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朱震海 彭子飞
摘要：运用尿素分解法及“交替淬冷—快热”技术，成功地制备了氧化钇的纳米级均分散胶体粒子，运用TEM 对产物分析后发现颗粒分散性好，分布窄，呈规则球形。最小粒径为65nm。并对产物进行纯度分析，确定了杂质元素及含量。详细讨论了“交替淬冷—快热”技术运用于本文的基本原理。用DTA/TG 的分析结果确定了产物的煅烧温度及热分解机理，并用X—Ray 衍射对各种温度煅烧的粉末样品进行了观测和分析。
关键词：Y2O3；尿素；纳米；均分散粉末；制备
纳米级均分散粉末是指粉体颗粒粒径在1nm～100nm，不但组成、形状相同，而且粒子尺寸分布狭窄，粒子之间没有团聚的胶体粒子。这种良好的特性使之在理论研究中具有极大的优越性。特别是球形粒子在实际工业应用中有着难以估量的前景，如防腐、催化剂、精密陶瓷、颜料、感光材料、磁性记录材料等。而纳米粒子又有着与传统大块材料不同的独特性能，因此制备纳米级均分散粉末，研究其各种物理性能是非常重要的热点领域。
氧化钇通常用作玻璃着色剂、磁合金材料和激光技术材料，到目前为止尚未见到有关制备其纳米级均分散粉末的报道。本文运用尿素分解法及“交替淬冷—快热”技术首次成功地制备了纳米级均匀分散氧化钇粉末，为进一步研究它的各种物理性能提供了可能。
实验部分
1. 仪器与试剂
TEM（JEM 2000CX）；XRD（Ph ilip s PW 21700）；DTA 和TG（PE2DSC21700）；超声清洗器（CQ 50 型）。Y2O3，分析纯（99. 9% ）；HNO3，分析纯；尿素，分析纯（99. 9% ）。
2. 实验方法
Y2O3用浓HNO3 将其转化为Y(NO3)3，并用去离子水稀释成50mmol/L 的储备液。取计算量的Y(NO3)3溶液加入尿素，配成100mL 含0. 2mmo l Y3+ 和一定量的尿素水溶液（pH = 4）置于250mL 锥形瓶中，盖紧塞子后放入90℃恒温水中陈化1. 5h，“交替淬冷—快热”45min （淬冷时使用冰水体系, 每次淬冷5min，快热时用90℃恒温水，每次快热5m in）。然后在高速离心机上离心15min，倒去上层清液，用超声波重新将沉淀物分散在水中洗涤，反复3 次后真空干燥，得钇的碳酸盐沉淀物，将沉淀物在马弗炉中（830℃）煅烧12h，即得到最终产物Y2O 3。取少量粉体样品进行XRD，TEM 及杂质含量分析。
结果与讨论
1. “交替淬冷—快热”技术的基本原理
就物相沉淀过程而言，形成纳米级均分散胶体粒子的关键是控制成核过程的均一性和尽量降低核生长速率。为此，本文提出运用“交替淬冷—快热”技术来达到这一目的。由于核生长速率更容易受到温度的影响，温度降低，核生长速率也大大降低。因此，首先要对己经成核的溶液淬冷，一般选择陈化45min 后进行第一次淬冷，这样能及时有效地阻止核生长。然而此时成核离子毕竟数量有限，在淬冷一段时间后再置入90℃水溶液中快热，可以继续使离子成核。由于复热时间不长（每次5m in），相对而言，其成核速率仍大于核生长速度。同时，随着CO32- 不断释放，使得体系的成核环境与淬冷前基本接近。如此反复多次，不断增加了几乎相同成核条件时的成核数目，即相当于“瞬析式”成核，同时又不断降冷，核生长速率始终很小, 这样就获得了纳米级均分散颗粒。
2. 尿素浓度对氧化钇粉末颗粒的影响
在[Y3+ ]= 2mmo l/L 不变的条件下，用不同尿素起始浓度按前述实验方法进行制备反应，可以比较不同浓度尿素溶液对所生成Y2O3 粒子的影响，获得的Y2O3 粉末颗粒的透射电镜分析表明均为分散性好的球形颗粒，平均粒径见表1。
从表1 中看出，尿素浓度低（1mo l/L和2mo l/L）时，制得的Y2O3 粒径较大，尿素有浓度增大后粒径随之减少；最高浓度的尿素溶液（5mo l/L）获得的粒子平均粒径最小为65nm，图1 为其透射电镜照片。
3. 煅烧温度的确定
煅烧前沉淀粒子Y(OH )CO3·H2O 从室温到830℃的DTA/T G 谱图如图2 所示。样品在150℃左右出现的吸收峰为吸附水的脱水峰，TG 谱上在这个范围内出现的失重也证实了这一点；625℃时出现尖的放热峰，同时伴随大量的失重，随着温度的进一步升高，标志着氧化物的完全形成。整个热分解过程可以用以下方程式表示。与碳酸稀土盐分步热分解类似。
4. XRD 物相分析与杂质含量分析
取沉淀物Y(OH)CO3·H2O 粉末，分成4 份，除1 份外其余3 份分别在不同温度下煅烧12h，然后进行XRD 物相分析，所得谱图如图3 所示。由图3 可以看出，室温下粒子呈弥散型衍射峰，证明是非晶粉体；450℃煅烧后粉末仍保持弥散型衍射峰；经650℃煅烧的粉末已有明显衍射峰，表明样品中有晶体，也说明已有分解反应发生，根据DTA/TG 谱，反应（1），（2），（3）均已发生，只是Y2O3 尚未晶化完全；经830℃煅烧的样品则显示完好的衍射峰，将实验结果与标准（PDF）卡对比，发现与体心立方Y2O3 图谱完全吻合，因此产物为体心立方Y2O 3。其杂质含量由光谱分析后得到结果如表2 所示。
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