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李艳，朱达川，涂铭旌

摘要：以草酸为配体，在机械力作用下，与硝酸钇进行室温固相化学反应，制得草酸钇前驱体，然后进行DTA—TG 分析，确定前驱体的热分解温度，在热分解温度下保温两小时后制得纳米氧化钇粉体，用XRD 物相分析、SEM、紫外光谱对粉体进行形貌观测和表征。结果表明获得的粉体粒度分布均匀，达到纳米尺寸，并对紫外光有较强的散射和反射作用，对紫外线屏蔽效率高。

关键词：室温固相反应；纳米氧化钇；球磨

    氧化钇是一种重要的稀土氧化物，有极广泛的用途。例如：氧化钇具有高温稳定性，是一种重要的陶瓷材料。氧化钇还可用作荧光基质材料，目前是制备红色荧光粉的不可替代的材料，用Eu³⁺  激活的Y₂O ₃∶Eu³⁺ 是唯一达到实用水平的红粉，氧化钇颗粒的超细化，能显著提高产品的性能，用超细氧化钇稳定的氧化锆粉末可烧结成高强度高韧性的陶瓷，纳米氧化钇能显著提高彩电的图像质量，提高荧光灯的发光效率，延长使用寿命。因此研究氧化钇的制备也就越来越重要。目前制备纳米氧化钇常用的方法是液相法，但是这种方法存在成本高，反应过程难控制，粉体易团聚等缺点。

    因此有人提出用固相法，然而传统的固相反应由于扩散的限制，只能在高温下进行。但研究表明，固体成分在低于熔点的温度下就有了一定的长距离迁移（即扩散）的能力。因而对于熔点不高的分子，固体之间的反应通常可以在较低的温度下进行。也就是说，固相反应可以在低温甚至室温条件下进行。本文就是在室温条件下采用球磨固相反应制备纳米Y₂O₃。

    室温条件下进行的固相反应，将机械合金化原理和固相化学反应理论相结合，利用机械力的强咬合研磨作用，改善固体粒子间的接触并提高反应效率，同时高度细化反应物，制备出前驱物，过滤分离后热分解获得产品粒径、形貌可控的纳米稀土氧化物，是近十年发展起来的一个新研究领域。这种反应不需要添加溶剂，从而使反应在一个全新的化学环境中进行，得到一些在溶液中不能得到的物质。

    室温固相反应首先开始于反应物分子的扩散接触，接着发生化学作用形成产物分子，随着产物分子的聚集，出现产物的晶核，当晶核长大到一定程度时形成独立的晶相。也就是经历了扩散、反应、形核、长大四个阶段。与液相法相比，室温固相法具有许多优点，诸如不需要溶剂，高产率，低能耗，反应过程简单。

1　实验方法

    把Y (NO ₃) ₃·6H₂O 与草酸按1∶2 （物质的量比）混合，在玛瑙研磨钵中研磨分散后放入玛瑙球磨罐中，用QM - ISP04 行星球磨机球磨3小时至反应完全，用SHZ- D (Ë ) 循环水式真空泵对固相反应产物进行抽滤，将抽滤后的粉体在H101- 1A型恒温干燥箱内50℃气氛中干燥，得到前驱体草酸钇粉末。然后对前驱体进行差热分析和热重分析以确定其分解温度，在KXX- 4- 10A 箱式电阻炉内进行热分解，得到纳米氧化钇粉体，再对所得到的氧化物粉末进行XRD、SEM 形貌观察及光谱分析。

2　结果与讨论

2.1　热分析

    用热重和差热分析确定了草酸钇的分解温度，如图1 所示，DTA - TG 曲线显示出在100℃附近出现一微小的吸热峰，这主要是因为水分蒸发所致，对应TG 曲线上一小段失重。随后前驱物经两步分解过程转化为产物，第一阶段发生在180.8℃～264.3℃之间，在223.6℃处有一吸热峰，对应前驱体脱除结晶水的过程；第二阶段为草酸盐的分解过程，表现在397.6℃～457.2℃之间有一420℃的吸热峰。这两个阶段TG 曲线都急剧下降。到500℃以后DTA 曲线没有出现明显的吸热和放热峰，而TG曲线仍处于失重状态，说明热分解反应还在进行，直到650℃TG 曲线才趋于稳定，表明草酸钇的分解已经基本完成。根据以上分析，初步确定草酸钇热分解温度为650℃。

2.2 氧化钇的XRD 分析

    将草酸钇在650℃分解2h 后得到氧化物粉末，用XRD 衍射分析反应物的物相， 如图2 所示，所测衍射峰位和强度与JDPDS 标准卡片完全一致，可以在01- 072- 0927 卡片中检索到，表明所烧结后的粉体为Y₂O₃。

2.3　扫描电镜形貌观察结果

    用JSM - 5900LV 扫描电镜对氧化钇进行形貌观察，如图3 所示，采用室温球磨固相反应法制得的氧化钇以球形为主，颗粒分布均匀，达到纳米尺度。

2.4　紫外光谱分析

    图4 为氧化钇的紫外光谱图，可以看出纳米氧化钇具有吸收和反射紫外光的双重功能，而且由于纳米粒子的小尺寸效应，纳米氧化钇对紫外光有较强的散射和反射作用，对紫外线屏蔽效率高，在抗紫外线老化方面有一定的应用。

2.5　室温固相反应分析

    在室温（25℃）条件下，将草酸和硝酸钇混合均匀后，进行球磨反应，刚开始体系逐渐变为润湿状，说明硝酸钇中所含的结晶水释放出来，随着结晶水的不断释放，反应体系变为黏稠固相，同时Y³⁺ 生成Y₂(C₂O ₄) ₃·10H₂O ，随着研磨时间的增加，Y₂(C₂O ₄) ₃·10H₂O 粒度逐渐减小，到3h，颗粒大小已经趋于稳定，继续延长研磨时间，对改善粒度已不明显。因此，球磨3h 是合适的。反应体系中发生的反应可能是：

    烧结时间和产物粒度有很大关系。烧结保温时间太短，产物分解不完全；保温时间过长，产物晶粒会长得比较粗大。本实验保温时间为2小时。

3　结论

1. 采用室温球磨固相化学反应法，以草酸为配体合成前驱物，经热分解获得分布均匀的纳米氧化钇粉体，经紫外检测表明，纳米氧化钇对紫外光有较强的散射和反射作用，紫外线屏蔽效率高。

2. 室温球磨固相化学反应法避免了使用溶剂，减少了操作程序，防止了副反应的发生，此法简单、方便、易操作。