[发明专利]一种石墨烯包覆纳米氧化镝的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于高温超导材料技术领域，具体涉及一种石墨烯包覆纳米氧化镝的制备方法及其应用。

背景技术

稀土氧化物氧化镝(Dy₂O₃)具有优异的物理化学性质，被广泛应用于催化材料、发光材料、固体燃料电池、钉扎二硼化镁超导等领域中。当氧化镝颗粒的尺寸逐渐减小到纳米尺寸，比表面积增大产生表面效应，纳米氧化镝的表面结构不同造成其反应活性也不一致。传统的制备方法中，纳米氧化物容易发生团聚，而且较难获得高活性的表面。

同时，对于二硼化镁超导材料，为了提高二硼化镁超导体的在磁场下的性能，需要通过引入有效的钉扎中心。在传统方法中，通常采用单一元素或碳氢有机物掺杂，例如元素C等，提高二硼化镁高场下临界电流密度Jc性能。然而掺杂源一般都其活性较低、分散程度差，需要较高的热处理温度才能引入有效的掺杂，并且分布不均匀，很容易团聚在晶界处，降低了晶粒间的连接性。因此，通过石墨烯包覆粉提高纳米氧化镝分散性和活性，将其引入到二硼化镁中，实现二元掺杂，可以极大的提高超导性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种石墨烯包覆纳米氧化镝的制备方法。该制备方法简单，易于实现产业化，采用石墨烯作为包覆物，其具有较高的表面积，有利于氧化镝纳米颗粒和氧化镝纳米柱均匀地分散在石墨烯上，不产生团聚，并且制备的氧化镝纳米颗粒和氧化镝纳米柱具有多种形貌和高活性的晶面，有利于后续应用于制备二元掺杂二硼化镁超导块材。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种石墨烯包覆纳米氧化镝的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将乙酸镝溶于乙醇和丙酸的混合溶剂中，得到乙酸镝溶液，将所述乙酸镝溶液置于热解反应炉中，先在温度为120℃的条件下进行烘干处理，然后在潮湿的氧气气氛下，以升温速率为0.1℃/min～10℃/min继续升温至500℃，得到氧化镝纳米颗粒；所述混合溶剂中乙醇和丙酸的体积比为1:1；

步骤二、将硝酸镝溶于叔丁基胺的水溶液或者氨基乙酸的水溶液中，然后置于水热反应釜中，经水热反应后得到氧化镝纳米柱；所述叔丁基胺的水溶液中叔丁基胺与水的体积比为1:(4～10)；所述氨基乙酸的水溶液中氨基乙酸水的体积比为1:(4～10)；

步骤三、将氧化石墨烯加到去离子水和乙醇的混合溶剂中搅拌均匀，得到氧化石墨烯溶液；所述去离子水和乙醇的混合溶剂中去离子水和乙醇的体积比为1:(50～100)；所述氧化石墨烯溶液中氧化石墨烯的浓度为0.5mg/mL～10mg/mL；

步骤四、将步骤一中所述氧化镝纳米颗粒和步骤二中所述氧化镝纳米柱按1:(1～3)的质量比混合均匀后加到步骤三中所述氧化石墨烯溶液中，搅拌后过滤，得到滤渣，将所述滤渣置于热处理炉中，在惰性气体保护下，温度为400℃～800℃的条件下热处理0.5h～5h，得到石墨烯包覆纳米氧化镝。

上述的一种石墨烯包覆纳米氧化镝的制备方法，其特征在于，步骤一中所述升温速率为1℃/min～3℃/min。

上述的一种石墨烯包覆纳米氧化镝的制备方法，其特征在于，步骤一中所述潮湿的氧气气氛中氧气的体积百分含量为94％～99.4％，余量为水汽。

上述的一种石墨烯包覆纳米氧化镝的制备方法，其特征在于，步骤二中所述水热反应的温度为120℃～220℃，所述水热反应的反应时间为1h～10h。

上述的一种石墨烯包覆纳米氧化镝的制备方法，其特征在于，步骤四中所述氧化石墨烯溶液中氧化石墨烯的质量与氧化镝纳米颗粒和氧化镝纳米柱混合物的总质量之比为1:(50～100)。

上述的一种石墨烯包覆纳米氧化镝的制备方法，其特征在于，步骤四中所述搅拌的速率为100r/min～1000r/min，搅拌的时间为2min～10min。

同时，本发明还提供了一种利用上述的方法制备的石墨烯包覆纳米氧化镝的应用，其特征在于，所述石墨烯包覆纳米氧化镝用于制备二元掺杂二硼化镁超导块材，具体制备过程为：将镁粉、硼粉和石墨烯包覆纳米氧化镝按照镁、硼和镝的原子比为1:2:(0.01～0.2)的比例混合研磨，然后压制成块体，再将所述块体置于热处理炉中，在高纯氩气气氛保护下，温度为750℃～850℃的条件下热处理1h～3h，得到二元掺杂二硼化镁超导块材。

上述的应用，其特征在于，所述镁粉和硼粉的质量纯度均不小于99％，所述高纯氩气的质量纯度为99.99％。

上述的应用，其特征在于，所述压制的压力为10MPa～20MPa。