超声波辅助沉淀法制备纳米氧化铝粉体
Material Sciences 材料科学, 2020, 10(1), 24-30
Published Online January 2020 in Hans. https://www.sodocs.net/doc/6916466661.html,/journal/ms
https://https://www.sodocs.net/doc/6916466661.html,/10.12677/ms.2020.101004
Preparation of Nano-Alumina Powders by
Ultrasonic Assisted Precipitation
Zhengguo Yan*, Hong Wang, Kun Jiang, Jingkun Yu
School of Metallurgy, Northeastern University, Shenyang Liaoning
Received: Dec. 14th, 2019; accepted: Dec. 27th, 2019; published: Jan. 3rd, 2020
Abstract
Using aluminum nitrate and ammonium bicarbonate as starting materials, nano-alumina powders were prepared by ultrasonic-assisted precipitation method. The influence of drying method and bath temperature on the synthesized powders was investigated by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). The results show that the better dispersion and more uni-form powders were prepared by vacuum freeze drying than the traditional air blast drying. The particle size of alumina powder increases with the increase of bath reaction temperature, and the suitable reaction temperature is 25?C. Nano-alumina powders with narrow particle size distribu-tion and good dispersion were prepared by ultrasonic-assisted precipitation method.
Keywords
Ultrasonic, Precipitation, Freeze-Drying, Nano-Alumina
超声波辅助沉淀法制备纳米氧化铝粉体
颜正国*，王宏，蒋昆，于景坤
东北大学冶金学院，辽宁沈阳
收稿日期：2019年12月14日；录用日期：2019年12月27日；发布日期：2020年1月3日
摘要
以硝酸铝和碳酸氢铵为原料，采用超声波辅助沉淀法制备Al2O3粉体，利用XRD和SEM对所制备的粉体的物相和形貌进行表征，考察了干燥方式和水浴温度对粉体制备的影响。结果表明真空冷冻干燥较传统鼓*通讯作者。
颜正国等
风干燥制得的氧化铝粉体分散性更好，粒径更均匀；氧化铝粉体的粒径随着反应温度的升高而增大，适宜的水浴温度为25℃；利用超声波辅助沉淀法制得了粒径分布窄、分散性好的纳米氧化铝粉体。
关键词
超声波，沉淀法，冷冻干燥，纳米氧化铝
Copyright ? 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc.
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1. 引言
