本發(fā)明涉及一種二氧化硅-二氧化鈰顆粒及其制備方法和離子液體的用途。

背景技術(shù)：

1、化學(xué)機(jī)械拋光是提供超大規(guī)模集成電路制造過(guò)程中全局平坦化的一種技術(shù)。將二氧化硅與二氧化鈰復(fù)合，可以影響鈰的含量，進(jìn)而影響拋光效率。此外，二氧化硅也是一種優(yōu)秀的拋光磨料，對(duì)氧化鈰拋光產(chǎn)生的劃痕有“修復(fù)”的作用，相當(dāng)于“兩次”拋光。因此，二氧化硅-二氧化鈰復(fù)合材料的開(kāi)發(fā)是當(dāng)前拋光磨料的研究熱點(diǎn)之一。

2、傳統(tǒng)制備二氧化硅-二氧化鈰復(fù)合材料的方法主要有水熱、溶膠-凝膠、共沉淀、浸漬、過(guò)濾和高溫煅燒等方法，但它們均存在制備周期長(zhǎng)，制備方法復(fù)雜，顆粒易團(tuán)聚，大小及形狀不均勻等缺陷。

3、離子液體是一種新型綠色溶劑，是一種由陰離子和陽(yáng)離子組成的離子化合物，也稱(chēng)為有機(jī)鹽。由于其特殊的化學(xué)和物理性質(zhì)，如室溫附近具有熔點(diǎn)較寬的液體范圍，在空氣和濕氣中具有良好的穩(wěn)定性，具有較高的溶解度，低蒸氣壓，低毒、不可燃和電位窗寬等特點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注。離子液體可以作為溶劑、反應(yīng)物和模板用于制造無(wú)機(jī)材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種二氧化硅-二氧化鈰顆粒的制備方法，該制備方法能夠得到分散性好，具有特定粒徑和形貌的二氧化硅-二氧化鈰顆粒。進(jìn)一步地，本發(fā)明的制備方法得到的二氧化硅-二氧化鈰顆粒的結(jié)晶度高，形貌規(guī)整，分散均勻。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種二氧化硅-二氧化鈰顆粒。本發(fā)明的再一個(gè)目的在于提供一種離子液體的用途。

2、本發(fā)明通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)上述目的。

3、一方面，本發(fā)明提供了一種二氧化硅-二氧化鈰顆粒的制備方法，包括如下步驟：

4、(1)將鈰鹽水溶液加入至含有二氧化硅顆粒和離子液體的第一混合物中，形成第二混合物；

5、(2)將第二混合物在160～240℃下反應(yīng)，得到前驅(qū)體；

6、(3)將前驅(qū)體在600～1000℃下焙燒，得到二氧化硅-二氧化鈰顆粒；

7、所述離子液體的陽(yáng)離子如式(i)所示：

8、

9、其中，r1和r2分別獨(dú)立地選自c1～c6的烷基；r3選自h、c1～c6的烷基；

10、所述離子液體的陰離子選自bf4-、cl-、br-、no3-、pf6-、h2po4-中的一種或多種；

11、第二混合物中，鈰元素和二氧化硅顆粒的摩爾質(zhì)量比為2:(150～300)mol/g。

12、本發(fā)明的二氧化硅顆粒為親水型二氧化硅顆粒。親水型二氧化硅顆粒的表面具有豐富的羥基，其表面未經(jīng)疏水基團(tuán)修飾。

13、本發(fā)明的二氧化硅顆粒為無(wú)定形形態(tài)。

14、二氧化硅顆粒的粒徑可以為50～500nm；優(yōu)選為100～300nm。

15、優(yōu)選地，第二混合物中，鈰元素和二氧化硅顆粒的摩爾質(zhì)量比為2:(170～250)mol/g；更優(yōu)選地，第二混合物中，鈰元素和二氧化硅顆粒的摩爾質(zhì)量比為2:(180～200)mol/g。

16、根據(jù)本發(fā)明的制備方法，優(yōu)選地，二氧化硅顆粒和離子液體的質(zhì)量體積比為(150～300)：30mg/ml。

17、優(yōu)選地，二氧化硅顆粒和離子液體的質(zhì)量體積比為(170～250)：30mg/ml。更優(yōu)選地，二氧化硅顆粒和離子液體的質(zhì)量體積比為(180～200)：30mg/ml。

18、根據(jù)本發(fā)明的制備方法，優(yōu)選地，所述鈰鹽水溶液選自硝酸鈰水溶液、氯化鈰水溶液、硫酸鈰水溶液中的一種或多種；

19、所述鈰鹽水溶液的濃度為0.1～10mol/l。

20、鈰鹽水溶液可以為無(wú)機(jī)鈰鹽的水溶液。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，鈰鹽水溶液為硝酸鈰的水溶液。硝酸鈰可以以其水合物的形式使用。例如，六水合硝酸鈰。

21、優(yōu)選地，鈰鹽水溶液的濃度為0.3～5mol/l；更優(yōu)選地，鈰鹽水溶液的濃度為0.5～1mol/l。

22、根據(jù)本發(fā)明的制備方法，優(yōu)選地，第二混合物中，離子液體和水的體積比為30:(1～7)。

23、優(yōu)選地，第二混合物中，離子液體和水的體積比為30:(2～6)；更優(yōu)選地，第二混合物中，離子液體和水的體積比為30:(3～5)。

24、根據(jù)本發(fā)明的制備方法，優(yōu)選地，r1和r2分別獨(dú)立地選自c1～c3的烷基，r3為h；

25、所述離子液體的陰離子為bf4-。

26、優(yōu)選地，烷基為鏈烷基；更優(yōu)選地，烷基為直鏈烷基。烷基的實(shí)例包括但不限于甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基。

