细粒度颗粒的生产方法技术

一种生产具有纳米尺寸晶粒的复合金属氧化物方法，所述方法包括形成包含至少一种溶解在溶液中的金属阳离子和颗粒物质的混合物和处理该混合物以形成具有纳米尺寸晶粒的复合金属氧化物，其中所述颗粒物质含有至少一种以金属或者金属化合物形式的另外的金属。来自所述颗粒物质中的至少一种另外的金属被结合到复合金属氧化物中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及极细粒度的颗粒物质和生产这些极细粒度的颗粒物质的方法。在优选方面，本专利技术涉及氧化物材料的极细粒度的颗粒物质和生产这种物质的方法。最合适地，颗粒物质粒度是纳米尺度。
技术介绍
金属氧化物应用广泛。例如，金属氧化物可以用于：固体氧化物燃料电池(在阴极、阳极、电解质和互连中)；催化材料(汽车排气、发射控制、化学合成、油精炼、废物处理)；磁性材料；超导陶瓷；光电材料；传感器(例如气体传感器、发动机的燃料控制)；结构陶瓷(例如人工关节)。常规的金属氧化物典型地具有微米范围的粒度并且通常以粒度大于微米范围的颗粒形式供应。一般认为，由纳米尺寸的晶粒组成的金属氧化物具有超出常规金属氧化物的重要优点。这些优点包括较低烧结温度、潜在非常高的表面积以及有时改进的或者不寻常的物理性质。然而，已经证实，经济地生产具有纳米尺寸晶粒的可用金属氧化物材料是材料科学的主要的挑战。已经证实制造具有下列特征的这些细尺度的金属氧化物是困难的，尤其是多组分(复合)金属氧化物：a)正确的化学组成；b)不同原子种类的均匀分布；c)正确的晶体结构；和d)低成本。许多重要的金属氧化物还没有生产为具有极细晶粒，尤其是多组分金属氧化物。这是由于氧化物中不同元素的数量增加，使得以纳米-->尺度晶粒所需的超细尺度均匀分散不同的元素更加困难。本专利技术人进行的文献检索已经显示，仅仅有限数量的金属氧化物达到非常小的粒度(小于20nm)。报道的用于实现细粒度的方法非常昂贵、产率低并且可能难于按比例放大。生产的许多细粒度材料没有特别地显示出高的表面积，这意味着不良堆积(packing)的颗粒。在此阶段，应当明白，材料颗粒典型地是许多晶粒的团聚体。每个晶粒可以认为是连接其它晶粒的不同结晶度区域。晶粒具有与其它晶界相邻的晶界。作为替代方案，一些晶粒可以被具有与该晶粒不同组成(例如金属、合金或者非晶物质)的区域包围并通过该区域与其它晶粒团聚。现有技术描述的用于合成纳米材料的方法包括气相合成、球磨、共沉淀、溶胶-凝胶和微乳化法。这些方法典型地适用于不同类的物质，例如金属、合金、金属间化合物、氧化物和非氧化物。在我们的国际专利申请no.PCT/AU01/01510(WO02/42201)中，我们描述了生产具有纳米尺寸晶粒的金属氧化物颗粒的方法。该方法包括步骤：a)制备含有一种或者多种金属阳离子的溶液；b)在一定条件下使步骤(a)的溶液与一种或者多种表面活性剂混合，使得在溶液内形成表面活性剂胶束，因此形成胶束液体；和c)加热步骤(b)的胶束液体以形成金属氧化物，在一定温度下进行加热步骤，并进行一段时间以除去表面活性剂，因此形成金属氧化物颗粒。通过该方法形成的金属氧化物颗粒具有无序孔结构。我们的国际专利申请no.PCT/AU01/01510(WO 02/42201)的全部内容通过交叉引用清楚地并入本文。我们的国际专利申请no.PCT/AU01/01510中描述的方法提供能够经济地生产金属氧化物颗粒的方法。具体而言，该方法可用于生产含有两种或者多种金属的复合金属氧化物颗粒。在整个说明书中，术语“复合金属氧化物”将用于描述其中具有两种或者多种金属的金属氧-->化物。通过该方法制备的复合金属氧化物颗粒的金属物质在整个颗粒中具有非常均匀的分布。还得到均一的晶体结构，这进一步意味着混合的金属氧化物产物的均匀性。而且，该方法易于按比例放大。在我们的早期国际专利申请no.PCT/AU01/01510中描述的方法中，步骤(a)包括生产含有所有被结合到复合金属氧化物中的金属的阳离子溶液。