具有受控性质的金属氧化物纳米颗粒的制造方法以及由此制备的纳米颗粒和制品技术

本发明专利技术提供了用于形成小尺寸金属氧化物颗粒的方法，该方法包括以下步骤：ａ）制备起始水溶液，该水溶液包含金属离子和其络合物中的至少一种，浓度为至少０．１％ｗ／ｗ的所述金属成分，ｂ）将所述溶液维持在低于５０℃的温度下持续一定停留时间，其间发生水解，所述水解的程度足以对溶液中存在的每ｍｍｏｌ金属产生０．１ｍｍｏｌ质子，其中所述时间不超过１４天，以便形成含保留溶液的体系；和ｃ）通过下列步骤中的至少一个调节所述体系中的条件：ｉ）加热所述保留溶液以便将其温度提高至少１℃；ｉｉ）将所述保留溶液的ｐＨ值改变至少０．１个单位；和ｉｉｉ）稀释所述保留溶液至少２０％。由此存在形成的颗粒，其中大部分所述形成的颗粒的尺寸介于约２ｎｍ至约５００ｎｍ之间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及制造金属氧化物纳米颗粒的方法，更具体地涉及以工 业上和经济上实用的方式制造具有所需颗粒尺寸、颗粒尺寸分布和习性(habit)的金属氧化物颗粒的方法。在本专利技术中，术语金属氧化物意 指并且包括化学式为Metal,Oy的金属氧化物(例如A 1203、 Zr02、 Zn0、 SnO、 Sn02、 MnO、 Mn02、 Cu20、 Cu0)，化学式为Metalp (OH) qOr的金属羟 基氧化物(例如Sn(0H)2、 Sn(OH)4、 A1(0H)3、 Si(OH)4、 Zn(OH)2、 CuOH、 Cu(0H)2、 Mn,2 Mn(OH)" Zr (OH) 4)，金属酸、其各种水合形式和其 中这些物质作为主要成分的组合物，其中x、 y、 p、 q、 r均为整数。
技术介绍
金属氧化物具有广泛的应用范围，例如用于研磨剂、催化剂、化 妆品、电子器件、磁性材料、颜料和涂料、以及结构陶瓷，等等。研磨剂——纳米颗粒当适当分散时在临界研磨和抛光应用中表现 出优异的效用。适当分散产品的超细颗粒尺寸和分布事实上是任何其 它市售研磨剂所不能相比的。结果是与常规的研磨材料相比，表面缺 陷的尺寸显著缩小。金属氧化物纳米颗粒主要用作一般研磨剂、刚性 存储盘抛光、半导体的化学机械平坦化(CMP)、硅晶片抛光、光学抛 光、光纤抛光、和珠宝抛光。主要使用的产品是氧化铝、氧化铁、氧 化锡和氧化铬。催化剂——金属氧化物纳米颗粒由于它们极高活性的高应力表面 原子而具有增强的催化能力。因此，它们主要被用作一般催化剂(例 如二氧化钛、氧化锌和钯)、氧化还原催化剂(例如氧化铁)、制氢 催化剂(例如氧化铁二氧化钛)、用于有价值金属的催化剂载体例如基材(例如氧化铝、和二氧化钛)、用于排放控制的催化剂、用于炼 油的催化剂和废物处理催化剂。化妆品——金属氧化物纳米颗粒有利于制造优异的化妆制品。它 们在不使用化学制品的情况下提供高的紫外线衰减，需要时提供可见 光透明性，并且可以均匀地分散到各种各样的化妆品媒介物中以便提 供不结块的化妆制品。金属氧化物纳米颗粒主要被用作遮光剂、具有SPF (阳光防护粉底)的保湿霜、具有SPF的有色粉底、具有SPF的口 红、具有SPF的唇骨、足部护理产品和软骨。用于化妆品应用的主要 产品是氧化锌粉末、Zn0分散体、FE45B(氧化铁棕)、1402分散体、 黑色金属氧化物颜料、红色金属氧化物颜料、黄色金属氧化物颜料和 蓝色金属氧化物颜料。电子器件——金属氧化物纳米颗粒可以提供新颖且独特的电气和 传导特性可供用于现有和未来技术中。金属氧化物纳米颗粒主要用作 压敏电阻(例如氧化锌)、透明导体(铟锡氧化物)、高介电陶瓷、 导电骨、电容器(二氧化钛)、CRT显示器用磷光体(例如氧化锌)、 电致发光平板显示器(例如氧化锌)、用于电子电路的陶瓷物质(例 如氧化铝)、汽车安全气囊推进剂(例如氧化铁)、荧光灯管内的磷 光体(例如氧化锌)和白炽灯用反射体(例如二氧化钛)。磁性材料——金属氧化物纳米颗粒可以提供新颖且独特的磁性可 供用于现有和未来技术中。金属氧化物纳米颗粒主要用作铁磁流体和 磁流变(MR)流体。颜料和涂层一一金属氧化物纳米颗粒有利于产生优异的颜料和涂 层。它们提供高的紫外线衰减，需要时提供可见光透明性，并且可以 均匀地分散到各种各样的材料中。纳米颗粒还可以提供将抵抗随时间 而劣化和褪色的更鲜艳的颜色。金属氧化物纳米颗粒主要用作一般的 颜料和涂层、微波吸收涂层、雷达吸收涂层、紫外线防护透明涂层、 涂料用杀真菌剂、粉末涂层和汽车颜料(在云母上除雾以便有金属外 观)。结构陶资一一金属氧化物纳米颗粒可用于生产陶瓷零件。