氧化铝粉体，尤其是纳米氧化铝，由于具有高熔点、高硬度、耐酸碱腐蚀、抗磨损、良好的绝缘和介电性能，以及优异的光学和机电性能，被广泛应用于耐火材料、精密陶瓷、生物陶瓷、化学化工、光学器件、集成电路和航空航天等领域。
目前，制备纳米氧化铝粉体的方法众多，根据合成粉体的条件不同可分为气相法[1][2]、液相法[3]-[8]和固相法[9][10]。其中，液相沉淀法制备的氧化铝粉体具有粒度小、活性高、粒径均匀及纯度高等优点，所以该方法被广泛采用，是制备氧化铝超细粉体的一种常用方法。然而该方法所制备的氧化铝粉体仍然存在一定的团聚现象，而团聚是制备高性能氧化铝粉体的一个难点，制约着其发展应用。因此，如何进一步对粉体的分散程度进行有效调控还需进一步研究。
近年来，将外场引入到材料的制备过程中愈来愈受到人们的关注。利用超声波的传播特性，即在溶液中传播所造成的声压剧变导致液体产生强烈的空化及乳化现象，致使在极短时间内产生数以千百万计的微小空化气泡，在声压作用下这些气泡大量、急速地产生，并不断地发生猛烈爆破，爆破产生强大的冲击力以及负压吸力，有利于液相体系中反应物粒子的接触。此前，已有学者在超声波辅助下通过溶胶–凝胶自蔓延法制备纳米氧化铝[11]。本研究将超声波场引入到沉淀反应体系，探究超声波辅助化学沉淀法对纳米氧化铝粉体制备的影响。
2. 实验
2.1. 实验原料
实验所用原料有化学纯试剂九水合硝酸铝(Al(NO3)3?9H2O)、碳酸氢铵(NH4HCO3)和无水乙醇，以上试剂生产厂家均为国药集团化学试剂沈阳有限公司。此外，实验中还用到去离子水，其为实验室自制。
2.2. 实验步骤
具体实验步骤如下：称取一定量的九水合硝酸铝以及碳酸氢铵，将其分别溶于乙醇水溶液(去离子水与无水乙醇体积比为1:1)，使九水合硝酸铝和碳酸氢铵的浓度之比为1:8，将配置好的硝酸铝溶液盛在烧杯中置于恒温水浴箱中。将水浴温度分别控制在25℃、35℃、45℃和55℃四个温度，采用正向滴定法将配制好的碳酸氢铵溶液逐滴滴加到所配制好的硝酸铝溶液中，同时进行强力搅拌，部分实验同时施加超声波，产生絮状沉淀，最终形成乳白色悬浊液。持续搅拌15 min后，对白色悬浊液进行抽滤，用去离子水洗涤3次后再用无水乙醇洗涤2次，得到氧化铝的前驱体。将所制得的氧化铝前驱体置于鼓风干燥箱或冷冻干燥机中干燥。待前驱体充分干燥后，将其置于高温电阻炉中于1135℃煅烧2 h，得到目标产物
颜正国等
氧化铝粉体。
2.3. 性能检测与表征
采用日本理学D/MAX-RB型X射线衍射仪(XRD)分析所制备的Al2O3粉体的物相组成，利用日本岛津公司SSX-550型扫描电镜(SEM)观察粒子的形貌及大小。
3. 结果与讨论
3.1. 干燥方式对粉体的影响
经常规鼓风干燥箱干燥和冷冻干燥两种干燥方式下所制备的氧化铝前驱体的物相组成如图1所示。
由图1所示XRD分析结果可以看出，经常规干燥和冷冻干燥两种干燥方式所制备的氧化铝前驱体其物相组成主要为NH4Al(OH)2CO3，以及少量的勃姆石。由物相分析结果可知，两种干燥方式所制得的氧化铝前驱体物相组成相同，可见干燥方式对于前驱体的物相组成并无影响。
Figure 1.XRD patterns of alumina powders prepared by different drying
methods
图1.两种干燥方式下前驱体的XRD图谱
为了进一步探究干燥方式对氧化铝粉体制备的影响，将不同干燥方式所制备的氧化铝前驱体均在1135℃高温电阻炉中煅烧2 h，煅烧后粉体的扫描电子显微镜照片如图2所示。由图2(a)、图2(b)所示目标产物氧化铝的SEM照片可见，两种不同干燥方式下所制备的氧化铝粉体均为纳米尺度，但经常规鼓风干燥所制备的氧化铝粉体有着较为明显的团聚现象，而冷冻干燥条件下所制备的氧化铝纳米粉体则分散性相对较好。