认为将所有金属放入溶液中有助于在通过该方法生产的混合金属氧化物中得到金属的均匀分布。美国专利号6,139,816(Liu等)描述了生产金属氧化物粉末的方法，其全部内容通过交叉引用并入本文，其中通过混合表面活性剂和含有金属盐的水溶液形成金属氧化物沉淀或者金属氧化物凝胶。选择表面活性剂和盐类型，使得混合时形成金属氧化物沉淀或者凝胶。从混合物的其余部分中分离金属氧化物沉淀或者金属氧化物凝胶，然后进一步热处理得到金属氧化物粉末。美国专利号5,698,483(Ong等)描述了生产纳米尺寸粉末的方法，其全部内容通过交叉引用并入本文，Ong等将含有金属阳离子的溶液和亲水性聚合物混合，形成亲水性聚合物凝胶。然后加热该亲水性聚合物以除去水和有机物，剩下纳米尺寸的金属氧化物粉末。美国专利号6,328,947(Monden等)描述了在有机溶剂存在下，通过水解金属卤化物生产直径约20nm或者更小的金属氧化物细颗粒的方法，其全部内容通过交叉引用并入本文。在Monden等中，在有机溶液中，通过水解金属卤化物形成金属氧化物。然后从母液中分离金属氧化物沉淀(例如通过过滤、沉淀等等)，洗涤，然后干燥。美国专利号5,879,715(Higgins等)和美国专利号5,770,172(Linehan等)描述了通过使用微乳化法生产纳米颗粒的方法，其全部内容通过交叉引用并入本文。在这些方法中，形成微乳液并在微乳胶束中沉淀金属氧化物，因此将金属氧化物颗粒的尺寸限制到约滴(droplets)尺寸。在Higgins等中，生产两种油包水乳液，一种在水滴中具有溶解的金属盐，另一种在水滴中具有反应物。混合微乳液并且当含反应物的液滴接触含金属溶液的液滴时，发生金属氧化物的沉-->淀。在Linehan等中，油包水乳液形成为具有水滴中溶解的金属盐。然后例如通过使气态反应物冒泡穿过来将反应物加入体系中，以沉淀水滴中的金属氧化物。美国专利号5,788,950(Imamura等)描述了使用液体吸收树脂凝胶来合成复合金属氧化物粉末的方法，其全部内容通过交叉引用并入本文。在Imamura等中，含有至少两种溶解的金属的溶液和液体吸收树脂相接触，使得与该溶液接触后在液体吸收树脂中存在至少两种金属。该液体吸收树脂可以膨胀并形成凝胶。通过改变膨胀的凝胶的pH或者温度的至少一个来处理膨胀的凝胶，以形成前体物质。热解和煅烧该前体物质以形成混合的金属氧化物粉末。DE19852547描述了在水溶性稳定剂的存在下，通过用碱的水溶液处理金属盐的水溶液以生产沉淀(缩合物)来生产金属氧化物粉末的方法，其全部内容通过交叉引用并入本文。美国专利申请号2005/0008777(McCleskey等)描述了形成金属氧化物膜的方法，其全部内容通过交叉引用并入本文。该方法包括制备一种或者多种金属前体的溶液和具有与所述一种或者多种金属前体相结合的性质的可溶性聚合物。涂覆操作后，高温下加热所得的涂层得到金属氧化物膜。所有的上述美国专利和专利申请和DE19852547依赖于形成含有被结合到金属氧化物材料上的所有金属物质的溶液。实际上，生产合适的溶液可能有时候是有成问题的。对于一些金属，可用的盐的范围非常有限或者甚至不存在。混合不同盐类型例如氯化物或者硝酸盐，可能导致金属元素的不需要的沉淀问题。溶液化学的控制可能是非常重要的，以保证作为原料供应到该方法的所有金属化合物进入溶液中并且避免了其它金属化合物从溶液中沉淀。此外，大量反离子(例如NO3)的存在可能导致在控制热处理和溶液中其它元素的不需要的沉淀问题。
技术实现思路
