柔性钇稳定氧化锆纳米纤维的制备
钇稳定氧化锆纳米粉体制备技术解析
第25卷第6期硅酸盐通报Vol . 25No . 62006年12月BULLETI N OF THE CH I N ESE CERAM I C S OC I ETY December, 2006钇稳定氧化锆纳米粉体制备技术研究进展王洪升, 王贵, 张景德, 徐廷鸿1211(1. 山东大学材料液态结构及其遗传性教育部重点实验室, 济南250061; 2. 济南大学泉城学院, 济南250061摘要:纳米YSZ 是一种新型的高科技材料, 有着广泛而重要的用途。
本文根据国内外最新研究现状及其发展趋势, 综述了纳米级YSZ 的制备技术, 特别就目前研究比较多的水热法和反胶团法给予了重点阐述, 并就目前制备过程中存在的问题, 解决方法及发展方向作了介绍。
关键词:YSZ; 纳米粉体; 团聚; 制备The Prepara ti on Progresses of Y SZ Nanom WAN G Hong 2sheng , WAN G Gui , J , XU 2. Quancheng College of J China 1211(Keb Lab . of L iquid Structure and Heredity of MaterialsM J inan 250061, China;Abstract:U ltrafine ne advanced material, which has wide and significant uses . methods of YSZ powder were revie wed in this paper on the basis of ne w op trends, es pecially the hydr other mal method and the reverse m icelles were described in The p r omble m s that need t o be s olvoed and the directi on in the future were given .Key words:YSZ; nanometer powder; aggregati on; p reparati onY 2O 3稳定的Zr O 2(YSZ 固体电解质, 具有较高的氧离子导电性, 良好的机械性能, 优秀的耐氧化和耐腐蚀性[1]以及不与电极材料反应[2]等优点而成为制作氧传感器、高温固体燃料电池、压电陶瓷、铁电陶瓷以及氧泵等的主要材料, 而氧化钇稳定氧化锆粉体超细的晶粒粒度、颗粒的均匀性和合理的成分配比是获得高离子电导性能和良好机械强度YSZ 固体电解质的关键。
纳米钇稳定氧化锆
纳米钇稳定氧化锆纳米钇稳定氧化锆是一种重要的材料，具有广泛的应用前景。
本文将从纳米钇稳定氧化锆的制备方法、结构特点、性能优势和应用领域等方面进行详细介绍。
一、纳米钇稳定氧化锆的制备方法纳米钇稳定氧化锆的制备方法多种多样，常见的有溶胶-凝胶法、水热法、沉淀法、气相沉积法等。
其中，溶胶-凝胶法是一种常用的制备方法，其基本步骤包括：溶解金属盐、加入稀释剂、加入络合剂、生成胶体、凝胶化、干燥和煅烧等。
纳米钇稳定氧化锆具有特殊的晶体结构和形貌特征。
其晶体结构为立方相，晶格常数较大，约为0.514 nm。
纳米钇稳定氧化锆的形貌特征主要表现为颗粒状、片状、纤维状等。
此外，纳米钇稳定氧化锆还具有较高的比表面积和孔隙结构，有利于提高其催化活性和吸附性能。
三、纳米钇稳定氧化锆的性能优势纳米钇稳定氧化锆具有许多优异的性能，主要包括高催化活性、优良的热稳定性和化学稳定性、良好的机械性能等。
首先，纳米钇稳定氧化锆具有较大的比表面积和丰富的活性位点，能够提供更多的反应活性中心，从而提高催化活性。
其次，纳米钇稳定氧化锆具有较高的热稳定性和化学稳定性，能够在高温和恶劣环境下保持其结构和性能的稳定性。
此外，纳米钇稳定氧化锆还具有优良的机械性能，能够承受较大的压力和应力。
四、纳米钇稳定氧化锆的应用领域纳米钇稳定氧化锆具有广泛的应用前景，在多个领域都有重要的应用价值。
首先，纳米钇稳定氧化锆在催化领域具有重要的应用，可以作为催化剂用于有机合成、汽车尾气净化、环境污染治理等方面。
其次，纳米钇稳定氧化锆在材料领域也有广泛的应用，可以用于制备高温陶瓷、传感器、电池等材料。
此外，纳米钇稳定氧化锆还可以用于生物医学领域，例如用于制备人工骨骼、生物陶瓷等。
纳米钇稳定氧化锆是一种重要的材料，具有制备方法多样、结构特点独特、性能优越和应用领域广泛等特点。
随着纳米技术的不断发展和应用的不断拓展，纳米钇稳定氧化锆在各个领域的应用前景将会更加广阔。
希望本文的介绍能够为读者对纳米钇稳定氧化锆有更深入的了解。
钇稳定氧化锆的生产工艺流程
钇稳定氧化锆的生产工艺流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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钇稳定纳米氧化锆的制备工艺研究
１ ３ ２ 结 构分 析 ．． ２ ２ 锆 离 子浓 度的 影 响 ．
连 形 成 氢 氧 化锆 胶 体 聚合 物 ， 其结 构 可 表 示 为