分析认为，两种不同干燥方式所制备的氧化铝粉体其团聚程度存在差异的原因是由这两种干燥方式的干燥机理所决定的。采用常规的鼓风干燥方式时，随着干燥的进行，溶剂在颗粒之间形成“液桥”，气–液界面上的表面张力将使相邻两颗粒相互吸引；当干燥进行至“液桥”减少乃至消失时，会产生一定压缩力，会将两颗粒进一步压缩在一起，从而形成硬团聚。而采用冷冻干燥，则是将所需干燥的物料通过冷冻至水的冰点以下，在高真空密闭的容器中物料中的游离水将直接从固态冰升华至水汽而得以去除的一种干燥方法。在粉体冷冻过程中，颗粒之间是由溶剂形成的“固桥”，颗粒间的相对位置比较固
颜正国 等
定，而且颗粒之间不存在气–液界面的表面张力。随着后续干燥的进行，溶剂升华，“固桥”不断减少乃至消失，但颗粒间的相对位置不再发生变化。冷冻干燥这种方式充分利用了水的性能特点，以及表面能与温度间的关系，当一定量的水被冷冻成冰时其体积发生膨胀，水由液态变为固态的相变过程中所产生的膨胀力，将使得原先相互靠近的颗粒适当的被分开，同时由于固态的形成也进一步阻止了粒子的进一步聚集，从而防止了粉体的硬团聚现象的产生。
(a) (b)
Figure 2. SEM images of Al 2O 3 powders prepared by different drying methods, (a) freeze drying; (b) oven
drying
图2. 不同干燥方式(a) 冷冻干燥，(b) 常规干燥所制得氧化铝粉体的SEM 照片
3.2. 超声波辅助对粉体的影响
图3示出了在沉淀过程中施加超声波与否对粉体物相的影响。由图3所示XRD 检测分析结果可以看出，在沉淀过程中有无施加超声波，所制备的粉体的峰型结构一致，均为单一相α-Al 2O 3。相对来讲，在沉淀过程中施加超声波，所制备的粉体的XRD 的特征衍射图谱较未施加超声波有些许程度的宽化，据此可推断其粉体粒径应更细小一些。经Scherre 公式简单测算，超声波辅助液相沉淀法制备的氧化铝粉体粒径为51 nm ，而未施加超声波所制备的粉体其粒径则为64 nm 。
有无超声波作用所制备的粉体的微观结构形貌如图4所示。由图4所示氧化铝粉体SEM 照片可以看出，在沉淀过程中施加超声波作用，所制备的氧化铝粉体的粒径相对更为细小，其分散性也更好。所示结果与XRD 分析推断基本一致。分析认为，将超声波作用于纳米氧化铝的制备过程中，沉淀液被施加超声场以后，将产生一系列的“空化泡”现象，在相继经历超声的稀疏相和压缩相时，气泡产生生长、收缩、再生长，以及再收缩等变化，经上述多次周期性的振荡，最终得以高速崩裂。而在此崩裂过程中，将产生强烈的冲击波，在液–固界面产生强烈的冲击波作用，从而导致固体粒子分散开来。超声波辅助液相沉淀法制备纳米氧化铝的过程中，主要起到了以下几点作用：促进成核作用，大大增加了晶核数量，使粒子粒径变小；源于“空化泡”所产生的巨大压力，即强大的冲击波，可以使粒子粉碎，减少了粒子的团聚现象；另外，超声波的混合作用也使得整个反应体系更加均匀化。
3.3. 水浴反应温度对氧化铝粉体的影响
图5(a)~(d)分别示出了水浴温度为25℃、35℃、45℃和55℃四个反应温度条件下所制备的氧化铝粉体的SEM 照片。由图5所示结果可见，在一定范围内随着反应温度的升高，氧化铝粉体的粒径随着水浴反应温度的升高而增大，当反应温度增大到一定程度后，粒径基本上不再变化；水浴反应温度为常温(25℃)条件下反应制得的纳米氧化铝粒径最小，最小粒径约为30 nm ，粒径更均匀。
颜正国 等
Figure 3. XRD patterns of alumina powders prepared with or without
ultrasonic assist
图3. 有无超声波条件下制得的氧化铝粉体的XRD 图谱
(a) (b)
Figure 4. SEM images of alumina powders prepared with or without ultrasonic assist (a) without, (b) with
图4. 有无超声波辅助制得的氧化铝粉体的SEM 照片，(a) 无超声波，(b) 有超声波
(a)
(b)
颜正国 等
(c) (d)
Figure 5. SEM images of alumina powders prepared at different temperatures (a) 25?C , (b) 35?C , (c) 45?C , (d)