本专利技术人现在惊讶地发现，没有必要将所有的金属物质放入溶液-->中并且如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产具有纳米尺寸晶粒的复合金属氧化物的方法，所述方法包括：　　　　ａ）形成含有溶解在溶液中的至少一种金属阳离子和颗粒物质的混合物，所述颗粒物质含有金属或者金属化合物形式的至少一种另外的金属；和　　　　ｂ）在一定条件下处理步骤（ａ）的混合物，使得形成具有纳米尺寸晶粒的复合金属氧化物，其中所述至少一种另外的金属结合到复合金属氧化物中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-6-25 60/582,905;AU 2005-1-24 PCT/AU2005/001.一种生产具有纳米尺寸晶粒的复合金属氧化物的方法，所述方法包括：a)形成含有溶解在溶液中的至少一种金属阳离子和颗粒物质的混合物，所述颗粒物质含有金属或者金属化合物形式的至少一种另外的金属；和b)在一定条件下处理步骤(a)的混合物，使得形成具有纳米尺寸晶粒的复合金属氧化物，其中所述至少一种另外的金属结合到复合金属氧化物中。2.权利要求1的方法，其中所述至少一种另外的金属结合到复合金属氧化物中，使得复合金属氧化物在纳米尺度上显示出基本均匀的组成。3.权利要求1或2的方法，其中所述复合金属氧化物形成为颗粒或膜。4.前述权利要求中任一项的方法，其中所述金属阳离子选自周期表的1A、2A、3A、4A、5A和6A族、过渡金属、镧系、锕系及其混合物中的一种或多种金属阳离子。5.权利要求4的方法，其中所述溶液含有一种或多种不同的金属阳离子。6.权利要求1～5中任一项的方法，其中通过将含有所需金属的盐和溶剂混合或者通过将金属氧化物或金属和溶剂混合来生产所述金属阳离子溶液。7.权利要求6的方法，其中所述溶剂是基于水的溶剂。8.权利要求6的方法，其中所述溶剂选自水、硝酸、氢氯酸、硫酸、氢氟酸、醋酸、甲酸、氨、醇和其混合物中的一种或多种。9.前述权利要求中任一项的方法，其中所述颗粒物质具有与步骤(b)中生产的混合金属氧化物的粒度相似或者更小的颗粒尺寸。10.权利要求9的方法，其中存在于混合物中的所述颗粒物质的颗粒尺寸落在约1nm～约250nm的范围内。11.权利要求10的方法，其中存在于混合物中的所述颗粒物质的颗粒尺寸落在约1nm～100nm的范围内。12.权利要求10的方法，其中存在于混合物中的所述颗粒物质的颗粒尺寸落在约1nm～50nm的范围内。13.权利要求10的方法，其中存在于混合物中的所述颗粒物质的颗粒尺寸落在约1nm～25nm的范围内。14.权利要求10的方法，其中存在于混合物中的所述颗粒物质的颗粒尺寸落在约1nm～10nm的范围内。15.权利要求10的方法，其中存在于混合物中的所述颗粒物质的颗粒尺寸落在约1nm～4nm的范围内。16.前述权利要求中任一项的方法，其中所述一种或多种金属以金属或金属混合物或金属合金的形式存在。17.权利要求1～15中任一项的方法，其中含有一种或多种另外的金属的所述颗粒物质包含金属化合物颗粒、或不同金属化合物颗粒的混合物、或含有混合金属化合物的颗粒或其混合物。18.权利要求17的方法，其中所述颗粒是氧化物、硝酸盐、氯化物、硫酸盐、氢氧化物、更复杂的氧-氢化物或其混合物的形式。19.前述权利要求中任一项的方法，其中所述颗粒物质均匀分散在步骤(b)处理的整个混合物中。20.前述权利要求中任一项的方法，其中将其它物质加入到步骤(a)中形成的混合物中，所述其它物质选自表面活性剂、乳化剂、可膨胀聚合物、亲水性聚合物、不混溶的液体、沉淀剂、水解剂及其混合物。21.前述权利要求中任一项的方法，其中在步骤(b)中通过热处理、沉淀、水解、凝胶化，接着热处理、煅烧或热解来处理步骤(a)的混合物。22.前述权利要求中任一项的方法，其中步骤(b)包括热处理步骤，所述热处理步骤包括加热到200℃～1300℃的温度。23.一种生产具有纳米尺寸晶粒的金属氧化物颗粒的方法，所述方法包括：a)制备含有一种或者多种金属阳离子的溶液；b)在一定条件下混合步骤(a)的溶液和表面活性剂。使得溶液中形成表面活性剂胶束，由此形成胶束液体；和c)加热步骤(b)的胶...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔斯A阿拉科，杰夫雷A爱德华兹，彼得C塔尔博特，
申请(专利权)人：微小分子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：AU[澳大利亚]