專利名稱：稀土氧化物納米管狀結構的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種稀土氧化物納米管狀結構的制備方法，屬無機納米材料制備工藝
背景技術：
材料是人類賴以生存和發展的物質基礎。其中稀土元素因其獨特的電、光、磁、熱性能而被人們稱之為新材料的“寶庫”，是國內外料學家，尤其是不料專家最關注的一族元素。由于我國的稀土資源十分豐富，約占世界已探明儲量的80％以上，工業儲量為世界第一，為我國稀土工業發展提供了得天獨厚的條件。
自從碳納米管被發現以后，由于其獨特的管狀結構使其具有獨特的電和力學性質，成為科學家研究的熱點。物質的性能必然很大程度上取決于物質的結構，如果能得到如同碳納米管結構的稀土氧化物的管狀納米結構，其結構的變化可能會引起其性能有很大的改變，因此具有重要的研究意義。
目前，國內外對稀土氧化物納米管的制備方法，基本上采用水熱法；該方面的參考文獻有(1)M.Yada et al.Adv.Mater.2004，161448-1453；(2)An-Wu Xu et al.Chem.Eur.J 2003，95627-5635。這些記載的方法，其要求的條件比較苛刻，合成壓力高，反應時間長，重現性較差，產量較低，難以大量制備。
發明內容
本發明的目的是提供一種稀土氧化物納米管狀結構物及其制備方法。
本發明一種稀土氧化物納米管狀結構的制備方法，其特征在于，以碳納米管為模板，通過液相沉積，使稀土氧化物包覆在碳納米管的表面，然后除去模板得到相應的稀土氧化物的納米管；該方法具有以下工藝過程和步驟(a)碳納米管的純化處理將碳納米管放在硝酸溶液中于120℃溫度下回流24小時，冷卻后用去離子水稀釋，隨后抽濾，洗滌至中性，再在60℃下烘干，得到純化的碳納米管；(b)稀土氧化物包覆碳納米管復合材料的制備將上述純化的碳納米管加入到無水乙醇溶劑中，超聲分散60～120分鐘；然后在攪拌情況下加入0.03～0.3mol/L的稀土硝酸鹽，稀土硝酸鹽的加入量與碳納米管的重量比為0.4～1.2；攪拌20～40分鐘后，逐滴加入0.025～0.25mol/L的NaOH或氨水堿性溶液，調節溶液的pH值至8～12；然后將該溶液進行抽濾，用去離子水洗滌至中性，再經醇洗后于60℃下干燥，得到稀土氧化物包覆的碳納米管復合材料；其為固體粉末；(c)稀土氧化物納米管的形成將上述的復合材料即固體粉末在空氣氣氛下，通過程序控溫，以2～10K/min的升溫速率升溫至500～700℃，進行煅燒，并保持恒溫10～30分鐘，最后隨爐冷卻至室溫，得稀土氧化物納米管。
所述的稀土硝酸鹽為硝酸鈰、硝酸釔、硝酸鑭、硝酸釹、硝酸鐠中的任一種。上述的程序控溫，其段數為1～3段。
本發明方法使用的碳納米管是市售的。
本發明的特點是(1)本發明通過以碳納米管為模板，直接液相沉積得到稀土氧化物包覆的碳納米管復合材料，然后進行煅燒除去“模板”得到稀土氧化物納米管(2)本發明方法與其他方法如水熱法比較，具有工藝簡單、操作方便等特點。
(3)本發明方法開拓了一條新思路，除了可制備稀土氧化物納米管以外，也為其他無機納米管的制備提供了借鑒。
具體實施例方式
現將本發明的具體實施例敘述于后。
實施例1本實施例中的工藝步驟如下將1克碳納米管加入到150mL的30％的硝酸中，在120℃溫度下回流24小時，冷卻后棄去上層清液，用去離子水稀釋，隨后抽濾，洗滌至中性，再在60℃下烘干，得到純化的分散的碳納米管。取0.1克純化的碳納米管加入到40mL無水乙醇中溶劑中，超聲分散120分鐘，隨后在攪拌條件下加入0.15mol/L的硝酸鈰溶液3.7ml，攪拌20分鐘后，逐滴滴加0.125mol/L的NaOH溶液，調節溶液的pH值至10；隨后將溶液進行抽濾，用去離子水洗滌至中性，再經醇洗后于60℃下干燥，得到稀土氧化物包覆的碳納米管復合材料，其為固體粉末。取上述所得的0.02克復合材料即固體粉末，放入坩堝，在空氣氣氛下，通過程序控溫，以5K/min的升溫度率升溫至550℃，并保持恒溫30分鐘，復合材料由黑色變為白色，最后隨爐冷卻至室溫，制得稀土氧化鈰納米管。該過程中失重約47％，與復合材料中碳管的質量含量相符合。
權利要求
1.一種稀土氧化物納米管狀結構的制備方法，其特征在于具有以下的工藝過程和步驟(a)碳納米管的純化處理將碳納米管放在硝酸溶液中于120℃溫度下回流24小時，冷卻后用去離子水稀釋，隨后抽濾，洗滌至中性，再在60℃下烘干，得到純化的碳納米管；(b)稀土氧化物包覆碳納米管復合材料的制備將上述純化的碳納米管加入到無水乙醇溶劑中，超聲分散60～120分鐘；然后在攪拌情況下加入0.03～0.3mol/L的稀土硝酸鹽，稀土硝酸鹽的加入量與碳納米管的重量比為0.4～1.2；攪拌20～40分鐘后，逐滴加入0.025～0.25mol/L的NaOH或氨水堿性溶液，調節溶液的pH值至8～12；然后將該溶液進行抽濾，用去離子水洗滌至中性，再經醇洗后于60℃下干燥，得到稀土氧化物包覆的碳納米管復合材料；其為固體粉末；(c)稀土氧化物納米管的形成將上述的復合材料即固體粉末在空氣氣氛下，通過程序控溫，以2～10K/min的升溫速率升溫至500～700℃，進行煅燒，并保持恒溫10～30分鐘，最后隨爐冷卻至室溫，得稀土氧化物納米管。
2.如權利要求1所述的一種稀土氧化物納米管狀結構的制備方法，其特征在于所述的稀土硝酸鹽為硝酸鈰、硝酸釔、硝酸鑭、硝酸釹、硝酸鐠中的任一種。
3.如權利要求1所述的一種稀土氧化物納米管狀結構的制備方法，其特征在于所述的程序控溫，其段數為1～3段。
全文摘要
本發明涉及一種稀土氧化物納米管狀結構的制備方法，屬無機納米材料制備工藝技術領域。本發明利用碳納米管為模板，將稀土硝酸鹽水溶液均勻分散在含有碳納米管的無水乙醇溶劑中，通過滴加氫氧化鈉或氨水堿液，使稀土氧化物或氫氧化物沉積在碳納米管的表面，然后在500～700℃溫度下進行煅燒，并保溫10～30分鐘，以去除碳納米管模板，即得到均一穩定的稀土氧化物納米管。本發明工藝簡單，條件易控，同時為其他無機納米管材料的制備提供了共性技術，所得產物在光學、磁學、催化等領域具有潛在的應用前景。
文檔編號B28B3/00GK1927721SQ20061011636
公開日2007年3月14日 申請日期2006年9月21日 優先權日2006年9月21日
發明者施利毅, 張登松, 付紅霞, 潘成思 申請人:上海大學