［ ｒ 一 ｎ ８ Ｏ ）（ ２ ） ］・ Ｈ Ｏ ，其 中， ｚ （ ｏ ）（ Ｈ ８ Ｈ Ｏ ８ ２
架 桥 羟基 中 的氧原 子 处 于 两个 锆 原 子 之 间 ， 非架 桥 羟 基 中 的氧只 与一 个 原 子 发 生联 系 ， 配 位水 完 全 而 由静 电引 力或 其他 短程 力与锆 原子 相连 。随着 锆离 子浓 度 的增大 ， 晶过程 的聚集速 度加 快 ， 体极 易 结 胶 形成 不透 明 的沉 淀 而 得 不 到溶 胶 。 因此 ， 了制得 为
分别以蒸馏水和无水 乙醇作为溶剂 ， 称取定量 氯氧化锆和硝酸钇 ， 其中， 硝酸钇按最终产物中氧化
钇的掺杂量（ ％， ３ 物质的量分数 ） 加入 ， 配制不同浓
度（ 分别为 ０５ ０７ 、． 、．５ｍ ｌＬ 的氯氧化锆 ． 、．５ １０ １２ ｏ ） ／ 复合溶液。保持温度 ７ ５℃左右均匀缓慢地 向复合 锆盐溶液中滴加氨水 （ 正加 ） 向氨水 中滴 加复合 或 锆盐 （ 加 ） 氨水 的量 按 照 ｎ Ｚ ）：ｎ Ｎ ・ 反 ， （ｒ （Ｈ ０ ＝ ：， ） １ ２ 氨水稍过量加入 。逐步形成 白色半透 明溶胶 ， 继续加热形成干凝胶 ， 用蒸馏水洗涤干凝胶
平均值。
由表 ２ 以看 出， 可 随着锆离子浓度的增大 ， 相应
纳米钇稳定氧化锆
纳米钇稳定氧化锆引言纳米材料作为一种新兴的材料，具有独特的物理、化学和生物学特性，因此在各个领域都有着广泛的应用。
纳米钇稳定氧化锆（nano YSZ）是一种具有优异性能的纳米材料，具有高热稳定性、低热导率、优良的机械性能和化学稳定性等特点，在能源、催化、传感等领域有着广泛的应用前景。
一、纳米钇稳定氧化锆的制备方法制备纳米钇稳定氧化锆的常用方法主要包括：溶胶-凝胶法、水热法、气相沉积法等。
其中，溶胶-凝胶法是最常用的方法之一。
该方法通过控制前驱体的浓度、PH值、温度等条件来合成纳米钇稳定氧化锆材料。
此外，还可以通过调节溶剂、添加表面活性剂、控制沉淀速率等方式来调控纳米钇稳定氧化锆的粒径和分散性。
二、纳米钇稳定氧化锆的特性1. 高热稳定性：纳米钇稳定氧化锆具有良好的热稳定性，能够在高温环境下保持其结构的稳定性和功能性。
2. 低热导率：纳米钇稳定氧化锆的热导率较低，这使其在热障涂层、热电材料等领域具有重要的应用价值。
3. 优良的机械性能：纳米钇稳定氧化锆具有优异的机械性能，具有高硬度、高强度和高韧性等特点。
4. 化学稳定性：纳米钇稳定氧化锆在高温、酸碱等恶劣环境下具有良好的化学稳定性，不易被腐蚀和氧化。
三、纳米钇稳定氧化锆的应用1. 能源领域：纳米钇稳定氧化锆在固体氧化物燃料电池（SOFC）中作为电解质材料具有良好的离子导电性能，能够提高燃料电池的效率和稳定性。
2. 催化领域：纳米钇稳定氧化锆作为催化剂载体具有较大的比表面积和丰富的表面活性位点，可用于催化剂的制备和催化反应的催化剂载体。
3. 传感领域：纳米钇稳定氧化锆具有高灵敏度和快速响应的特性，可用于气体传感器、生物传感器等领域，广泛应用于环境监测、生物医学和食品安全等领域。
四、纳米钇稳定氧化锆的未来发展趋势随着纳米科技的不断发展和应用的推广，纳米钇稳定氧化锆作为一种具有广泛应用前景的纳米材料，其在各个领域的研究和应用也越来越广泛。
未来，可以进一步研究纳米钇稳定氧化锆的制备方法、性能优化和应用拓展等方面，以提高其性能和应用效果，推动纳米钇稳定氧化锆的发展和应用。
氧化钇稳定氧化锆配方
氧化钇稳定氧化锆配方氧化钇稳定氧化锆是一种重要的材料，在许多领域都有广泛的应用。
它具有高温稳定性、良好的化学稳定性和优异的机械性能，因此被广泛应用于高温结构材料、电子器件、热障涂层等领域。
下面将介绍一种优化的氧化钇稳定氧化锆配方。
我们需要明确的是氧化钇稳定氧化锆的配方，它由氧化锆和氧化钇两种化合物组成。
氧化锆是一种常见的无机化合物，具有高熔点、高硬度和高热导率等特点。
而氧化钇则是一种稀土氧化物，具有优异的机械性能和热稳定性。
为了获得稳定的氧化钇稳定氧化锆配方，我们需要合理选择两种化合物的比例。
通常情况下，氧化钇的含量在8-12%之间。
这个范围是由于氧化钇的添加可以有效地稳定氧化锆的晶格结构，提高其热稳定性和抗热震性能。
同时，过高或过低的氧化钇含量都会对材料的性能产生不利影响。
除了氧化钇的含量，配方中还可以添加其他的助剂来改善材料的性能。
例如，可以添加少量的二氧化铝来提高材料的热稳定性和抗热震性能。
二氧化铝是一种常见的助剂，它具有高熔点、低热膨胀系数和良好的热导率，可以有效地提高氧化钇稳定氧化锆的性能。
还可以添加少量的其他稀土元素来改善材料的性能。
稀土元素具有很强的化学活性和晶格稳定性，可以提高材料的热稳定性和抗热震性能。
常用的稀土元素包括镧、铽、镝等。
这些稀土元素可以与氧化钇和氧化锆形成稳定的固溶体，从而提高材料的性能。
在制备氧化钇稳定氧化锆配方时，我们可以采用固相反应或溶胶-凝胶法等不同的制备方法。
固相反应是一种简单的方法，通过将氧化锆和氧化钇混合，然后在高温下进行烧结得到氧化钇稳定氧化锆。
溶胶-凝胶法则是一种复杂的方法，首先将氧化锆和氧化钇溶解在适当的溶剂中，形成溶胶，然后经过凝胶化和热处理得到氧化钇稳定氧化锆。
氧化钇稳定氧化锆是一种重要的材料，在许多高温应用领域具有广泛的应用前景。
通过优化配方和制备方法，可以得到具有优异性能的氧化钇稳定氧化锆材料。
