PL221520B1 - Sposób otrzymywania modyfikowanych nanocząstek tlenku glinu - Google Patents
Sposób otrzymywania modyfikowanych nanocząstek tlenku glinuInfo
- Publication number
- PL221520B1 PL221520B1 PL391219A PL39121910A PL221520B1 PL 221520 B1 PL221520 B1 PL 221520B1 PL 391219 A PL391219 A PL 391219A PL 39121910 A PL39121910 A PL 39121910A PL 221520 B1 PL221520 B1 PL 221520B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- lanthanide
- compound
- carbon atoms
- ions
- alumina
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 36
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 24
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 title claims description 11
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims description 4
- -1 aliphatic alcohols Chemical class 0.000 claims description 27
- 229910052747 lanthanoid Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 claims description 8
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 7
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 6
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 6
- 150000002601 lanthanoid compounds Chemical class 0.000 claims description 5
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 4
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000012429 reaction media Substances 0.000 claims description 2
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical class [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical group [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910021644 lanthanide ion Inorganic materials 0.000 description 13
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 description 10
- 150000002602 lanthanoids Chemical class 0.000 description 7
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 6
- 239000000047 product Substances 0.000 description 6
- VOITXYVAKOUIBA-UHFFFAOYSA-N triethylaluminium Chemical compound CC[Al](CC)CC VOITXYVAKOUIBA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- YRAJNWYBUCUFBD-UHFFFAOYSA-N 2,2,6,6-tetramethylheptane-3,5-dione Chemical compound CC(C)(C)C(=O)CC(=O)C(C)(C)C YRAJNWYBUCUFBD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N ammonia Natural products N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 5
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 description 4
- SMZOGRDCAXLAAR-UHFFFAOYSA-N aluminium isopropoxide Chemical compound [Al+3].CC(C)[O-].CC(C)[O-].CC(C)[O-] SMZOGRDCAXLAAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 4
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N ytterbium Chemical compound [Yb] NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ATRRKUHOCOJYRX-UHFFFAOYSA-N Ammonium bicarbonate Chemical compound [NH4+].OC([O-])=O ATRRKUHOCOJYRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonium chloride Substances [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052693 Europium Inorganic materials 0.000 description 2
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K aluminium trichloride Chemical compound Cl[Al](Cl)Cl VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 238000000975 co-precipitation Methods 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- OGPBJKLSAFTDLK-UHFFFAOYSA-N europium atom Chemical compound [Eu] OGPBJKLSAFTDLK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 2
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 2
- POILWHVDKZOXJZ-ARJAWSKDSA-M (z)-4-oxopent-2-en-2-olate Chemical compound C\C([O-])=C\C(C)=O POILWHVDKZOXJZ-ARJAWSKDSA-M 0.000 description 1
- NGDQQLAVJWUYSF-UHFFFAOYSA-N 4-methyl-2-phenyl-1,3-thiazole-5-sulfonyl chloride Chemical compound S1C(S(Cl)(=O)=O)=C(C)N=C1C1=CC=CC=C1 NGDQQLAVJWUYSF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000013 Ammonium bicarbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- MDJVZGNLPQXUOD-UHFFFAOYSA-N CCCCCCCC.[Nd] Chemical compound CCCCCCCC.[Nd] MDJVZGNLPQXUOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052689 Holmium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052771 Terbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052775 Thulium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 1
- 150000001345 alkine derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K aluminium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Al+3] WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000012538 ammonium bicarbonate Nutrition 0.000 description 1
- 239000001099 ammonium carbonate Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 150000001993 dienes Chemical class 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000002003 electron diffraction Methods 0.000 description 1
- UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N erbium Chemical compound [Er] UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- QAMFBRUWYYMMGJ-UHFFFAOYSA-N hexafluoroacetylacetone Chemical compound FC(F)(F)C(=O)CC(=O)C(F)(F)F QAMFBRUWYYMMGJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KJZYNXUDTRRSPN-UHFFFAOYSA-N holmium atom Chemical compound [Ho] KJZYNXUDTRRSPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003301 hydrolyzing effect Effects 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005101 luminescent paint Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000075 oxide glass Substances 0.000 description 1
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 238000001935 peptisation Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- KZUNJOHGWZRPMI-UHFFFAOYSA-N samarium atom Chemical compound [Sm] KZUNJOHGWZRPMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 125000001424 substituent group Chemical group 0.000 description 1
- 238000000352 supercritical drying Methods 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- GZCRRIHWUXGPOV-UHFFFAOYSA-N terbium atom Chemical compound [Tb] GZCRRIHWUXGPOV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000930 thermomechanical effect Effects 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- KUBYTSCYMRPPAG-UHFFFAOYSA-N ytterbium(3+);trinitrate Chemical compound [Yb+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O KUBYTSCYMRPPAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XIOPWXFTXDPBEY-UHFFFAOYSA-N ytterbium(3+);trinitrate;pentahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.[Yb+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O XIOPWXFTXDPBEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CKLHRQNQYIJFFX-UHFFFAOYSA-K ytterbium(III) chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Cl-].[Yb+3] CKLHRQNQYIJFFX-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N yttrium(III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3] RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910006636 γ-AlOOH Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania modyfikowanych nanocząstek tlenku glinu mogących znaleźć szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach techniki, takich jak optyka, elektronika czy informatyka.
Modyfikowane nanocząstki tlenku glinu mogą być używane samodzielnie, bądź dodawane jako półprodukt na różnym etapie wytwarzania światłowodów, farb luminescencyjnych, licznikach scyntyl acyjnych czy jako dodatek do innych typów materiałów luminescencyjnych.
Ostatnich kilka lat to okres intensywnych badań nad zastosowaniem nanoproszków w wielu gałęziach przemysłu. Niezwykle duże nadzieje wiąże się z wprowadzaniem układów zawierających cząstki metalu w rozmiarze nanometrycznym, głównie ze względu na ich bardzo mocno rozwiniętą powierzchnię właściwą. Cząstki o wymiarach nanometrycznych znajdują zastosowanie przede wszystkim do wytwarzania nowych, technologicznie zaawansowanych wyrobów. Dodatek nanocząstek do tych materiałów daje możliwość skutecznej modyfikacji ich właściwości i/lub otrzymanie materiałów charakteryzujących się zupełnie nowymi, nieznanymi dotychczas właściwościami.
Jony lantanowców występują na trzecim, rzadziej na drugim i czwartym stopniu utlenienia i znane są ze swoich specyficznych właściwości optycznych. Właściwości te są wynikiem niecałkowicie zapełnionej powłoki 4f silnie ekranowanej dwoma elektronami 5s i sześcioma 5p. Elektrony 4f słabo oddziałują z otoczeniem i nie biorą udziału w tworzeniu wiązań chemicznych. W wyniku czego, wpływ czynników zewnętrznych, takich jak m. in. pole sieci krystalicznej matrycy, na właściwości spektroskopowe jonów ziem rzadkich jest stosunkowo niewielki. W rezultacie widma lantanowców wbud owanych w struktury dielektryczne zachowują charakter widm jonów swobodnych i w niewielkim tylko stopniu zależą od matrycy, w której są umieszczone, co czyni je znakomitym materiałem do zastosowania m. in. w układach wzmacniaczy optycznych i laserów ciała stałego.
Jony lantanowców wykazują bardzo długi okres trwania luminescencji (rzędu milisekund), co jest istotne szczególnie przy wykorzystaniu ich jako domieszki aktywnej luminescencyjnie. Niestety, metale te wykazują również niekorzystnie słabe pasmo absorpcji, co stanowi dużą wadę w przypadku zastosowania ich jako materiałów luminescencyjnych. Publikacja W. De, W. Horrocks, Jr., Gregory F. Schmidt, D.R. Sudnicki, C. Kittreil and R.A. Bernheim, Journal of American Chemical Society 99, 2378 (1977) donosi że większość pierwiastków ziem rzadkich występujących w postaci chelatowych związków kompleksowych prezentuje dobre właściwości fotoluminescencyjne. Dlatego też, w celu przełamania tej bariery jony lantanowców często wiąże się koordynacyjnie z podstawnikami zawierającymi organiczne chromofory, które po wzbudzeniu na skutek transferu energii powodują podwyższenie ich luminescencji (tzw. „efekt anteny”).