55?C
图5. 不同反应温度(a) 25℃，(b) 35℃，(c) 45℃，(d) 55℃下制得的氧化铝粉体SEM 照片
在沉淀反应过程中温度是比较重要的影响因素之一。由晶粒的生长速度方程和过饱和度与温度之间的关系可知，当溶液中析出组分的含量一定时，溶液的过饱和度一般随着温度的下降而增大。随着反应温度的升高，晶粒的生成速度增大，并在适当温度达到最大值。继续升高反应温度，不仅导致溶液过饱和度的下降，同时也将使得溶液中分子动能增加过决，从而不利于在沉淀过程中形成稳定的晶粒，此时晶粒的生成速度反而又趋下降。因此，在沉淀反应过程中，选择合适的反应温度对于控制沉淀颗粒结构至关重要。对本实验而言，当沉淀反应水浴温度控制在常温，即25℃左右比较理想，此时所制备的粉体粒径较为细小。
4. 结论
(1) 真空冷冻干燥和常规鼓风干燥两种干燥方式对氧化铝前驱体的物相组成没有影响，但真空冷冻干燥所制备的氧化铝粉体具有更窄的粒度分布，更细小的晶粒结构。
(2) 在沉淀反应过程中施加超声波场，可明显改善氧化铝粉体的团聚程度。超声波辅助液相沉淀法可制备出粒径小、粒度分布窄的纳米氧化铝粉体。
(3) 随水浴反应温度的升高，氧化铝粉体的粒径随之增大，当反应温度增大到一定程度后，粒径基本上不再变化。水浴温度为常温(25℃)条件下反应制得的纳米氧化铝粉体粒径最小，粒度更均匀。 参考文献
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氧化铝粉体制备
氧化铝粉体的合成与表征 1.国内外研究现状及其基本情况 氧化铝是一种具有多种形态的金属氧化物，主要晶型包括最常见的有a和y 型，晶型的转变主要取决于温度。氢氧化铝或水合氧化铝加热到800摄氏度左右转化为y型氧化铝，1200摄氏度时转化为a型氧化铝。因氧化铝特殊的结构和性质特点，使其在电子、化工、航空航天等领域得到广泛的应用。随着高科技的发展，社会对新材料越来越重视，国内外工作者对新材料的开发与应用给予了极大的关注，各种具有特殊功能的材料也得到人们的重视。其中，各种物质的超细化被人们认为是材料开发研究的基础。所谓超细粉体通常是指尺度介于分子，原子和宏观物体之间，粒度在(1-100)nm范围内的微粒]。 高纯超细氧化铝粉体是纯度在99.99%以上的超微细粉体材料，是二十一世纪新材料中产量最大、产值最高、用途最广的尖端材料之一，高纯氧化铝粉体因其纯度高，粒径小，显示出了常规材料所不具有的光、电、磁、热和机械特性，因而它作为一种新型功能材料广泛应用于光学、化工及特种陶瓷等多个领域[6]。 国外关于氧化铝的研究工作开展得比较早，技术也较先进。以下是一些具有代表性的研究成果:在气相法中，美国的Chen Y J用气相法制备出粒径为30—— 50nm的无团聚氧化铝纳米粒子；用气相热解法以三甲基铝Al(CH 3) 3 和N 2 0为原料， 加入C 2H 4 作为反应敏化剂，采用C0 2 激光(C 2 H 4 在C0 2 激光发射波长处有共振吸收)加 热进行反应，然后1200——1400℃下进行热处理成功地合成了粒径为15——20nm 的A1 20 3 粒子；日本专利用蒸发冷凝法，以氧化铝陶瓷(纯度为99.99%)作为蒸发源， 放在一个压力为0。01 Pa的真空器中，通入0 2， CO或C0 2 ，使压力保持在15Pa左 右，用C0 2 激光照射氧化铝陶瓷使之蒸发，蒸发出的氧化铝在气体中迅速冷却得到超细高纯氧化铝。在液相法中，Felde B用溶胶——凝胶法，以异丁醇铝为前驱体，加入乙酰丙酮和硝酸铵，经水解、沉化形成凝胶，再经干燥、锻烧得到粒 径为50nm的α-A1 20 3 粒子；法国的Eponthieu利用硝酸铝、二甲苯、tween80组成 微乳液体系，制得了40——50nm的氧化铝粒子。 我国氧化铝的研究是从90年代开始的，当时主要集中在中科院和高等院校，在1990——2000年10年中，中国打破西方国家对中国的封锁。己建立了多种物理、化学方法制备纳米材料。