这将为高温结构材料、电子器件、热障涂层等领域的发展提供重要支持。
一种钇稳定氧化锆晶体制备方法
一种钇稳定氧化锆晶体制备方法
制备钇稳定氧化锆晶体可以采用多种方法，其中一种常用的方法是溶胶-凝
胶法。
该方法的基本步骤如下：
1. 制备原料：需要锆酸盐、稳定剂（如氧化钇）和溶剂等原料。
2. 溶解原料：将锆酸盐和稳定剂溶解在溶剂中，形成均匀的溶液。
3. 胶凝化：在溶液中加入胶凝剂，使溶液发生胶凝化反应，形成凝胶。
4. 干燥和热处理：将凝胶干燥并置于高温下进行热处理，以得到氧化锆晶体。
制备过程中需要注意控制反应条件，如温度、溶液浓度、胶凝剂的种类和用量等，以获得高质量的氧化锆晶体。
同时，需要确保原料的纯度和质量，避免引入杂质和缺陷。
制备钇稳定氧化锆晶体的具体方法可能因不同的制备条件和要求而有所不同，以上仅为其中的一种制备方法。
在实际应用中，应根据具体情况选择合适的制备方法和工艺参数，以达到最佳的制备效果。
氧化钇稳定氧化锆的制备及电性能测试
１ 实 验 部 分
１ １ Ｙ ｏ。 定 的 Ｚ Ｏ ． 稳 ｒ 电解 质 片的 制作
实验用 纳米 ８ Ｙ钇 稳定 氧化 锆粉 料 ， 用宜 兴三 赛公 司 产 采 泛地 应用前景 。固体 电解质是 Ｓ Ｆ Ｏ Ｃ最核心的部件 ， 电解 质必须 平均粒度 ＜５ ｍ。取适量 ， ０ｎ 装入玛瑙 球磨罐 中（ 以无水 乙醇 具有 高的离子 电导 率 和可 以忽略 的 电子 电导率 ； 在氧 化和 还原 品 ， ， ４ｈ 烘 １０℃下 煅烧 ２ｈ后 加 气 氛中具有 良好 的稳定 性 ； 能够 形成 致密 的薄膜 以及 足够 的机 为介质 ） 在球磨 机上球磨 ２ ， 干。１０
Ｅ ｐ ｒｍｅ ｔ ｓ ｏ ｄ ｔａ ｈ ｐｉ ｌｓ ｔｒ ｇ ｔｍｐ ｒｔｒ ａ ０ ℃ ． Ｉ ｈｓｔｍｐ ｒｔｒ ．ｅｅ ｔ ｌｔ ａ ｅｓｃ ｎｅ ｔ ｘｅ ｉ ｎｓ ｈ ｗｅ ｈ ｔ ｅ ｏ ｔ ｔ ｍａ ｉ ｅ ｉ ｅ ｅａｕ ｅｗ ｓ１ ０ ｎ ｎ ３ ｎ ｔｉ ｅ ｅａｕ ｅ ｌｃｒ ｙｅｈ ｄ ｌｓ ｏ ｔｎ ｏ ｏ ｏｏｉ ，ｇａｎｓｚ ｉ ｒ ｕｉｎａ ｄ ｈｇ ｏ ｄ ｃｉｉ ｆｐ ｒ ｓ ｙ ｒｉ ｉｅｄ ｓ ｂ ｔ ｎ ｉｈｃ ｎ ｕ ｔ ｔ ｔ ｔ ｉ ｏ ｖ ｙ，ａ ｄ ａ ０ ℃ ， ｔ ｓｃ ｎ ｕ ｔ ｉ ａ ｅ ｃ ０ ・ｍ ～ ，ｗ ｉｈ ｎ ｔ ０ ８ ｉ’ ｏ ｄ ｃｉ ｔ ｃ ｎ ｒａ ｈ０． ８ Ｓ ｖｙ ｈｃ
（ 州大 学化 学工程 学 院 ，贵 州 贵 阳 ５ ００ ） 贵 ５０３
摘 要 ： 氧化钇稳定氧化锆（ｔ ａ ｓ ｂｉ ｄｚｃｎ ，Ｓ ） 目 ｙＴ —ｔ ｉｚ ｒ ｉ Ｙ Ｚ 是 前使用最多的电解质材料 ， ｔ ｉ ａ ｌｅ ｉｏ ａ 探索了以 Ｙ Ｚ纳米粉体为原料 ， Ｓ 采
钇稳定氧化锆的制备方法及技术进步
收稿日期:2020-04-21作者简介:孙琪(1991—),女,主要从事锆化学品研究及生产。
〔摘要〕钇稳定氧化锆常用的制备方法主要包括水热法、共沉淀法和溶胶凝胶法。
针对在共沉淀法生产钇稳定氧化锆的过程中,存在的诸多问题和弊端,进行了工艺革新和设备改造,在不增加生产成本的前提下,有效解决了NH 4Cl 烟气问题,实现了氨氮废水的资源化利用,还可以获得高比表、低氯根、颗粒粒度小且分散性好的高品质产品。
〔关键词〕钇稳定氧化锆;NH 4Cl ;氨氮废水中图分类号:TF841.4文献标志码:B文章编号:1004-4345(2020)03-0010-03Preparation and Technical Progress of Yttrium Stabilized ZirconiaSUN QI 1,2,ZHANG Mingdong 1,2,HUANG Guiwen 1,2,WU Jiang 1,2,YE Xiongwei 1,2(1.Jiangxi Kingan Hi-Tech Co.,Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330508,China;2.Jiangxi Engineering Technology Research Center for Comprehensive Utilization of Zirconium Resources,Nanchang,Jiangxi 330508,China)Abstract Yttrium stabilized zirconia has been made mainly through following methods,such as hydrothermal,co-precipitationand sol-gel.In view of the problems and disadvantages in the production of yttrium stabilized zirconia by coprecipitation,the process innovation and equipment transformation were carried out.Without increasing the production cost,the problem of NH 4Cl flue gas waseffectively solved,the utilization of ammonia nitrogen wastewater was realized,and high-quality products with high specific surface,low chloride,small particle size and good dispersion could be obtained.Keywords yttrium stabilized zirconia;NH 4Cl;ammonia nitrogen wastewater钇稳定氧化锆的制备方法及技术进步孙琪1,2,张明栋1,2,黄桂文1,2,吴江1,2,叶雄伟1,2(1.