27、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，離子液體為1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽。

28、上述離子液體有助于形成特定粒徑和形狀的二氧化硅-二氧化鈰顆粒，提高分散性。

29、根據(jù)本發(fā)明的制備方法，優(yōu)選地，步驟(2)中，反應(yīng)時(shí)間為10～30h；步驟(3)中，焙燒時(shí)間為1～3h。

30、步驟(2)中，反應(yīng)溫度優(yōu)選為180～220℃；更優(yōu)選為190～210℃。

31、優(yōu)選地，步驟(2)中，反應(yīng)時(shí)間為15～25h；更優(yōu)選地，步驟(2)中，反應(yīng)時(shí)間為16～20h。

32、步驟(3)中，焙燒溫度優(yōu)選為700～900℃；更優(yōu)選為700～800℃。

33、步驟(3)中，焙燒時(shí)間優(yōu)選為2～2.5h。

34、第二混合物可以在聚四氟乙烯反應(yīng)釜中進(jìn)行反應(yīng)。

35、在某些實(shí)施方式中，還包括如下步驟：將反應(yīng)得到的反應(yīng)產(chǎn)物固液分離，得到固體產(chǎn)物。將固體產(chǎn)物洗滌，然后干燥，得到前驅(qū)體。

36、可以采用離心或過(guò)濾的方式將反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行固液分離。優(yōu)選地，采用離心的方式。在固液分離前，可以先將反應(yīng)產(chǎn)物降溫至20～35℃；優(yōu)選地，降溫至25～30℃。

37、洗滌的目的是為了將固體產(chǎn)物上附著的雜質(zhì)清洗干凈。洗滌的方式在此不作限制，采用本領(lǐng)域常規(guī)的方法即可。洗滌所采用的洗滌劑可以選自含有1～6個(gè)碳原子的一元醇。例如，甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇。

38、干燥的目的是為了將洗滌后的固體產(chǎn)物表面附著的液體去除。優(yōu)選地，干燥溫度為60～95℃；更優(yōu)選為75～85℃。優(yōu)選地，干燥時(shí)間為7～15h；優(yōu)選為9～12h。干燥可以在烘箱內(nèi)進(jìn)行。

39、焙燒可以在馬弗爐中進(jìn)行。

40、在某些實(shí)施方式中，還包括如下步驟：將焙燒產(chǎn)物冷卻后，進(jìn)行研磨，從而得到二氧化硅-二氧化鈰顆粒。

41、研磨將部分粘連或團(tuán)聚在一起的顆粒分散開(kāi)，并未改變顆粒的形狀和粒度。

42、本發(fā)明的方法無(wú)需使用氣流粉碎和精密分級(jí)，即可得到粒徑小，粒度分布范圍窄，形貌可控的二氧化硅-二氧化鈰顆粒。

43、待鈰鹽水溶液加入至第一混合物后，在20～35℃；優(yōu)選地，25～30℃下攪拌10～60min；優(yōu)選地，20～40min，得到第二混合物。

44、另一方面，本發(fā)明提供了一種二氧化硅-二氧化鈰顆粒，該二氧化硅-二氧化鈰顆粒由上述制備方法制備得到；

45、二氧化硅-二氧化鈰顆粒的粒徑范圍為100～400nm。在某些實(shí)施方式中，粒徑范圍為100～300nm。

46、本發(fā)明的二氧化硅-二氧化鈰顆粒為球狀、類(lèi)球狀或浴花狀。

47、本發(fā)明的二氧化硅-二氧化鈰顆粒中，二氧化硅為無(wú)定形形態(tài)。所得二氧化硅-二氧化鈰顆粒為硅-鈰復(fù)合產(chǎn)物。

48、再一方面，本發(fā)明提供了一種離子液體在調(diào)控二氧化硅-二氧化鈰顆粒粒徑和/或形貌中的用途，所述離子液體的陽(yáng)離子如式(i)所示：

49、

50、其中，r1和r2分別獨(dú)立地選自c1～c6的烷基；r3選自h、c1～c6的烷基；

51、所述離子液體的陰離子選自bf4-、cl-、br-、no3-、pf6-、h2po4-中的一種或多種。

52、根據(jù)本發(fā)明的用途，優(yōu)選地，包括如下步驟：

53、(1)將鈰鹽水溶液加入至含有二氧化硅顆粒和離子液體的第一混合物中，形成第二混合物；

54、(2)將第二混合物在160～240℃下反應(yīng)，得到前驅(qū)體；

55、(3)將前驅(qū)體在600～1000℃下焙燒，得到二氧化硅-二氧化鈰顆粒。

56、離子液體的選擇及具體步驟和參數(shù)如前文所述，在此不再贅述。

57、本發(fā)明的制備方法能夠得到分散性好，粒徑為100～400nm的二氧化硅-二氧化鈰顆粒。本發(fā)明的二氧化硅-二氧化鈰顆粒具有球狀或浴花狀。本發(fā)明的二氧化硅-二氧化鈰顆粒具有較高的結(jié)晶度，形貌規(guī)整。本發(fā)明的制備方法在制備的過(guò)程中無(wú)需使用表面活性劑或分散劑。