关于纳米氧化铝的研究也有一定的进展。王宏志等用络 合物——凝胶法在Al (NO 3) 3 溶液中加入丙烯酰胺单体N， N，一亚甲基丙烯酰胺 网络剂，在80℃聚合获得凝胶，经过干燥、锻烧得10nm的a-A1 20 3 粉体。周曦亚采 用均匀沉淀法，以硝酸铝和脲为原料制的氢氧化铝凝胶，在用低表面张力的乙醇 为脱水剂得到40nm以下的γ- A1 20 3 粒子；周恩绚等采用相转移分离法，在高速搅 拌下，将硫酸铝铵溶液迅速加入到碳酸氢铵溶液中生成溶胶，再加表面活性剂 Span和有机溶剂二甲苯，可知的粒径为20——30nm的a-A1 20 3 粒子。冯丽娟等以溶 液蒸发法(超临界法)研究了无机盐——有机溶剂(水和硝酸铝——乙醇)体系中超细氧化铝的制备，所得产品为短纤维状微晶，其长轴为90nm，短轴为5nm。 目前，氧化铝的制备主要停留在探索试验阶段，也进行了一些探索性的工业化水平的生产，但大多数制备方法得到的纳米氧化铝粒径分布较宽，并且制备过程重复性差。还有很多基础性的工作需要投入大量的人力、物力来完成。 2.氧化铝粉体的结构性质及应用
激光法制备纳米粉体的原理
激光法制备纳米粉体的原理 激光制备纳米粉体的基本方法有激光诱导化学气相沉积法(LICVD)和激光烧蚀法(LAD)。激光诱导制备纳米粉体并不是仅仅以激光为加热源，而是利用激光的诱导作用和作用物质对特定激光波长的共振吸收制备出所要求的纳米粉体J。LICVD制备纳米粒子的基本原理是利用反应气体分子(或光敏分子)对特定波长激光的共振吸收，诱导反应气体分子的激光热解、激光离解(如紫外光解、红外多光子离解)、激光光敏化等化学反应，在一定工艺条件下(激光功率密度、反应池压力、反应气体配比、流速和反应温度等)反应生成物成核和生长，通过控制成核与生长过程，即可获得纳米粒子[ 。将反应气体混合后，经喷嘴喷入反应室形成高速稳定的气体射流，为防止射流分散并保护光学透镜，通常在喷嘴外加设同轴保护气体。如反应物的红外吸收带与激光振荡波波长相匹配，反应物将有效吸收激光光子能量，产生能量共振，温度迅速升高，形成高温、明亮的反应火焰，反应物在瞬间发生分解化合，形核长大。它们在气流惯性和同轴保护气体的作用下，离开反应区后，便快速冷却并停止生长，最后将获得的纳米粉体收集于收集器中]。激光烧蚀法是一个蒸发、分解合成、冷凝的过程，其基本原理是：将作为原料的耙材置于真空或充满氩等保护气体的反应室中，耙材表面经激光照射后，与入射的激光束相作用。耙材吸收高能量激光束后迅速升温、蒸发形成气态。气态物质可直接冷凝沉积形成纳米微粒，气态物质也可在激光作用下分解后再形成纳米微粒。若反应室中有反应气体，则蒸发物可与反应气体发生化学反应，经过形
核生长、冷凝后得到复合化合物的纳米粉体。激光烧蚀法同激光诱导化学气相法相比，其生产率更高，使用范围更广，并可合成更为细小的纳米粉体。由于激光的特殊作用，激光烧蚀法可制得在平衡态下不能得到的新相]。激光烧蚀法中，激光主要作用于固体一真空(气体)界面，随着对材料性能的新的要求，人们开始尝试激光烧蚀液一固界面。激光诱导液一固界面反应法与诱导固体一真空(气体)界面原理相似，只是反应或保护环境由真空或气体变为液体。首先，激光与液一固界面相互作用形成一个烧蚀区，再促使正负粒子、原子、分子以及其它粒子组成的等离子体的形成。等离子体形成后，因处于高温高压高密度绝缘膨胀态四处扩散，利用粒子间的相互作用和液体的束缚作用，在液一固界面附近形成纳米粉体。由于液体的作用促进了等离子体的重新形核生长，此方法在制备那些只有在极端条件下才能制备的亚稳态纳米晶具有很大的优越性J。为拓宽激光在纳米粉体制备中的应用，可采用激光一感应复合加热法制备纳米粉体。在激光作用之前，先将靶材用高频感应加热融化并达到较高温度，再引入激光作用于靶体。这可使靶体对激光的吸收大为加强，利于提高激光的利用率，并在耙区附近产生很大的温度和压力梯度，有利于提高粉末产率和降低粉体的平均粒径，故这种复合加热方法既具有感应加热制粉的优点又兼有激光制粉的优点。
纳米三氧化二铝粉体的制备与应用进展