江西晶安高科技股份有限公司,江西南昌330508;2.江西省锆资源综合利用工程技术研究中心,江西南昌330508)第41卷第3期有色冶金设计与研究2020年6月0概述氧化锆(ZrO 2)是一种高熔点金属氧化物,化学性质非常稳定,具有耐磨、耐高温、耐腐蚀等特性。
氧化钇稳定氧化锆配方
氧化钇稳定氧化锆配方氧化钇稳定氧化锆配方是一种常用的材料配方，在材料科学和工程领域具有广泛的应用。
本文将介绍氧化钇稳定氧化锆配方的相关知识和应用，以及其在材料工程中的重要性和前景。
一、氧化钇稳定氧化锆配方的基本概念氧化钇稳定氧化锆是一种由氧化锆和氧化钇组成的复合材料。
氧化钇的添加可以显著提高氧化锆的稳定性和性能，使其在高温、高压和强酸碱环境中具有出色的耐磨、耐腐蚀和耐高温性能。
二、氧化钇稳定氧化锆配方的制备方法氧化钇稳定氧化锆配方的制备一般包括原料配比、混合、球磨、成型和烧结等工艺步骤。
首先需要根据所需的性能要求确定氧化锆和氧化钇的配比，然后将两种粉末混合均匀，并通过球磨等方法使其颗粒细化。
接下来，将混合粉末进行成型，常见的成型方法包括压制、注塑和挤出等。
最后，成型体经过烧结处理，形成致密的氧化钇稳定氧化锆材料。
三、氧化钇稳定氧化锆配方的应用领域氧化钇稳定氧化锆具有优异的性能，广泛应用于高温结构材料、陶瓷刀具、电子陶瓷、固体氧化物燃料电池等领域。
在高温结构材料方面，氧化钇稳定氧化锆可以用于制备耐火材料、热障涂层和热电材料等。
在陶瓷刀具方面，氧化钇稳定氧化锆的高硬度和耐磨性使其成为制备高性能刀具的理想材料。
在电子陶瓷方面，氧化钇稳定氧化锆可以用于制备高介电常数和低介质损耗的陶瓷电容器和压电陶瓷。
在固体氧化物燃料电池方面，氧化钇稳定氧化锆常用作电解质材料，具有良好的氧离子导电性能和化学稳定性。
四、氧化钇稳定氧化锆配方的研究进展和前景展望对氧化钇稳定氧化锆配方的研究主要集中在提高其性能、降低制备成本和开发新的应用领域等方面。
有学者通过改变配方、改进制备工艺和引入新的添加剂等方法，提高了氧化钇稳定氧化锆的力学性能、热性能和电学性能。
此外，还有研究表明，通过改变氧化锆和氧化钇的配比、调控晶体结构和界面性能等，可以进一步优化氧化钇稳定氧化锆的性能。
未来，随着科学技术的不断进步和需求的不断增加，氧化钇稳定氧化锆配方有望在更多领域得到应用，为材料工程的发展做出更大的贡献。
探究燃烧法制备钇稳定的氧化锆纳米晶研究
探究燃烧法制备钇稳定的氧化锆纳米晶研究氧化锆纳米粉体具有高的导电率，应用于低温、节能、高效化的固体氧化物燃料电池电解质材料，已成为近年来研究的热点。
然而纯的氧化锆粉体在固体氧化物燃料电池( SOFC) 的工作温度下稳定性较差，其应用受到一定局限。
如在制备二氧化锆时掺杂适量的氧化钇共同煅烧，制备钇稳定的氧化锆纳米晶( YSZ) ，可使氧化锆粉体同时具备特别优异的化学及热稳定性、力学性能并在很宽的氧分压范围内( l.0 ～1. 0 times; 10 - 20Pa) 呈纯的氧离子导电特性等优点，因此YSZ 在SOFC 电解质材料的应用方面具有较高实用价值。
改造YSZ，使之成为适于在中温条件下工作的SOFC 电解质膜材料是当前降低成本，推动SOFC 实用化的最有前途的重要技术方案之一。
纳米粉体目前制备技术主要有气相法、固相法、液相法、甘氨酸- 硝酸盐燃烧法等。
其中甘氨酸- 硝酸盐燃烧法是将含有所需要金属离子的硝酸盐溶液与甘氨酸溶液混合，将混合液加热使其自燃，得到需要的粉末。
该法是自支持燃烧技术，以硝酸盐作氧化物，甘氨酸作燃料。
所制备的粉末分散性好、结晶性好，粒径分布较窄，产物纯度高; 以甘氨酸为前驱体和络合剂，成本低，易操作; 实验周期短，而且反应物在合成过程中处在高度均匀分散态，反应时原子只需经过短程扩散或重排即可进入晶格位点，加之反应速度快，化合物形成温度低，使产物粒径小，分布均匀。
由该法制备纳米粉体成膜性能好，可改善元件性能，故本研究使用燃烧法制备钇稳定的氧化锆纳米晶粉体。
1 材料与方法1. 1 实验药品及仪器实验药品: 八水合氧氯化锆、氧化钇、甘氨酸，均为分析纯，产自成都艾科达化学试剂有限公司; 硝酸，质量分数65% ～68%，白银西区银环化学制剂厂。
实验仪器: 赛多利斯BS - 224S 型电子天平，铂金埃尔默SPECTRUM BXII 型傅立叶变换红外光谱仪，铂金埃尔默pris1 型热重分析仪，荷兰帕纳科Xrsquo;Pert Pro 型全自动X - 射线衍射仪，日本电子JSM -5610LV 型低真空扫描电子显微镜，天津市中环实验电炉SX - GO7123 型1 200 ℃箱式节能电炉，德国徕卡LEICA DM500 型光学显微镜。
