[发明专利]一种用作尺寸标准物质的二氧化铈微球

说明书

技术领域

本发明涉及计量测试标准量值传递的技术领域，更具体地说，本发明涉及一种用作尺寸标准物质的二氧化铈微球。

背景技术

随着粉体技术和纳米科技的发展，亚微米/纳米粉体吸引了越来越多的目光，其发展和应用潜力毋庸置疑，因此对亚微米/纳米尺度粉体的检测需求日益迫切，与此相适应的各种粒度测量技术和仪器也不断进步。但由于粒度表征的复杂性，无论粒度测量遵循何种原理，粒度测量手段无一例外地需要亚微米/纳米级粒度标准物质(SRM)进行校正或验证。此外，在胶体体系的研究中，亚微米/纳米级粒度标准物质还是测定细菌、病毒、核糖体和小细胞物质大小的方便工具。粒度标准物质属于工程技术特性测量标准物质。

目前国际上使用的亚微米/纳米级粒度标准物质包括单分散的聚苯乙烯微球，如1960、1961、1963和1964号聚苯乙烯微球，分散在水中的浓度约为0.5wt％，和SiO₂微球，可选择尺寸范围在0.5～1.6μm，分散在水中的浓度约为2wt％。

作为粒度标准物质，聚苯乙烯和二氧化硅微球具有很多优点，但是，有机物聚苯乙烯密度低(1.06g/cm³)，与水的密度差过小，在有机溶剂中易溶胀，不耐高温，另外聚苯乙烯易受细菌侵蚀；而二氧化硅属于无定形态，不耐碱和氢氟酸，水热稳定性较差。

水热法是在特制的密闭反应容器高压釜里，采用水溶液作为反应介质，通过对反应容器加热，创造一个高温高压的反应环境，使得通常难溶或不溶的物质溶解并重结晶而制得结晶颗粒产物。水热法与其它二氧化铈制备方法主要不同点有：水热法直接从溶液中制备出结晶颗粒；可通过起始物质前驱物控制粉体颗粒的形貌和晶相；通常无需锻烧和研磨过程而得到低团聚度的颗粒产物。将铈盐沉淀物进行水热晶化制备二氧化铈颗粒的研究报道很多，但单纯的水热方法得到纳米二氧化铈颗粒粒度和形貌可控程度低。

常见的模板法制备二氧化铈的工艺是在铈盐的沉淀反应中加入模板剂，然后通过煅烧得到二氧化铈纳米线、纳米棒或纳米颗粒，如将醋酸铈在丙二醇中回流而后将沉淀物煅烧，制得了粒径1μm左右的二氧化铈微球。这类基于沉淀煅烧的工艺，得到的颗粒物团聚程度高，形貌不够规则。

还有报道，在水热条件下，用不同模板剂诱导硝酸铈水解成核晶化制得亚微米级多晶二氧化铈微球，该过程将模板法与水热相结合，制得了球形度较高的氧化铈颗粒，但颗粒尺寸的均一性仍然较差。

因此，目前二氧化铈球形颗粒控制合成的研究还很不成熟，要在亚微米、纳米尺度范围得到球形度及单分散性良好的二氧化铈颗粒还需要探索新的合成工艺。本发明提出了一种复合模板晶种诱导水热法来可控合成尺寸均一的单分散二氧化铈微球。

发明内容

本发明的目的是提供一种作为尺寸标准物质的二氧化铈微球。

本发明提供的二氧化铈微球为无机-有机杂化微球，由二氧化铈与聚乙烯吡咯烷酮分子组成，其中二氧化铈与聚乙烯吡咯烷酮的重量比为11～16∶1，该无机-有机杂化微球为多晶结构，属于立方晶系，晶体结构为萤石型(如图1所示)，晶胞为面心立方结构，微球形状因子小于1.2，尺寸范围为90nm～450nm，尺寸值的相对不确定度小于5％。

本发明在模板法与水热法相结合的基础上，提出了一种复合模板晶种诱导水热法来可控合成单分散二氧化铈微球，通过所制得的无机-有机复合模板作为晶种，来均匀诱导铈盐水解成核，强化水热晶化过程，通过对合成参数的控制，得到系列尺寸均一的单分散球形二氧化铈颗粒。

因此，本发明提供了一种二氧化铈微球，其通过包括以下步骤的方法制备：

1)第一次水热反应：混合铈盐、聚乙烯吡咯烷酮和水，搅拌溶解后，移入水热釜中，在140～280℃下搅拌反应12～48h，冷却后离心获得上清液，其中，铈盐与聚乙烯吡咯烷酮的初始质量比为1∶0.5～3，铈盐初始浓度为0.09～0.18mol/L；以及

2)第二次水热反应：向获得的上清液中加入铈盐，搅拌均匀后，移入水热釜中，在140～280℃下搅拌反应12～48h，然后经冷却、离心、清洗获得二氧化铈微球，其中，所述铈盐的浓度为0.03～0.06mol/L。

根据本发明的二氧化铈微球，所述铈盐为易溶解于水的三价铈盐，所述聚乙烯吡咯烷酮的分子量为8000～360000，包括PVP K15、PVP K17、PVP K25、PVP K30、PVP K40、PVP K60和PVP K90；水热釜填充度为50～80％；在两次水热反应中搅拌的转速为10～800rpm。