2011年6月北京化工大学北方学院JUN.2011 北京化工大学北方学院NORTH COLLEGE OF BEIJING UNIVERSITY OF CHEMICAL TECHNOLOGY 2008级纳米材料课程论文 题目: 纳米三氧化二铝的制备与应用进展 学院：理工学院专业：应用化学班级： 学号：姓名： 指导教师: 2011年6月6日
文献综述 前言 纳米材料一般是指在一维尺度小于100nm，并且具有常规材料和常规微细粉末材料所不具有的多种反常特性的一类材料。作为纳米材料的一种，Al2O3拥有小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应一切特殊性质，所以具备特殊的光电特性、高磁阻现象、非线性电阻现象、在高温下仍具有的高强度、高韧、稳定性好等奇异特性，从而使Al2O3近年来备受关注研究并且在催化、滤光、光吸收、医药、磁介质及新材料等领域有广阔的应用前景[1]。 近年来从用途大体可以把氧化铝分为两类：第一类是用作电解铝生产的冶金氧化铝，随着氧化铝材料的广泛应用该类氧化铝占产量的大多数；第二类为非冶金氧化铝，主要包括非冶金用的氢氧化铝和氧化铝，也是通常所说的特种氧化铝，因其作用不同而与冶金氧化铝有较大的区别，主要表现在纯度、化学成分、形貌、形态等方面。由于粒径细小，纳米氧化铝可用来制作人造宝石、分析试剂以及纳米级催化剂和载体，用于发光材料可较大的提高其发光强度，对陶瓷、橡胶增韧，要比普通氧化铝高出数倍，特别是提高陶瓷的致密性、光洁度、冷热疲劳等。纳米氧化铝已用于YGA激光器的主要部件和集成电路基板，并用在涂料中来提高耐磨性[2]。随着人们对自身健康的关注和环保意识的增强，绿色化学理念正在材料制备与应用领域备受关注[3]。
实验2-纳米氧化铝粉体的制备及粒度分析
实验2 纳米氧化铝粉体的制备及粒度分析 一．实验目的 1．了解纳米材料的基本知识。 2．学习纳米氧化铝的制备。 3. 了解粒度分析的基本概念和原理。 4. 掌握马尔文激光粒度分析仪的使用。 二．实验原理 纳米氧化铝因其具有耐高温、耐腐蚀、比表面积大、反应活性高、烧结温度低，比普通氧化铝粉有着更优异的物化特性，在人工晶体、精细陶瓷、催化剂等方面得到广泛的应用。到目前为止纳米氧化铝粉末的制备方法众多，大致可分为气相法、固相法和液相化学反应法等，其中液相法制备Al2O3具有平均粒径小，分布范围窄、纯度高、活性高、设备简单、制备工艺影响因素可控等优点。 许多学者就纳米氧化铝的合成进行了广泛深入的研究。采用各种方法制备出纳米氧化铝粉体，但困扰纳米超细制备和应用的一个严重问题就是由于表面能造成的粉体的团聚，转相温度高而使颗粒明显长大，人们一般通过添加分散剂来克服团聚，因此对分散剂的合理选择，制备条件的有效控制及分散机理、分散效果的研究显得十分重要。 本实验以不同聚合度的聚乙二醇(PEG)为分散剂，采用沉淀法制备氢氧化铝胶体，胶体经800~1100℃高温煅烧2 h得到纳米氧化铝粉体，其在煅烧过程中经历Al(OH)3→AlOOH(勃姆石)→γ-Al2O3→δ-Al2O3→θ-Al2O3→α-Al2O3的相变过程，此方法能得到的最小平均粒径约为25 nm。 三．仪器与试剂 试剂：硫酸铝铵、浓氨水(25-28%)、聚乙二醇(PEG，聚合度n=200、600、2000、4000)、无水乙醇等，纯度均为AR级。 仪器：集热式恒温磁力搅拌器、40ml陶瓷坩埚、陶瓷研钵、500ml烧杯、真空水泵、布氏漏斗、抽滤瓶、马弗炉、50ml量筒、分析天平、空气塞、干燥箱、磁铁、容量瓶250ml、称量纸、滤纸、玻璃棒、钥匙、表面皿、分液漏斗。 Mastersizer 2000激光粒度仪。 四．实验步骤 1．查文献 《分散剂聚合度对纳米氧化铝粉体特性的影响》 2．样品的制备 将十二水合硫酸铝铵(M=453.33)配成0.2 mol/L的溶液(需加热溶解)，分别取出100 ml加入3 g不同聚合度的聚乙二醇(PEG)，恒温磁力搅拌(45±5 ℃)使PEG迅速溶解，保持水浴温度，用分液漏斗将25 ml氨水逐滴加入匀速搅拌的溶液中（10 min），形成白色胶状沉淀，氨水加完后，继续搅拌5 min，然后抽滤（抽滤时要防止滤纸穿破），用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤1次，得到胶体样品。胶体经70~80℃烘干，再800~1100 ℃煅烧2h，得到α型氧化铝纳米粉体，研磨后保存。 查阅文献《粒度分析基本原理》。 五．结果与讨论 采用不同聚合度的PEG作分散剂，测氧化铝粉体的粒径分布曲线，曲线的峰宽反映体系中所含颗粒尺寸的均匀程度，峰宽越窄则粒子的粒度越均匀。 1.完成表1内容。