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第46卷第10期2018年5月广 州 化 工Guangzhou Chemical IndustryVol.46No.10May.2018柔性钇稳定氧化锆纳米纤维的制备*李 微1,刘凤华2,吴大旺(1黔南民族师范学院化学化工学院,贵州 都匀 558000;2黔南民族师范学院物理与电子科学学院,贵州 都匀 558000)摘 要:通过溶胶凝胶方法结合静电纺丝技术制备了柔性的钇稳定的氧化锆纳米结构纤维㊂硝酸铁的加入对钇稳定氧化锆纤维的组成颗粒尺寸和纤维致密化程度有明显的影响㊂可明显提高无机纳米纤维的机械强度,得到的氧化锆陶瓷纤维具有良好的柔韧性㊂纤维的真密度从3.58g /m 3提高到5.57g /m 3㊂而相应纤维膜的拉伸强度从0.75MPa 提高到3.03MPa㊂这种真密度的提高与纳米纤维膜的拉伸强度的增强呈正相关㊂关键词:纳米纤维;钇稳定氧化锆;拉伸强度 中图分类号:TQ343+.5 文献标志码:A文章编号:1001-9677(2018)10-0045-05*基金项目:贵州省普通高等学校工程研究中心(黔教合KY 字[2015]342);黔南民族师范学院高层次人才研究专项(qnsyrc201701)㊂第一作者:李微(1985-),男,副教授,主要从事纳米纤维材料的开发和应用㊂Preparation of Flexible Yttria-stabilized Zirconia Nanofibers *LI Wei 1,LIU Feng -hua 2,WU Da -wang 1(1School of Chemistry and Chemical Engineering,Qiannan Normal University for Nationalities,Guizhou Duyun 558000;2School of Physics and Electronics,Qiannan Normal University for Nationalities,Guizhou Duyun 558000,China)Abstract :The flexible yttrium-stabilized zirconia nanostructured fibers were prepared via electrospinning combined sol-gel process.Iron nitrate was introduced,it played an important role in the control of particle growth and densification of fiber.The mechanical strength of inorganic nanofibers was obviously improved,and the obtained yttrium -stabilized zirconia ceramic fibers had good flexibility.The true density of the fibers was increased from 3.58g /m 3to 5.57g /m 3after the iron nitrate was doped.Similarly,the corresponding tensile strength of the fibrous membrane increased from 0.75MPa to 3.03MPa.The increased density was positively correlated with the tensile strength of the nanofibrous membrane.Key words :nanofiber;yttria-stabilized zirconia;tensile strength氧化锆纤维由于在碱性电池隔膜材料[1]㊁催化剂载体[2]等广泛应用,受到越来越多的关注㊂目前氧化锆陶瓷纤维的主要制备方法有溶胶-凝胶法㊁浸渍法㊁静电纺丝法等[3]㊂静电纺丝技术很容易将纤维直径降低至十几纳米至亚微米,且所需设备简单,操作容易,是构建聚合物㊁无机陶瓷等超细纤维的非常简单和高效的方法和手段,引起了研究学者越来越多的兴趣,目前多种高分子纤维和无机纤维也已制备出[4]㊂在制备纳米氧化锆纤维方面,Shao 等首次利用静电纺丝技术制备了前驱体纤维,经800℃煅烧后得到了表面光滑㊁直径50~200nm 四方相氧化锆纤维;而以其他前驱体作为原料,可以得到形貌各异的氧化锆或者钇稳定氧化纳米纤维[5-6]㊂上述方法制备的氧化锆纤维普遍存在柔性差㊁易断裂等问题,最近,虽然Ding 等[7]报道了采用静电纺丝法制备氧化钇稳定的氧化锆陶瓷纤维的方法,但是采用了较为难烧结的ZrOCl 