[发明专利]一种粒径可控的纳米氟化钙颗粒及其制备方法

说明书

本发明涉及一种粒径可控的纳米氟化钙颗粒及其制备方法，该制备工艺采用质子溶剂乙醇，水和非质子溶剂二甲苯作为溶剂，以聚乙烯吡咯烷酮作为分散剂材料，取硝酸钙和氟化铵为反应原材料，控制相应工艺条件，控制溶液的组分配比，在超声和搅拌协同作用的条件下，通过直接沉淀法制备纳米氟化钙颗粒。本发明所制备的纳米颗粒尺度均一，可控制粒径尺度达到5至40纳米，结晶度高，纯度高，分散性优异，可应用范围广，本发明具备成本低，制备工艺简单等特点。

技术领域

本发明涉及纳米技术领域，尤其涉及一种纳米尺度氟化钙颗粒的制备方法。

背景技术

氟化钙是一种萤石型立方结构的晶体材料，其折射率低，透光性好，在冶金、化工以及国防工业等领域有着重要的应用。

而对于纳米颗粒而言，因其具有体积效应、表面效应和宏观量子隧道效应，使得纳米材料在光吸收、化学活性、催化等方面较普通材料有大幅提升。例如将纳米氟化钙添加于自润滑陶瓷刀具材料时，有效降低了自润滑刀具的切削温度，刀具在较低温度工作时仍然具有较好的自润滑能力(参见衣明东.纳米固体润滑剂与梯度设计协同改性陶瓷刀具的研究[D].山东大学，2014)。由于纳米颗粒的表面能高，易导致团聚，极大影响了添加纳米颗粒的复合材料的最终性能。因此通过适当的方式对纳米粒子进行分散，在制备纳米颗粒的过程中抑制其团聚，同时通过表面修饰改变纳米颗粒的表面特性，这些都是纳米材料制备与应用过程中亟待解决的技术问题。有学者在撞击流反应器中利用沉淀法法制备了纳米氟化钙，探索了溶质浓度对制备产品粒径的影响，平均粒径约40nm(参见：周玉新，朱华娟.撞击流反应-沉淀法制备纳米氟化钙[J].轻工科技，2010，26(3):17-18)。但其制备工艺复杂，所需设备等条件较为严格。董梦云采用直接沉淀法制备氟化钙纳米晶粒，尺寸在40～50nm之间，(参见：董梦云,张骋,蒋丹宇等.CaF₂纳米粉体的制备与表征分析[J].中国陶瓷,2016,(01):71-76.)，但粉体分散性差，颗粒多以团聚形式存在。

中国专利文件CN 102583486 A采用直接沉淀法，采用聚乙二醇为分散剂制备纳米氟化钙颗粒，纯度较高，但就分散效果来说，所得产物容易沉降，且粒径分布较为不均，对颗粒尺度的控制有一定的局限性。中国专利文件CN101885505A中涉及到一种氟化钙中空纳米微球的制备，其所得产品粒径均一，分散效果好，但中空的氟化钙纳米颗粒不能用于作为比如固体润滑剂等工业原材料，其应用范围受限。CN104229853A提供了一种陶瓷刀具用自润滑材料纳米氟化钙的制备方法，制得的纳米氟化钙粉末纯度高、晶型完整、结晶度高、尺寸分布均匀、分散性好。但该方法选择的溶剂为水和乙醇的混合溶剂，并以聚乙二醇作为分散剂，虽然能够通过空间位阻效应分散纳米粒子，但没有解决极性溶剂或聚乙二醇大量羟基桥连的问题，无法进一步制备粒径更小的纳米粒子。

发明内容

为了解决上述问题，本发明通过改进纳米氟化钙颗粒的溶剂和分散剂，进一步缩小制备的氟化钙颗粒的粒径尺寸。

本发明的目的之一为提供一种通过控制分散剂含量调控纳米氟化钙粒径尺寸的简单高效的制备方法。

本发明的目的之二为提供粒径尺寸最小5nm，且可以调控的纳米氟化钙颗粒。

本发明的目的之二为提供一种纳米尺度氟化钙颗粒的制备方法及其制备的氟化钙颗粒的应用。

为实现上述技术目的，具体的，本发明包括以下技术方案：

首先，本发明公开了一种粒径可控的纳米氟化钙颗粒的制备方法，包括以下步骤：

(1)将硝酸钙和氟化铵分别溶于水和乙醇等体积混合溶液中，在超声搅拌条件下分别向两种溶液加二甲苯，再分别向两种溶液中加入适量聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的乙醇溶液，超声搅拌均匀得到含有硝酸钙的A溶液和含有氟化铵的B溶液；

(2)在超声搅拌条件下，将A溶液缓慢加入到B溶液，继续超声搅拌使其反应完全，将所得产物静置沉化。