用体积比为1∶3-9的水与无水乙醇混合溶液为溶剂。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述用所述稀土硝酸盐和硝酸锆混合物配制溶液的步骤包括：
配置Ln3+和Zr4+离子总浓度为0.01-0.1mol/L的溶液。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于搅拌所述溶液至澄清透明的步骤包括：
将所述溶液置于磁力搅拌机中搅拌，
外加柠檬酸添加剂，
外加聚乙二醇添加剂，
继续搅拌至澄清透明。
6.根据权利要求5的方法，其特征在于将所述溶液置于磁力搅拌机中搅拌的时间为0.5-3h，且所述磁力搅拌机具有40-60℃的水浴温度。
7.根据权利要求5的方法，其特征在于：
所述柠檬酸添加剂的添加量为50-100g/L，
所述聚乙二醇添加剂为20000单位聚乙二醇添加剂，添加量为30-80g/L。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于高温煅烧所述前驱体的步骤包括：
在1小时的升温过程中由室温升至400℃；
在400℃保温0.5小时；
以400℃/小时的升温速率由400℃升至1200℃；
在1200℃保温6小时；
以100℃/小时的降温速率由1200℃降温至800℃后，随炉冷却至室温。
9.一种稀土锆酸盐材料，其特征在于所述稀土锆酸盐材料是用如权利要求1-8中任何一项所述的方法制成的。
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