2作为前驱体,更多的研究停留在氧化锆的晶相对氧化锆纤维的影响,但是关于纤维的柔韧性以及相应的柔韧性机理没有深入讨论㊂迄今为止,还未见可用于规模化制备柔性氧化钇稳定氧化锆陶瓷纤维的方法报道㊂目前,对于柔韧性无机陶瓷纤维的制备仍然处于一种探索阶段㊂陶瓷材料的强度随气孔率的增加而呈指数下降㊂因此,制备高强度的陶瓷材料需要在陶瓷工艺过程中严格控制气孔率的数量㊂钇稳定的氧化锆陶瓷的弯曲强度随着陶瓷中气孔率的增加,迅速降低㊂将无机氧化物纤维细化,降低气孔率,添加合适的添加剂,烧结得到致密化的陶瓷纤维,将使无机氧化物纤维的机械强度得到提高,从而扩大无机纤维的应用范围㊂而过渡金属氧化物对于ZrO 2的致密化烧结起着重要作用[8]㊂在低温条件下可以获得致密化良好的氧化锆㊂这一良好的特性为制备柔性氧化锆纤维提供了一条思路㊂1 实 验1.1 仪器与试剂STA449F3型热重分析仪,NETZSCH 公司;5DX-FTIR 型红外光谱仪,Nicolet 公司;Rigaku D /MAX 2200PC 型X-ray 粉末衍射仪,日本理学公司;JEOL-2010透射电镜(工作电压200kV),46 广 州 化 工2018年5月日本电子;Hachi -6700F 扫描电镜,日立公司;LabRAM HR 800拉曼光谱仪,HORIBA Jobin Yvon 公司;XG-1A 张力测试仪,中国上海新纤维仪器有限公司㊂醋酸锆,Y(NO 3)3㊃6H 2O,聚乙烯吡咯烷酮(PVP,Mw =130000),Fe(NO 3)3㊃9H 2O,乙醇,所有试剂都为分析纯,使用前未做进一步处理㊂1.2 实验方法将0.424g Y(NO 3)3㊃6H 2O 溶于10g 醋酸锆溶液中,然后加入不同量的Fe(NO 3)3㊃9H 2O,搅拌使其完全溶解,将0.3g PVP 充分溶解于5.0mL 乙醇中,然后将其加入到醋酸锆溶胶中,搅拌6~10h,形成透明澄清的可纺性溶胶㊂将可纺性溶胶注入到10.0mL 塑料注射器中,采用不锈钢内径为0.9mm 的喷丝头进行静电纺丝,外加电场20kV,喷丝头与接收板的距离为20cm,进样量为0.5mL /h,将得到的凝胶纤维以1℃/min 的速率升温至400℃,并保温2h,再以2℃/min 的速率升温至800℃,保温2h,即得到钇稳定的氧化锆(YSZ)纤维㊂作为对比实验,按照上面实验方法制备不添加Fe(NO 3)3㊃9H 2O 钇稳定的氧化锆纤维(标记为0YSZ)以及Fe 2O 3含量为1mol%㊁2mol%㊁3mol%的YSZ 纤维(标记为1YSZ,2YSZ,3YSZ)㊂2 结果与讨论2.1 氧化锆纳米纤维的形貌与结构本实验采用醋酸锆为锆源,硝酸钇为相稳定剂,硝酸铁为添加剂,乙醇为溶剂,PVP 为纺丝助剂,制备了具有可纺性的前驱体溶胶㊂在高压静电场下,随着溶剂的挥发,溶胶形成干凝胶纤维㊂纤维膜的厚度可随着纺丝时间的不同而进行调节,纤维膜具有良好的机械强度,多次弯折扔能保持良好的柔韧性㊂如图1所示,2YSZ 凝胶纤维具有良好的长径比,直径约1μm,将凝胶纤维放大后,发现表面基本保持光滑㊂图1 2YSZ 干凝胶纤维的SEM 照片(a)和相应的放大图(b)Fig.1 SEM image (a)of 2YSZ xerogel fibers andcorresponding magnified image (b)2YSZ 纳米纤维膜经过800℃煅烧之后,干凝胶纤维的体积收缩约50%,所得纤维膜的光学照片如图2所示,纤维膜在多次弯折后仍然持了完整性,没有观察到明显的裂纹,在一定的条件下,2YSZ 纤维甚至可弯曲打结,这些测试结果表明所得的纤维具有良好的柔韧性㊂纤维的SEM 照片如图2b 所示,其表面较光滑,相比凝胶纤维,其直径收缩了近50%,约500nm,纤维依然保持了良好的长径比㊂图2 2YSZ 的光学照片(a)及SEM 照片(b)Fig.2 Photographs (a)of 2YSZ and SEM image (b)凝胶纤维的热重曲线如图3a 所示㊂TG 曲线表明凝胶纤维的固含量约为50%,高的固含量是高温煅烧后纤维较为致密的原因之一㊂450~600℃对应的增重可能是由氧化锆中的氧空位湮灭所引起的[9];600~650℃的失重属于PVP 和CH 3COO -分解释放的碳化合物的氧化㊂根据热重曲线,选择1℃/min 升温速度从室温升至400℃,尽量减少有机物脱除过程中在纤维中形成的微裂纹,然后按照2℃/min 升温速度升至所需温度㊂煅烧后纳米纤维膜的XRD 谱图(图3b)的衍射峰表明,产物是四方相氧化锆(JCPDS No:48-0224)㊂产物的拉曼光谱(图3c)中位于260㊁316㊁460㊁638cm -1处的峰可归属为四方相的二氧化锆的特征峰,谱图中未示出单斜相和立方相二氧化锆的拉曼吸收峰[10]㊂根据XRD 衍射谱和拉曼光谱分析,可以确定所合成的氧化钇稳定的二氧化锆纤维的物相为四方相㊂第46卷第10期李微,等:柔性钇稳定氧化锆纳米纤维的制备47图3 凝胶纤维的TG曲线(a)及煅烧后的XRD谱(b)和Raman谱(c)Fig.3 TG curve(a)of xerogel fibers and XRD pattern(b)andRaman spectrum(c)of the calcined sample凝胶纤维及其经不同温度煅烧后产物的红外光谱如图4a所示,干凝胶纤维在3400cm-1附近有一个强的吸收峰,对应于乙醇㊁水以及水合醋酸锆中的O-H伸缩振动,1700~1350cm-1的吸收峰对应于醋酸盐中的羧酸根的对称和反对称振动;经400℃煅烧后,3400cm-1处的吸收峰基本消失,说明乙醇㊁醋酸根等有机物已部分分解,这与热重曲线相吻合;1549cm-1和1392cm-1可归于COO-的伸缩振动,说明醋酸锆没有完全分解; 