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纳米氧化铝粉的应用与纳米氧化铝粉的制备方法

纳米氧化铝粉的应用与纳米氧化铝粉的制备方法

  • 分类:行业动态
  • 作者:ZC-New Material
  • 来源:
  • 发布时间:2021-03-15
  • 访问量:0

【概要描述】简单概述纳米氧化铝粉的应用与纳米氧化铝粉的制备方法

纳米氧化铝粉的应用与纳米氧化铝粉的制备方法

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纳米材料是指一维尺度小于100nm,且具有常规材料乃至常规微细粉末材料所不具备的许多反常特性的一类材料。纳米氧化铝粉体尺寸介于1-100 nm之间,20世纪80年代中期H.Gleiter等首次制得。纳米氧化铝材料的特殊光电特性、高磁阻现象、非线性电阻现象、在高温下仍具有的高强、高韧、稳定性好等特性,以及各种纳米粉体材料共有的小尺寸效应、表面界面效应,量子尺寸效应和宏观量子隧道效应、使其在催化、滤光、光吸收、医药、磁介质及新材料等领域有广阔的前景。

图一:中超股份特种氧化铝电镜图(禁止盗用)

 

氧化铝在地壳含量非常丰富的一种氧化物。氧化铝有多种晶型,其中α-Al2O3属于高温稳定晶型,具有较高的熔点和很高的化学稳定性。通常可使用拜耳法和电熔法来生产α-Al2O3粉体,此类粉体广泛运用于制备各种氧化铝陶瓷。纳米氧化铝由于表面效应、量子尺寸效应、体积效应、宏观量子隧道效应的作用而具有良好的热学、光学、电学、磁学以及化学方面的性质,因此它被广泛用于传统产业(轻工、化工、建材等)以及新材料、微电子、宇航工业等高科技领域,如下表所列,随着科学技术的迅猛发展,纳米氧化铝的应用领域会得到更大地拓宽,市场需求量也会日益增大,应用前景非常广阔。

图二 α-Al2O3晶体结构

 

纳米粒子的优异性能,很大程度上取决于颗粒粒径的大小。因此如何颗粒小,克服纳米化而导致的颗粒团聚现象无疑是纳米材料性质稳定、功能发挥的关键,目前已有不少制备方法能解决上述问题。到目前为止,国内外对于纳米氧化铝的 制备方法总体上可以分为三大类,即气相法、液相法和固相法。

一、固相烧结法

固相法可分为燃烧法、热解法和非晶晶化法。燃烧法是将铝粉直接燃烧而得到的微细氧化铝的方法;热解法是将铝盐经过热分解反应,再经研磨,从而得到氧化铝的纳米粒子。非晶晶化法是先制备非晶态的化合态铝,然后经过退火处理,使非晶晶化。由于非晶态在热力学上是不稳定的,在受热或辐射条件下会出现晶化现象,控制适当的条件可以得到氧化铝的纳米晶。

二、气相法

气相法是利用各种方式将物质变成气体,使之在气体状态下发生物理或化学变化,在冷却过程中凝聚长大形成超微粉的方法。

1.激光诱导气相沉积法

激光诱导气相沉积合成技术主要是利用激光产生高温环境,使得反应物在瞬间发生反应,产生超微粒的小胚胎。然后这些小胚胎会长大,当离开激光照射区时被快速冷却而停止生长,形成微粉进入收集器,最后进行相应的处理,即可得到纳米粉体。

2.等离子气相合成法

铝盐在阴阳极板之间形成的等离子气体气氛下,与空气发生氧化反应,形成氧化物。然后,对产物进行快速冷却,使其形成微小颗粒即纳米氧化铝。最后,对其进行收集。

3.化学气相沉积法

化学气相沉积是氯化铝在远高于临界反应温度的条件下,使反应物蒸气形成很高的饱和蒸气压,自动凝聚形成大量的晶核,生成的固态物质沉积在加热的固态基体表面,最终在收集室内得到纳米氧化铝。

三、液相法

液相法是目前实验室和工业上广泛采用的制备超微粉的方法。其过程是把铝盐配制成一定浓度的溶液,再选择一种合适的沉淀剂或用蒸发、升华、水解等操作将金属离子均匀沉淀或结晶出来,最后将沉淀或结晶物脱水或者加热分解制得超微粉。液相法可分为沉淀法、溶胶-凝胶法、溶液蒸发法以及微乳液反应法。

1.沉淀法

沉淀法是在原料液中添加适当沉淀剂,使得原料液中的铝离子形成各种形式的沉淀物,然后经过滤、洗涤、干燥,加热分解等工艺过程制得。沉淀法又可分为直接沉淀法、均匀沉淀法和水解沉淀法等。

2.溶胶-凝胶法

此法又称胶体化学法,是利用醇铝盐或无机铝盐的水解和聚合反应制备氢氧化铝均匀溶胶,再浓缩成透明凝胶,凝胶经抽真空低温干燥可得氢氧化铝的超微细粉,在不同的热处理条件下锻烧,可得不同晶型的纳米氧化铝。其中控制溶胶凝胶化的主要参数为溶液的PH值、溶液浓度、反应温度和时间等。

3.溶液蒸发法

此法分为喷雾热解法和冷冻干燥法。即把溶液制成小滴后进行快速蒸发从而使组分偏析最小,再经过加热分解制得纳米微粉。喷雾热解法是将可溶性铝盐硝酸铝、碳酸铝按等溶液用喷雾器喷入到高温的气氛中,溶剂的蒸发和铝盐的分解 同时迅速进行,从而制得氧化铝粉末。冷冻干燥法是将铝盐溶液喷雾到低温有机溶剂中,使其迅速冷冻,然后在低温减压条件下升华脱水,最后再加热分解得氧化铝微粉。

4.微乳液反应法

一般情况下,我们将两种互不相溶液体在表面活性剂作用下形成的热力学稳定、各向同性、外观透明或半透明、粒径1-100 nm的分散体系称为微乳液。Maston等用超临界流体-反胶团方法在AOT-丙烷-H2O体系中制备Al(OH)3 胶体粒子时, 使一种反应物在水核内,另一种为气体,将气体通入液相中,充分混合使二者发生反应而制备纳米颗粒。具体方法是采用快速注入干燥氨气 的方法得到球形均分散的超细Al(OH)3粒子。

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