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CN105948117B - 一种以水热法制备HfO2纳米颗粒的方法 - Google Patents

一种以水热法制备HfO2纳米颗粒的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种以水热法制备HfO2纳米颗粒的方法，将四氯化铪溶解在水中，得到氧氯化铪溶液；将氢氧化钠溶液滴加到上述氧氯化铪溶液中，得到前驱体溶液；将十二胺溶于溶剂中，得到十二胺溶液，然后和上述前驱体溶液混合，常温磁力搅拌，得到混合溶液，然后进行水热反应，分离、洗涤、干燥，即得。本发明具有简单方便，重复性好，可大量生产、成本低的特点；制备出的HfO2纳米颗粒粒径分布均匀，具有良好的应用前景。

Description

一种以水热法制备HfO2纳米颗粒的方法
技术领域
本发明属于HfO2纳米材料的制备领域，特别涉及一种以水热法制备HfO2纳米颗粒的方法。
背景技术
HfO2具有高的介电常数(块体材料的介电常数为25，薄膜材料约为20.25)、大的禁带宽度(～5.79eV)、高的反射系数(～2.9)、高的折射率(1.82～1.93)和抗激光损伤阈值、优异的化学稳定性和生物相容性。基于以上优异的性质，HfO2在MOS栅极介电层、光学涂层、有机催化、固体电解质以及生物医学等领域具有广阔的应用前景。
Ananthakumar Ramadoss等人通过加热或超声辅助的溶胶-凝胶法制备了20nm左右的球形HfO2纳米粒子，但是得到的纳米粒子团聚严重。溶胶-凝胶法是上世纪60年代发展起来的一种粉体材料制备方法，该法的优点是反应温度低、易于控制、所得粉体纯度高。刘建强【刘建强等，国家自然科学基金资助项目，2004,6(35)：730-733】等人用高温固相法合成HfO2纳米粉体，高温固相合成法是传统的合成发光材料的方法，虽然有利于工业化生产，但这种方法成本高、对设备要求高，而且掺杂度不高，粒径较大，得不到性能较好的粉体。水热法是指在密闭体系如高压釜中，以水为溶剂，在一定的温度和水的自生压力下，原始混合物进行反应的一种合成方法。该方法的最大优点是，能够在较低的温度下，直接从溶液中获得晶粒发育完整的晶体，晶体的纯度高、化学成分均匀、粒径小、粒子尺寸分布好。由于其反应温度较低，制备的粉体较为细小、均匀，因此倍受国内、外关注。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种以水热法制备HfO2纳米颗粒的方法，本发明具有简单方便，重复性好，可大量生产、成本低的特点；制备出的HfO2纳米颗粒粒径分布均匀，具有良好的应用前景。
本发明的一种以水热法制备HfO2纳米颗粒的方法，包括：
(1)将四氯化铪溶解在水中，得到氧氯化铪溶液；
(2)将氢氧化钠溶液滴加到上述氧氯化铪溶液中，得到前驱体溶液；
(3)将十二胺溶于溶剂中，得到十二胺溶液，然后和上述前驱体溶液混合，常温磁力搅拌，得到混合溶液，然后进行水热反应，分离、洗涤、干燥，即得HfO2纳米颗粒。
所述步骤(1)中四氯化铪溶液的浓度为0.025M。
所述步骤(2)中氢氧化钠溶液的浓度为0.20M。
所述步骤(3)中溶剂为乙醇；十二胺溶液的浓度为0.10M。
四氯化铪溶液、氢氧化钠溶液、十二胺溶液的体积比为5-9:7-12:1-3。
所述步骤(3)中常温磁力搅拌时间为1-2h。
所述步骤(3)中水热反应为：在反应釜中，160℃下反应24h。
所述步骤(3)中分离、洗涤为：在10000rmp下离心分离10min，得到的沉淀依次用去离子水和无水乙醇交替洗涤，超声分散和离心。
所述步骤(3)中干燥温度为60℃，干燥时间为12h。
所述步骤(3)HfO2纳米颗粒的粒径大小为4nm。
有益效果
(1)本发明操作简单，重复性好，可大量生产；
(2)本发明得到的HfO2纳米颗粒粒径分布窄，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是水热法制备HfO2纳米颗粒的工艺流程图；
图2是水热法制备HfO2纳米颗粒的X射线衍射图；
图3是实施例1中水热法制备HfO2纳米颗粒的透射电镜图；
图4是实施例2中水热法制备HfO2纳米颗粒的透射电镜图；
图5是水热法制备HfO2纳米颗粒的紫外吸收图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
1、称取0.16g的四氯化铪溶解于8mL去离子水中，得到氧氯化铪溶液；
2、称取0.08g的氢氧化钠，在常温下溶解于10mL的去离子水中，用胶头滴管将氢氧化钠溶液加入到上述溶液中，得到前驱体溶液；
3、称取0.3707g十二胺，溶解于2mL的乙醇中，得到的溶液与上述前驱体溶液混合，在常温下磁力搅拌2h，得到混合均匀的溶液；
4、将混合液转入100ml聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压水热釜中，在160℃保温24h，待水热釜冷却至室温，将得到的混合液离心分离得到沉淀，去离子水和无水乙醇分别洗涤三次，于烘箱内60℃，干燥12h。
实施例2
1、称取0.16g的四氯化铪溶解于10mL去离子水中，得到氧氯化铪溶液；
2、称取0.08g的氢氧化钠，在常温下溶解于10mL的去离子水中，用胶头滴管将氢氧化钠溶液加入到上述溶液中，得到前驱体溶液；
3、将混合液转入100ml聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压水热釜中，在160℃保温24h，待水热釜冷却至室温，将得到的混合液离心分离得到沉淀，去离子水和无水乙醇分别洗涤三次，于烘箱内60℃，干燥12h。