制备纳米钛酸钡粉体
化学共沉淀法 ——制备纳米钛酸钡粉体 目录 (1) 成绩考评表 (2) 中文摘要 (3) 英文摘要 (4) 1前言 (5) 1 .1制备方法介绍 (6) 1.2所制备的材料介绍 (9) 1.3本实验主要研究内容 (12) 2.实验实施阶段 2.1方案介绍 (13) 2.2方案具体实施 (15) 3实验结果分析与讨论 (17) 参考文献 (22)
综合实验感想 (23) 3Ba TiO 纳米粉体的制备 摘要 以4TiCl 为钛源，2BaCl 为钡源，采用草酸共沉淀法制备batio3粉体， 研究了前驱体的煅烧温度对产物的影响，实验结果表明当煅烧温度控制在800度以上时，可制的纯度高结晶好的batio3超细粉体。 关键词：钛酸钡，草酸共沉淀，前驱体，温度
English abstract Thought of 4TiCl for titanium source 2BaCl for barium source, using oxalate coprecipitation preparation of batio3 powders, studied the precursor of the influence of calcining temperature on the product, the experimental results show that when the calcination temperature control over 800 degrees, can be made of high purity crystal good batio3 ultrafine powders. Key words: barium titanate, oxalate coprecipitation, precursor , temperature
纳米粉体制备方法
纳米粉体制备方法 纳米技术是当今世界各国争先发展的热点技术，纳米技术和材料的生产及其应用在中国已起步，可以产业化的只有为数不多的几个品种，纳米二氧化钛（ＴｉＯ2）、纳米氧化锌（ＺｎＯ）、纳米碳酸钙（ＣａＣＯ3）便是其中较具代表性的几个品种。纳米粉体的制备方法很多，可分为物理方法和化学方法。以下是对各种方法的分别阐述并举例。 1. 物理方法 (1)真空冷凝法 用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等离子体，然后骤冷。其特点纯度高、结晶组织好、粒度可控，但技术设备要求高。1。金属烟粒子结晶法是早期研究的一种实验室方法。将金属原料置于真空室电极处，真空室抽空（真空度1P a）导入102到103 P a压力的氩气或不活泼性气体，然后像通常的真空蒸发那样，用钨丝蓝蒸发金属。在气体中，通过蒸发、凝聚产生的金属蒸气形成金属烟粒子，像煤烟粒子一样沉积于真空室内壁上。在钨丝篮上方或下方位置可以预先放置格网收集金属烟粒子样品，以备各类测试所用。2。流动油面上的真空蒸发沉积法（VEROS），VEROS法是将物质在真空中连续的蒸发到流动着的油面上，然后把含有纳米粒子的油回收到贮存器内，再经过真空蒸馏、浓缩，从而实现在短时间制备大量纳米粉体。 (2)物理粉碎法 通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。例，有一种制备纳米粉体材料新方法，最适用于碳化物、氮化物及部分金属粉体的制备。