Prostszym rozwiązaniem tego problemu może być jednak umieszczenie jonów lantanowców w inertnym materiale ceramicznym w postaci domieszki. Pierwsze informacje o aktywnych optycznie materiałach kompozytowych domieszkowanych jonami ziem rzadkich pochodzą z początku lat 70-tych w publikacji C.F. Rapp, J. Chrysochoos, Journal of Materials Science 7 (1972), 1090-1092. W 1975 r. F. Auzel w publikacji F. Auzel, D. Pecile, D. Morin, Journal of Electrochemical Society 122 (1975), 101 -107 opisał domieszkowaną jonami ziem rzadkich ceramikę z tlenową fazą szklaną oraz fluorkową fazą krystaliczną o znakomitych właściwościach spektroskopowych.
Dodatek jonów metali ziem rzadkich do szkła lub kryształu, pozwala uzyskać ośrodek aktywny dla kompaktowych laserów ciała stałego, który stanowi rozsądną alternatywę dla materiałów półprzewodnikowych. Oferują one lepsze parametry termomechaniczne, wyższe moce i znacznie lepszą jakość generowanego promieniowania niż lasery półprzewodnikowe. Dodatkowo, pozwalają na pracę w zakresach spektralnych nieosiągalnych dla współczesnych laserów półprzewodnikowych.
Specyficzne właściwości jonów lantanowców znalazły zastosowanie również przy produkcji światłowodów. Pierwszy światłowód domieszkowany jonami Nd3+ wykonany z kompozytu składającego się z tlenkowej fazy szklanej SiO2-AI2O3 z fluorkową fazą krystaliczną opisano w publikacji B.N. Samson, P.A. Tick, N.F. Borelli, Optics Letters 26 (2001), 145-147. Literatura przedmiotu donosi także o światłowodowych strukturach, powstałych w wyniku domieszkowania matrycy polimetakrylanu metylu (PMMA) jonami ziem rzadkich w postaci oktanu neodymu (NdOA) w publikacji Q. Zhang, H. Ming, Y. Zhai, Journal of Applied Polymer Science 62 (1996), 887-891, a także chalatowych związków jonów europu, samaru, terbu i neodymu (pod postacią sześciofluoroacetyloacetonu HFAA) w publikacji T. Kobayashi, S. Nakatsunka. T. Iwafuji, K. Kuriki, N. Imai, T. Nakamoto, Ch.D. Claude, K. Sasaki, Y. Koike, Y. Okamoto, Applied Physics Letters 71 (1997) 2421-2423.
PL 221 520 B1
Jony ziem rzadkich takie jak Tm3+, Nd3+, Pr3+, Sm3+, Dy3+, Ho3+ i Tb3+ są głównymi aktywatorami rozważanymi w publikacjach G. Lakshminarayana, Y. Hucheng, Y. teng, J. Qiu, Journal of Luminescence 129 (2009) 59-68 oraz A.S. Gouveia-Neto, L.A. Bueno, A.C.M. Afonso, J.F. Nascimento, E.B. Costa, Y.Messaddeq, S.J.L. Ribeiro, Journal of Non-Crystalline Solids 354 (2008) 509-514 w kontekście wytwarzania materiałów pozwalających na uzyskanie wydajnej emisji w zakresie widzialnym i bliskiego UV.
W literaturze przedmiotu możemy także znaleźć wiele doniesień na temat wytwarzania materiałów na bazie tlenku glinu AI2O3 domieszkowanych jonami metali ziem rzadkich z grupy lantanowców.