570cm-1处的Zr-O的吸收峰开始形成㊂800℃煅烧,1425cm-1的吸收可归于碳酸根的伸缩振动,可能是由于醋酸盐分解部分转化为碳酸盐;505cm-1的吸收峰对应于ZrO6的振动模型[5-6],表明已形成结晶态的氧化锆,这与XRD衍射谱相吻合㊂经不同温度煅烧后的凝胶纤维的XRD谱图表明,凝胶纤维在600℃开始结晶,800℃完全晶化,生成四方相氧化锆(JCPDS No.48-0224),随煅烧温度的升高,产物的XRD衍射峰逐渐尖锐,半峰宽逐渐减少,表明四方相氧化锆晶粒逐渐长大㊂图4 不同温度煅烧后的凝胶纤维的IR谱(a)和XRD谱(b)Fig.4 IR spectra(a)and XRD patterns(b)of the calcined gel fibersat different temperatures对2YSZ纤维进行TEM和HRTEM分析,如图5a所示,煅烧后的纤维非常致密,基本看不到明显的缺陷㊂将图5b中箭头所示的位置进行HRTEM分析,能明显观察到晶格条纹,晶面间距约0.291nm,这与四方相氧化锆(JCPDS No.48-0224)的(101)晶面相对应㊂图5 2YSZ的TEM照片(a)和HR-TEM照片(b)和(c)Fig.5 TEM image(a)and HR-TEM images(b,c)of2YSZ 2.2 掺铁对钇稳定氧化锆纳米纤维的影响图6为不同铁含量的凝胶纤维经800℃煅烧后所得陶瓷纤维的SEM照片,显示所得纤维致密性较好,纤维表面没有明显的空洞和裂缝,同时显示随着Fe2O3含量的增加,所得纤维连续性增强,不同添加量的Fe2O3对于YSZ陶瓷纤维的微观结构有着明显的影响,高温煅烧后随着Fe2O3含量的提高,纤维的颗粒明显长大,使得部分颗粒由20~30nm(图6b)增至30~ 40nm(图6h),整体而言,颗粒呈增大趋势,使得组成纤维的颗粒间的缝隙尽可能降低㊂如图7a所示,随着Fe2O3的掺杂, XRD谱在2θ=30.2°处对应的衍射峰强度变强,根据XRD谱图中(101)衍射峰的半峰宽,我们通过Scherrer公式计算得出产物的颗粒粒径从15nm变化到28nm,这与SEM照片观察到的结果保持一致㊂Fe2O3的引入还可对氧化锆的晶相起到一定的稳定作用㊂48 广 州 化 工2018年5月图6 不同掺铁量的0YSZ(a㊁b)㊁1YSZ(c,d)㊁2YSZ(e,f)㊁3YSZ(g,h)纤维的SEM 照片(a㊁c㊁e㊁g)及其放大的SEM 照片(b㊁d㊁f㊁h)Fig.6 SEM images (a,c ,e,g)and magnified images (b,d,f,h)of 0YSZ(a,b),1YSZ (c,d),2YSZ (e,f)and 3YSZ (g,h)fibers with different iron contents如图7b 所示,在不添加Fe 2O 3的情况下,其Raman 光谱在557cm -1可观察到很小的峰,这可归为单斜相的吸收峰,随着Fe 2O 3的加入,这个峰基本消失,Raman 光谱显示其为四方相㊂图7 800℃煅烧后不同铁含量的陶瓷纤维的XRD 谱(a)和Raman 谱(b)Fig.7 XRD patterns (a)and Raman spectra (b)of the calcinedfibers with different iron contents图8a 是不同掺铁量的氧化锆陶瓷纤维的拉伸强度与应变曲线,2mol%掺铁量的氧化锆纤维显示了最好的抗拉伸强度,可达3.03MPa㊂Ding 等[18]在相同煅烧温度条件下得到的氧化锆纤维膜的拉伸强度达到了1.68MPa,与之相比,制得的陶瓷纤维膜的抗拉伸强度提高了近80%,相比而言,不掺杂Fe 2O 3的0YSZ 陶瓷纤维膜的抗拉伸强度只有0.75MPa;同样条件下,掺入铁后的陶瓷纤维膜的抗拉伸强度是不掺杂铁的4倍,抗拉伸强度的提高随着铁含量的增高而有所降低,对于掺入3mol%铁的氧化锆纤维来说,组成陶瓷纤维的颗粒有明显长大,使得陶瓷纤维的抗拉伸强度明显降低㊂氧化铁的加入可明显提高氧化锆陶瓷的致密化程度,据此将所得陶瓷纤维进行真密度测试㊂如图8b 所示,氧化钇稳定氧化锆陶瓷纤维的真密度随着氧化铁含量的变化而明显提高,氧化钇稳定氧化锆的理论密度为6.1g /cm 3,Fe 2O 3的加入使得陶瓷纤维自身的孔隙率从41%降至12%,这种致密性的提高,降低了纤维中的微裂纹含量,与陶瓷纤维膜力学性能的提高呈正相关,但是随着Fe 2O 3含量的提高,ZrO 2陶瓷纤维的晶粒尺寸明显长大㊂据报道,Fe 2O 3与ZrO 2可以固熔体的形式存在,但是过量的Fe 2O 3在ZrO 2煅烧过程中能明显促使ZrO 2颗粒长大[11]㊂据此认为,过量Fe 2O 3的加入,在促进氧化锆陶瓷纤维低温致密化的过程中,其导致的晶粒尺寸长大也同样影响到了纤维的力学性质㊂合理的掺杂量应该在提高氧化锆陶瓷纤维致密化的同时而不导致组成纤维的纳米颗粒过大,因此添加2mol%的铁被认为是合适的㊂图8 不同含铁量纤维的拉伸强度-应变曲线(a)和真密度图(b)Fig.8 Tensile strength strain