颗粒的超细尺寸允许通过超塑性变形实现陶瓷零件的近净成形，这可以通过 降低对昂贵的成型后机加工的需要而降低生产成本。金属氧化物主要用作电弧管封壳用透明陶瓷、金属基体复合材料的加强装置、气体过 虑用多孔膜和网状耐磨零件。许多重要的纳米金属氧化物粉末还没有商品化。所介绍的用来获 得纳米金属氧化物的工艺非常昂责，收率低，最重要的是难以扩大生 产规模。下面是现有技术中描述的几种用于合成金属氧化物納米颗粒的方法。气相合成——存在多种用于在气相中合成纳米颗粒的方法。这些 方法包括气体冷凝处理、化学气相冷凝、微波等离子体处理和燃烧火 焰合成。在这些方法中，使用诸如焦耳加热耐火材料坩埚、电子束蒸 发装置、溅射源、热壁反应器等能量来源蒸发起始材料。然后通过均 质成核将源附近的蒸气凝结成纳米尺寸的团簇。随后用机械过滤器或 指形冷冻器收集这些团簇。这些方法生产少量的未团聚材料，几十克/ 小时即被认为是生产率的重要成就。机械磨制或球磨一一这种方法是能用来制造納米晶材料的方法， 该方法通过因严重的塑性变形而导致的较粗粒材料的结构分解。最终 产物的品质是研磨能量、时间和温度的函数。为了实现几纳米直径的 晶粒尺寸要求相对长的处理时间或者对小批量几小时。这种方法的另 一个主要缺点是研磨的材料易于被研磨介质严重污染。溶胶-凝胶沉淀基合成-通过水解-缩合反应形成颗粒或凝胶， 该水解-缩合反应包括前体的首先水解、随后是这些水解的前体聚合成 颗粒。通过控制水解-缩合反应，可以沉淀具有非常均勻的尺寸分布的 颗粒。溶胶-凝胶法的缺点是前体可能昂贵，需要小心控制水解-缩合 反应，而且反应可能緩慢。基于微乳液的方法——微乳液法通过将无机反应限制于油中存在 的纳米尺寸水相区域来制造纳米尺寸的颗粒。可以使用某些表面活性 剂/水/油的组合来产生这些被称为油包水或反相微乳液的区域。纳米尺寸颗粒可以通过如下方法制得制备混合在一起的两种不同反相微 乳液，使它们相互反应并从而形成颗粒。这种方法的缺点是反应量小、 从而导致低生产量、低收率和昂贵的工艺。表面活性剂/泡沫框架——在这种工艺中(如美国专利No. 5， 338， 834和美国专利No. 5， 093， 289中所介绍)，用表面活性剂分 子的规则排列来提供用于形成无机材料的"模板，，。该表面活性剂分 子形成框架并将无机材料沉积在表面活性剂结构上或其周围。随后(通 常通过烧除或溶解)除去该表面活性剂以便留下模仿最初表面活性剂 结构的多孔网络。由于表面活性剂胶束的直径可能非常小，因此使用 这种方法产生的空尺寸也非常小，这导致最终产物的极高表面积。沉淀——在一些特殊情形中，如果小心地控制反应条件和后处理 条件，可能通过沉淀或共沉淀制造纳米晶材料。沉淀反应属于用来以 工业规模生产无机材料的最普遍和有效的化学反应。在沉淀反应中， 通常将两种均质溶液混合并随后形成不溶物质(固体)。通常，将一 种溶液注入到调整溶液槽中以便引起沉淀。但是，这种方法的控制复 杂，并且因此难以获得诸如颗粒尺寸的均匀分布和纳米级的特定颗粒 尺寸的特性。
技术实现思路
本专利技术的主要目标是提供一种用于制造纳米级金属氧化物颗粒和 纳米颗粒的工业和经济的方法，所述纳米级金属氧化物颗粒具有所需 的性能例如颗粒尺寸的均匀分布可以按照客户要求改变的特定颗 粒尺寸，所述纳米颗粒具有所需的晶体习性和结构。本专利技术的另一个目标是使用沉淀来制造纳米级金属氧化物颗粒， 因为这种方法的特征在于，从工业观点看，作为一种简单且廉价的方 法的最期望的特性。但是，本专利技术的又一目标是对制造本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于形成小尺寸金属氧化物颗粒的方法，该方法包括以下步骤：　ａ）制备起始水溶液，该水溶液包含金属离子和其络合物中的至少一种，浓度为至少０．１％ｗ／ｗ的所述金属成分，　ｂ）将所述溶液维持在低于５０℃的温度下持续一定停留时间，其间发生水解，所述水解的程度足以对溶液中存在的每ｍｍｏｌ金属产生０．１ｍｍｏｌ质子，其中所述时间不超过１４天，以便形成含保留溶液的体系；和　ｃ）通过下列步骤中的至少一个调节所述体系中的条件：　ｉ）加热所述保留溶液以便将其温度提高至少１℃；　ｉｉ）将所述保留溶液的ｐＨ值改变至少０．１个单位；和　ｉｉｉ）稀释所述保留溶液至少２０％．　由此存在形成的颗粒，其中大部分所述形成的颗粒的尺寸介于约２ｎｍ至约５００ｎｍ之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：A维特纳，A埃亚尔，
申请(专利权)人：朱马国际公司，
类型：发明
国别省市：NO[挪威]