Jedną z technik wytwarzania aktywnych katalitycznie proszków Ln/AI2O3 jest stosunkowo prosta metoda impregnacji przedstawiona w publikacji T. Konishi, E. Suda, H. Imamura, Journal od Alloys and Compounds 225 (1995) 629-632. Polega ona na osadzeniu metalicznych cząstek lantanowca na porowatym tlenku glinu. W pierwszym etapie tego procesu gotowy proszek AI2O3 zawieszono w wodnym roztworze amoniaku w temperaturze 198 K. Następnie do mieszanej zawiesiny dodano metaliczny iterb lub europ. Po osadzeniu metalu na powierzchni tlenku glinu nadmiar amoniaku usunięto pod próżnią w temperaturze 198 K, a otrzymany tlenek glinu z naniesionymi cząstkami lantanowca poddano procesowi kalcynacji. Tak uzyskany materiał wykazywał dobre właściwości katalityczne w reakcjach uwodornienia alkenów i alkinów do dienów.
Kolejną grupą metod służących otrzymywaniu nanoproszków tlenków metali domieszkowanych jonami metali ziem rzadkich są techniki strącania i współstrącania, po których kolejno prowadzi się proces kalcynacji. W publikacji J. Mouzon, P. Nordell, A. Thomas, M. Oden, Journal of the European Ceramic Society 27 (2007) 1991-1998 przedstawiono metodę współstrącania prowadzącą do otrzymania prekursora Yb-Y2O3, który następnie kalcynowano w celu otrzymania nanoproszku. Jako związek itru zastosowano w tej metodzie azotan itru, natomiast jako źródło jonów iterbu zastosowano pentahydrat azotanu iterbu. Odczynnikiem strącającym nanoproszek był wodny roztwór amoniaku lub stosowany zamiennie, roztwór wodorowęglanu amonu (AHC).
Inną metodę otrzymywania modyfikowanego tlenku glinu przedstawiono w publikacji B. Dong, Z. Q. Feng, J. F. Zu, L. Bai, Journal of Sol-Gel Science and Technology 48 (2008) 303-307. Jest to metoda zol-żel, w której jako prekursor tlenku glinu stosuje się związek alkoksyglinowy [AI(OC3H7)3] a jako źródło jonów metali ziem rzadkich, sole tych metali. Polega ona na zhydrolizowaniu związku alkoksyglinowego przy użyciu wody, a następnie usunięciu powstałego alkoholu izopropylowego. Do układu reakcyjnego w następnej kolejności dodaje się FINO3. Po upływie 16 godzin do otrzymanego zolu (γ-AIOOH), dodaje się azotan iterbu. Otrzymany prekursor modyfikowanego tlenku glinu następnie poddaje się procesowi kalcynacji otrzymując tlenek glinu domieszkowany iterbem.
Stosując również metodę zol-żel w publikacji T. Ishizaka i Y. Kurokawa, Journal of Luminescence 92 (2001) 57-63 otrzymano tlenek glinu domieszkowany lantanem. W opisanej tam metodzie zastosowano natomiast inne reagenty. Poddanym hydrolizie za pomocą wodnego roztworu amoniaku związkiem był chlorek glinu. Otrzymany wodorotlenek glinu poddano następnie procesowi starzenia przez 12 godzin, przefiltrowano i przemyto wodą destylowaną. W następnej kolejności w celu przeprowadzenia procesu peptyzacji, dodano kwas octowy. Do uzyskanego zolu dodano następnie chlorek lantanowca otrzymując układ Ln/AI2O3, który następnie kalcynowano.
Oprócz metody zol-żel, literatura przedmiotu donosi również o istnieniu wielu jej modyfikacji. W publikacji N. Al-Yassir, R. Le Van Mao, Applied Catalysis A: General 317 (2007) 275-283 jako modyfikację metody zol-żel zastosowano na przykład tzw. technikę nadkrytycznego osuszania.