Claims (8)

1.一种以水热法制备HfO2纳米颗粒的方法，包括：
(1)将四氯化铪溶解在水中，得到氧氯化铪溶液；
(2)将氢氧化钠溶液滴加到上述氧氯化铪溶液中，得到前驱体溶液；
(3)将十二胺溶于溶剂中，得到十二胺溶液，然后和上述前驱体溶液混合，常温磁力搅拌，得到混合溶液，然后进行水热反应，分离、洗涤、干燥，即得HfO2纳米颗粒；其中水热反应为：在反应釜中，160℃下反应24h；步骤(3)HfO2纳米颗粒的粒径大小为4nm。
2.根据权利要求1所述的一种以水热法制备HfO2纳米颗粒的方法，其特征在于：所述步骤(1)中氧氯化铪溶液的浓度为0.025M。
3.根据权利要求1所述的一种以水热法制备HfO2纳米颗粒的方法，其特征在于：所述步骤(2)中氢氧化钠溶液的浓度为0.20M。
4.根据权利要求1所述的一种以水热法制备HfO2纳米颗粒的方法，其特征在于：所述步骤(3)中溶剂为乙醇；十二胺溶液的浓度为0.10M。
5.根据权利要求1所述的一种以水热法制备HfO2纳米颗粒的方法，其特征在于：氧氯化铪溶液、氢氧化钠溶液、十二胺溶液的体积比为5-9:7-12:1-3。
6.根据权利要求1所述的一种以水热法制备HfO2纳米颗粒的方法，其特征在于：所述步骤(3)中常温磁力搅拌时间为1-2h。
7.根据权利要求1所述的一种以水热法制备HfO2纳米颗粒的方法，其特征在于：所述步骤(3)中分离、洗涤为：在10000rmp下离心分离10min，得到的沉淀依次用去离子水和无水乙醇交替洗涤，超声分散和离心。
8.根据权利要求1所述的一种以水热法制备HfO2纳米颗粒的方法，其特征在于：所述步骤(3)中干燥温度为60℃，干燥时间为12h。
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