curves (a)and true densitydiagram (b)of fibers with different iron contents3 结 论过溶胶凝胶方法结合静电纺丝技术制备了柔性的钇稳定的氧化锆纳米结构纤维,氧化铁的加入对氧化锆纤维的组成颗粒尺寸和纤维致密化有明显的影响,这种添加剂可明显提高氧化锆陶瓷纤维膜的力学性质,通过调控无机纳米纤维的致密化和(下转第51页)第46卷第10期祝林芳,等:超声辅助合成的铜催化剂催化性能51 多㊂可以看出,相同染料浓度下,催化剂质量的增加对催化效率的提升幅度较小,而相同质量催化剂条件下,催化剂对不同浓度染料的催化效率变化较明显,随染料浓度增大,铜催化效率变化幅度增大㊂表1 铜对不同浓度次甲基蓝的催化效率Table1 The catalytic efficiency of copper to MB withdifferent concentrationdyes concentration(mg/L) catalytic efficiency/% copper quality/mg 6810398.198.999.2694.395.198.1984.685.390.5 3 结 论超声辅助化学沉淀法制备的铜催化剂为棒状和不规则颗粒,结构属于面心立方铜,H2O2作用下,铜催化剂对染料次甲基蓝㊁罗丹明B㊁结晶紫以及茜素红均具有良好的催化氧化效果,其中,反应300min,10mg铜对3mg/L次甲基蓝的催化效率达到了99.2%㊂参考文献[1] 王泽岩,黄柏标,戴瑛.高效光催化材料的设计与制备[J].中国材料进展,2017,36(1):7-16.[2] 董春法.化学还原法制备单分散纳米银与纳米铜的研究[D].华中科技大学,2014.[3] 谭宁,温晓云,郭忠诚,等.液相还原法制备超细铜粉的研究进展[J].电镀与精饰,2009,38(2):71-74.[4] 刘清明,Takehiro YASUNAMI,Kensuke KURUDA,等.通过水溶液还原法用抗坏血酸制备纳米铜颗粒[J].中国有色金属学报(英文版),2012,22(9):2198-2203.[5] 刘花蓉.单质铜颗粒的制备及其光催化性能研究[J].广州化工,2016,44(15):107-109.[6] 冀雅婉,邱珊,李光明,等.超声-泡沫铜耦合降解罗丹明B[J].水处理技术,2016(5):51-55.[7] 冀雅婉.超声辅助泡沫铜/H2O2体系处理印染废水效能研究[D].哈尔滨工业大学,2016.[8] 于梦娇,王玉棉,侯新刚.超声条件下水合肼还原制备纳米铜粉[J].粉末冶金工业,2007,17(6):22-26.[9] 高丽,罗娟,赵安婷,等.花团状纳米铜的制备和催化性能的研究[J].化学研究,2015,26(3):287-290.(上接第48页)组成纤维的颗粒尺寸可提高无机纳米纤维的机械强度,得到的氧化锆陶瓷纤维具有良好的柔韧性㊂参考文献[1] Lue F,Li H,Jiang L,et al.Fabrication of zirconia separator for nickel-hydrogen battery[J].T.Nonferr.Metal.Soc.,2007,17(A02):993-997.[2] Chou C,Huang C,Yeh T.Characterization and catalytic activity ofLa0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ-yttria stabilized zirconia electrospun nano-fiber as a cathode catalyst[J].Ceram.Int.,2013,39:S549-S553.[3] Xu X,Guo G,Fan Y.Fabrication and characterization of densezirconia and zirconia-silica ceramic nanofibers[J].J.Nanosci.Nanotechnol.,2010,10(9):5672-5679.[4] Li D,McCann J T,Xia Y N.Electrospinning:A simple and versatiletechnique for producing ceramic nanofibers and nanotubes[J].J.Am.Ceram.Soc.,2006,89(6):1861-1869.[5] Shao C L,Guan H Y,Liu Y C,et al.A novel method for making ZrO2nanofibres via an electrospinning technique[J].J.Cryst.Growth, 2004,267(1-2):380-384.[6] Azad A M.Fabrication of yttria-stabilized zirconia nanofibers byelectrospinning[J].Mater.Lett.,2006,60(1):67-72. 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