Nanoproszek tlenku itru domieszkowany jonami metali ziem rzadkich można otrzymać również przy użyciu tzw. metody płomieniowej (single-step gas-phase flame synthesis method), którą przedstawiono w publikacji X. Quin, T. Yokomori, Y. Ju, Applied Physics Letters, 90, 073104 (2007) 1-3. Jako prekursor tlenku itru zastosowano wymiennie Y(C11H19O2)3 oraz Y(TMHD)3. Jako prekursory iterbu, erbu, holmu i tulu użyto odpowiednio Yb(TMHD)3, Er(TMHD)3, Ho(TMHD)3 oraz Tm(TMHD)3. Aparatura do syntezy nanocząstek składała się z komory parowania, palnika, komory spalania w której następował rozkład termiczny organicznego prekursora, systemu filtrów elektrostatycznych zbierających nanocząstki oraz pompy próżniowej.
Jedną z niedogodności opisanych wyżej metod otrzymywania jonów lantanowców na m.in. tlenku glinu jest otrzymywanie produktów o bardzo słabo rozwiniętej powierzchni właściwej. Procesy te dotyczą głównie tak zwanych metod mokrych, prowadzonych niekorzystnie w wodzie jako rozpuszczalniku procesu. Metody te charakteryzują się również dużym stopniem skomplikowania technologii.
Niedogodnością stosowanych powyżej metod mokrych jest powstawanie dużej ilości produktów nie4
PL 221 520 B1 pożądanych, stanowiących obciążenie dla środowiska i wpływających niekorzystnie na jakość wytwarzanych produktów. Otrzymane produkty finalne, proszki o rozmiarach nanometrycznych, pozostają zanieczyszczone reagentami oraz produktami ubocznymi procesu.
Sposób otrzymywania modyfikowanych nanocząstek tlenku glinu domieszkowanych jonami lantanowców według wynalazku charakteryzuje się tym, że do rozpuszczalnika organicznego wybranego z grupy węglowodory zawierające od 5 do 20 atomów węgla lub alkohole alifatyczne zawierające od 1 do 10 atomów węgla wprowadza się związek glinoorganiczny o wzorze ogólnym AIR3, w którym R oznacza podstawnik alkilowy zawierający od 1 do 9 atomów węgla, następnie związek lantanowca, całość miesza się w obecności suchego lub wilgotnego powietrza, usuwa się rozpuszczalnik, a pozostałość po wysuszeniu poddaje się rozkładowi termicznemu wobec powietrza, w temperaturze od 300 do 1200°C.
Do mieszaniny reakcyjnej można dodać związek alkoksyglinowy o wzorze ogólnym AI(OR)3, w którym R oznacza podstawnik alkilowy zawierający od 1 do 15 atomów węgla.
Stężenie związku glinoorganicznego w rozpuszczalniku organicznym korzystnie zawiera się w przedziale od 0,001 do 10 mol/l.
Korzystnie jako związek lantanowca stosuje się sól lantanowca rozpuszczalną w środowisku reakcyjnym.
Prowadząc proces według wynalazku, otrzymuje się nanocząstki tlenku glinu domieszkowane jonami metali ziem rzadkich. Średnia wielkość cząstek tlenku glinu domieszkowanego jonami lantanowca zawarta jest w granicach 10-100 nm i zależy od warunków prowadzenia procesu (Rys. 1). Otrzymane nanocząstki tlenku glinu domieszkowane jonami metali ziem rzadkich charakteryzują się silnie rozwiniętą powierzchnią właściwą ponad 200 m /g.
Rys. 1. Przykładowe zdjęcie SEM nanoproszku tlenku glinu domieszkowanego jonami lantanowca
Jony lantanowca, w zależności od warunków prowadzenia procesu, wbudowane są w strukturę krystaliczną tlenku glinu lub występują w postaci „płatków” o średnicy ok. 5 nm i grubości 2 nm (Rys. 2).
PL 221 520 B1
Rys. 2. Przykładowe zdjęcie TEM uzyskane metodą wysokorozdzielczą dla nanoproszku tlenku glinu domieszkowanego iterbem b) oraz odpowiadająca mu odwrotna transformata Fouriera a). Poniżej, dyfrakcje elektronowe odpowiadające zaznaczonym na zdjęciach obszarom, potwierdzające obecność iterbu.
