CN105645455B - 一种利用脉冲电流制备超细纳米粉末的方法 - Google Patents
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Abstract
提供一种制备纳米粉末的方法，所述方法为在沉淀法制备了粉末的过程中施加高频脉冲电流。其中，所述方法包括在沉淀过程中的盐溶液中施加频率为100Hz‑108Hz，电流密度为10‑4A·m‑2‑1010A·m‑2的脉冲电流，以促进盐溶液中的阳离子与阴离子均匀形核生成沉淀，形成粒度超细的纳米粉末。根据本发明的方法制备的纳米粉末具有处理费用低、操作简单方便、粉末的粒径小且粒度均匀的优点。
Description
技术领域
本发明属于超细纳米颗粒制备技术领域，具体为一种利用脉冲电流制备超细纳米粉末的方法。
背景技术
在包含一种或多种阳离子的可溶性盐溶液中加入某种沉淀剂如OH-、CO3 2-等，能够促使溶液发生水解或者直接沉淀，形成溶解度较低的氢氧化物、氧化物或者无机盐等固体沉淀物，然后将沉淀物进行干燥或者煅烧，从而制备出相应的各种粉末，此种方法通常被称为沉淀法，该种方法也是目前合成高纯度纳米粉末材料广泛使用的方法之一。
如何在沉淀过程中对沉淀颗粒的粒径进行有效控制，防止颗粒间的絮凝团聚，是使用上述方法获得理想超细纳米粉末时所要解决的关键问题。目前常用方法是利用高聚物作为分散剂，将沉淀剂按一定的比例滴入盐溶液中，其具体分散机理为：在含有分散剂的体系中，形成沉淀的无机颗粒表面与聚合物之间的作用力，除静电作用、范德华力之外，还能形成氢键或者配位键。颗粒表面通过这些作用力吸附了一层高分子，即形成一层保护膜，减弱甚至屏蔽颗粒之间由于高表面活性引起的结合力，能够阻止颗粒间的彼此絮凝。由于聚合物的吸附还产生了一种新的斥力，使颗粒团聚变得十分困难。另外，聚合物大多具有很长的分子链，这些分子链会在刚生成的颗粒表面发生缠绕，这也进一步阻止了各个颗粒的进一步团聚和长大。利用聚合物的这些分散作用，不仅可以控制沉淀物颗粒的大小，而且还能改变颗粒的表面状态。但是，由于成沉淀过程中形成颗粒的尺寸随溶液的过饱和度减小呈现增大的趋势，因此采用将沉淀剂滴入盐溶液的方法所获得的粉末粒度都比较大，一般为微米级，难以获得粒度均匀的纳米粉末。
为了降低生成沉淀颗粒的粒径，虽然将盐溶液加入沉淀剂溶液能够使溶液中所有的离子满足沉淀条件，但即使应用强烈搅拌的方式也不能达到理想的控制沉淀粒度组成均匀且细小的目的。此外，采用的高聚物分散剂获得颗粒在烘干和煅烧过程中同样易于团聚，不利于高温烧结获得致密的烧结体。
因此，试图找到一种方法，该种方法同样是利用沉淀法制备纳米粉末，不同的是在不添加或者少量添加分散剂的条件下，也能够获得超细纳米粉体。
发明内容
本发明提供了一种在依据沉淀法制备粉末的过程中施加高频脉冲电流的方法，即，在可溶性盐溶液中施加高频脉冲电流，通过促进沉淀过程中的形核并改善形成颗粒的表面电位来达到抑制颗粒团聚的目的，具有成本低、操作简便等有益效果。
根据本发明的示例性实施例，提供了一种制备超细纳米粉末的方法，所述方法包括使用沉淀法制备粉末，其中，在制备粉末的包括沉淀前期混匀阶段和沉淀后期陈化阶段的整个沉淀过程中施加高频脉冲电流进行处理。此外，根据本发明的方法对脉冲电流的频率、电流密度和处理时间的技术参数进行了限定，其中，
A：脉冲电流频率可以为100Hz-108Hz；
B：脉冲波形可以包括正负脉冲，正负间隔脉冲，正负比例脉冲；
C：脉冲电流密度可以为10-4A·m-2-1010A·m-2；
D：处理时间可以包括整个沉淀过程，即，为了进一步提高效果可以在沉淀前期混匀阶段及沉淀后期陈化阶段也施加脉冲电流。
优选地，在整个沉淀过程中于盐溶液中可以施加正负脉冲电流，其中频率可以为103Hz-106Hz、电流密度可以为10-2A·m-2-104A·m-2，这样可以更能促进盐溶液中的阳离子与阴离子均匀形核生成沉淀，从而形成粒度超细的纳米粉末。
通过本发明的示例性实施例的制备超细纳米粉末的方法，可实现如下有益的技术效果：
(1)处理费用低：由于处理过程不需要或者仅需要少量价格高昂分散剂，仅需要在沉淀及陈化过程中施加脉冲电流，处理费用较低；
(2)操作简单方便：试样制备过程简单、方便，容易实现；
(3)制备纳米粉末的粒径小且粒度均匀：利用本方法可以大批量制备粒度小于20nm的粉末。
附图说明
图1是使用根据本发明的方法制备的纳米氧化钇粉末的透射照片。
具体实施方式
实施例
(1)将6水硝酸钇溶解于去离子水中，配置成钇离子浓度为0.01mol·L-1的盐溶液。
(2)利用搅拌器进行强力搅拌，搅拌速度为100r·min-1；
(3)施加频率为10kHz、电流密度为1kA·m-2的正负脉冲电流，按照10ml·min-1的速度利用蠕动泵滴加浓度为0.5mol·L-1的碳酸氢铵溶液，待pH值达7.85停止滴加，进行陈化处理；
(4)在此过程中继续施加相同频率和波形的脉冲电流，但电流密度调整为5A·m-2，然后利用无水乙醇进行洗涤，60℃-120℃烘干后于720℃煅烧。
按照上述操作，最终获得如图1所示平均粒度小于20纳米的氧化钇粉末。
Claims (1)
1.一种制备超细纳米粉末的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将6水硝酸钇溶解于去离子水中，配置成钇离子浓度为0.01mol·L-1的盐溶液；
(2)利用搅拌器进行强力搅拌，搅拌速度为100r·min-1；
(3)施加频率为10kHz、电流密度为1kA·m-2的正负脉冲电流，按照10ml·min-1的速度利用蠕动泵滴加浓度为0.5mol·L-1的碳酸氢铵溶液，待pH值达7.85停止滴加，进行陈化处理；
(4)在此过程中继续施加相同频率和波形的脉冲电流，但电流密度调整为5A·m-2，然后利用无水乙醇进行洗涤，60℃-120℃烘干后于720℃煅烧，从而获得平均粒度小于20纳米的氧化钇粉末。
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