Metoda według wynalazku nie jest metodą mokrą, co rozwiązuje problem odpadów procesowych. Dodatkowo, jedynym niepożądanym produktem procesu jest dwutlenek węgla.
Istota wynalazku objaśniona jest w przykładach wykonania:
P r z y k ł a d 1
Do reaktora o pojemności 1000 ml zaopatrzonego w mieszadło dodano 500 ml osuszonego heksanu a następnie dodano 2,8 ml trietyloglinu oraz triizopropoksyglin tak, aby stosunek molowy triizopropoksyglin/trietyloglin wynosił 2:1 i mieszano do całkowitego rozpuszczenia związku alkoksyglinowego. Następnie dodano triizopropoksyerb tak, aby zawartość procentowa lantanowca w stosunku do tlenku glinu wynosiła 3% wagowych. Następnie odparowano rozpuszczalnik, a pozostałość po odparowaniu będącą w postaci białego proszku, ogrzewano w atmosferze powietrza w temperaturze 700°C przez 24 godziny. Otrzymano biały nanoproszek tlenku glinu domieszkowany jonami lantanowca o wielkości ziarna w zakresie 30-80 nm.
P r z y k ł a d 2
Do reaktora o pojemności 1000 ml zaopatrzonego w mieszadło dodano 500 ml osuszonego heksanu a następnie acetyloacetonian itru tak, aby zawartość procentowa lantanowca w stosunku do tlenku glinu wynosiła 2% wagowych. Następnie dodano 2,8 ml trietyloglinu oraz triizopropoksyglin tak, aby stosunek molowy triizopropoksyglin/trietyloglin wynosił 1:1. Następnie odparowano rozpuszcza lnik, a pozostałość po odparowaniu będącą w postaci białego proszku, ogrzewano w atmosferze powietrza w temperaturze 800°C przez 24 godziny. Otrzymano biały nanoproszek tlenku glinu domieszkowany jonami lantanowca o wielkości ziarna w zakresie 30-100 nm.
P r z y k ł a d 3
Do reaktora o pojemności 1000 ml zaopatrzonego w mieszadło dodano 500 ml osuszonego heksanu a następnie dodano trietyloglin tak, aby stężenie wagowe trietyloglinu w heksanie wynosiło 3%. Następnie dodano chlorek iterbu tak, aby zawartość procentowa lantanowca w stosunku do tlenku glinu wynosiła 4% wagowych. Następnie odparowano rozpuszczalnik, a pozostałość po odparowaniu będącą w postaci białego proszku, ogrzewano w atmosferze powietrza w temperaturze 600°C przez 24 godziny. Otrzymano biały nanoproszek tlenku glinu domieszkowany jonami lantanowca o wielkości ziarna w zakresie 30-100 nm.
Claims (3)
- Zastrzeżenia patentowe1. Sposób otrzymywania modyfikowanych nanocząstek tlenku glinu, w którym wykorzystuje się proces rozkładu termicznego prekursora nanotlenku glinu wytworzonego ze związków glinu i związków lantanowca, znamienny tym, że do rozpuszczalnika organicznego wybranego z grupy węglowodory zawierające od 5 do 20 atomów węgla lub alkohole alifatyczne zawierające od 1 do 10 atomów węgla wprowadza się związek glinoorganiczny o ogólnym wzorze AIR3, w którym R oznacza podstawnik alkilowy zawierający od 1 do 15 atomów węgla oraz związek lantanowca i ewentualnie związek alkoksyglinowy o wzorze ogólnym AI(OR)3, w którym R oznacza podstawnik alkilowy zawierający od 1 do 15 atomów węgla, całość poddaje się mieszaniu w obecności suchego lub wilgotnego powietrza, następnie usuwa się rozpuszczalnik, a pozostałość po wysuszeniu poddaje się rozkładowi termicznemu w obecności powietrza w temperaturze od 300-1200°C.
- 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stężenie związku glinoorganicznego w rozpuszczalniku organicznym zawiera się w przedziale od 0,001 do 10 mol/l.
- 3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że jako związek lantanowca stosuje się sól lantanowca rozpuszczalną w środowisku reakcji.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL391219A PL221520B1 (pl) | 2010-05-14 | 2010-05-14 | Sposób otrzymywania modyfikowanych nanocząstek tlenku glinu |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL391219A PL221520B1 (pl) | 2010-05-14 | 2010-05-14 | Sposób otrzymywania modyfikowanych nanocząstek tlenku glinu |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL391219A1 PL391219A1 (pl) | 2011-11-21 |
| PL221520B1 true PL221520B1 (pl) | 2016-04-29 |
Family
ID=55802092
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL391219A PL221520B1 (pl) | 2010-05-14 | 2010-05-14 | Sposób otrzymywania modyfikowanych nanocząstek tlenku glinu |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL221520B1 (pl) |
-
2010
- 2010-05-14 PL PL391219A patent/PL221520B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL391219A1 (pl) | 2011-11-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Li et al. | Shape controllable synthesis and upconversion properties of NaYbF4/NaYbF4: Er3+ and YbF3/YbF3: Er3+ microstructures | |
| Li et al. | Different microstructures of β-NaYF4 fabricated by hydrothermal process: effects of pH values and fluoride sources | |
| Nunez et al. | An ionic liquid based synthesis method for uniform luminescent lanthanide fluoride nanoparticles | |
| CN101381225B (zh) | 一种连续氧化铝基陶瓷纤维的制备方法 | |
| US20190249081A1 (en) | Morphologically and size uniform monodisperse particles and their shape-directed self-assembly | |
| Rahimi-Nasrabadi et al. | Facile synthesis optimization and structure characterization of zinc tungstate nanoparticles | |
| US8524178B2 (en) | Doped aluminum oxides | |
| Chang et al. | Luminescence properties and Judd–Ofelt analysis of TiO2: Eu3+ nanofibers via polymer-based electrospinning method | |
| WO2006096936A1 (en) | Rare earth nanorods | |
| Nguyen et al. | A general procedure to synthesize highly crystalline metal oxide and mixed oxide nanocrystals in aqueous medium and photocatalytic activity of metal/oxide nanohybrids | |
| JP2000313619A (ja) | 希土類オキシ硫化物粉末の製造方法 | |
| Almjasheva et al. | Heat-stimulated crystallization and phase transformation of titania nanoparticles | |
| Li et al. | Facile synthesis of GdBO3 spindle assemblies and microdisks as versatile host matrices for lanthanide doping | |
| Yuan et al. | Green synthesis of graphitic carbon nitride nanodots using sodium chloride template | |
| US20100247413A1 (en) | Luminescent samarium-doped titanium dioxide | |
| JP5320568B2 (ja) | 繊維状チタン酸バリウムの製造方法 | |
| Jiu et al. | Preparation and luminescent properties of hollow Y2O3: Tb3+ microspheres | |
| Li et al. | Low-temperature chemical solution synthesis of dendrite-like La (OH) 3 nanostructures and their thermal conversion to La2O3 nanostructures | |
| Peng et al. | Controlled-synthesis of ZnO nanorings | |
| Mazloumi et al. | Formation of lanthanum hydroxide nanostructures: effect of NaOH and KOH solvents | |
| RU2817028C1 (ru) | Способ получения нанокристаллических порошков оксида гадолиния, допированного редкоземельными элементами | |
| Han et al. | A simple route to preparation and characterization of Er2O3 microspheres | |
| AU2008345554B2 (en) | Method of making photoluminescent samarium-doped titanium dioxide particles | |
| Kazemi et al. | Highly Efficient Epoxidation of Chalcone Using Fe Doped Barium Aluminate Nano-Powder | |
| Adfa et al. | Bismuth Silicate/Silica-Titania Synthesis from In Situ Decomposition of Oil Palm Leaves as Silica Source |