其方法是先对反应器抽真空，然后充入保护气体或反应气体，在反应器中设置石墨电极，在石墨电极与反应器坩埚中的金属之间通电，使之产生高温碳电弧，由高温电弧产生金属蒸汽。采用保护气体可以生产出由石墨原子包覆的纳米镍粉、铜粉、铝粉等不易团聚的金属纳米粉末；采用反应气体可以生产碳化物、氮化物纳米粉末。与现有技术相比，生产的纳米粉末不易团聚，具有成本低，电弧功率大，可以实现规模化生产，具有广泛的实用性。用冲击波处理共沉淀法制备的氧化铁与氧化锌混合物合成了铁酸锌，用XRD、TEM 和电子衍射法对这种产品进行了鉴定．与传统的高温焙烧法相比，这种产品的特点是其颗粒尺寸为纳米级．主要原因可能在于冲击波的作用时间极短，因此生成的铁酸锌不会生长成为完整的晶粒．由此可以认为，冲击波处理可能是一种制备复合金属氧化物的纳米粉体的新方法． (3)机械球磨法 采用球磨方法，控制适当的条件得到纯元素纳米粒子、合金纳米粒子或复合材料的纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。例，一种钛合金纳米粉体制备方法，原料包括钛合金粗粉、助磨键合剂、分散剂、表面活性剂；制备方法是，将所述原料按配比投入反应釜，反应釜转速２００－３００ｍｐｒ、温度５０℃－６０℃，反应釜旋转时间１５－３０分钟；反应釜转速升高至达１０００ｍｐｒ以上，维持该转速１．５－２．５小时，温度为１８０℃以上；反应釜转速降到３００ｍｒｐ以下，在０．５－１．０小时内降低温度至４０℃－５０℃，停机，即完成纳米粉体的制备。它稳定地对钛合金实现了纳米化加工；由此为利用纳米粉体的小尺寸效应、表面积效应而使它的耐蚀优点得到提升得以实现，使之可作为一种活性添加剂与各种优良树脂结合成一种新型复合材料。 2. 化学方法 (1)气相沉积法 利用金属化合物蒸气的化学反应合成纳米材料。其特点产品纯度高，粒度分布窄。例，TiCl4气相氧化法，其基本化学反应式为：TiCl4(g)+O2(g)=TiO2(s)+Cl2(g) 施利毅、李春忠等利用
纳米复合材料制备
方法： 1.1溶胶一凝胶法 溶胶一凝胶法是一种制备纳米复合材料的重要方法，它是将无机相的前驱体(例如:正硅酸乙醋)和聚合单体、低聚物或高聚物在液态状态下相互混溶，实现分子级水平的均匀混合后，发生溶胶一凝胶反应，生成的纳米复合材料的各组分之间可以形成相互连接的范德华力、氢键或者是化学键，防止了相分离的发生。 溶胶凝胶法的特点在于，该方法反应条件温和，分散均匀，甚至可以达到“分子复合”的水平。目前溶胶一凝胶法是应用最多、也比较完善的方法之一。但它也有一些缺点，如前驱物大都是正硅酸烷基酷，价格昂贵而且有毒;干燥过程中由于溶剂、小分子的挥发，使材料内部产生收缩应力，致使材料脆裂，很难获得大面积或较厚的纳米复合材料等。 1.2原位聚合法 原位聚合，即在位分散聚合，是制备具有良好分散效果纳米复合材料的重要方法。该方法将纳米粒子在单体中均匀分散，然后在一定条件下就地聚合，形成纳米复合材料。 （由于这些原位生成的第二相与基体间的界面有着理想的原位匹配，能显着改善材料中两相界面的结合状况。而且，原位复合省去了第二相的预合成，简化了工艺。此外，原位复合还能够实现材料的特殊显微结构设计并获得特殊性能，同时避免因传统工艺制备材料时可能遇到的第二相分散不均匀，界面结合不牢固以及物理、化学反应使组成物相丧失某些特性等不足的问题。原位聚合法可在水相，也可在油相中发生，单体可进行自由基聚合，在油相中还可进行缩聚反应，适用于大多数聚合物基有机一无机纳米复合体系的制备。）原位聚合法反应条件温和，制备的复合材料中纳米粒子分散均匀，粒子的纳米特性完好无损。同时在聚合过程中，只经次聚合成型，不需热加工，避免了由此产生的降解，从而保持了基本性能的稳定。但其使用有较大的局限性，因为该方法仅适合于含有金属、硫化物或氢氧化物胶体粒子的溶液中使单体分子进行原位聚合制备纳米复合材料。 1.3插层法 插层复合法是将单体或插层剂插层于具有层状结构的硅酸盐(粘土、云母等)、石墨、金属氧化物等无机物中，然后单体在无机片层之间聚合。在此过程中，单体进入无机片层之间，并因聚合可使片层间距扩大甚至剥离，使层状填料在聚合物基体中达到纳米尺度的分散，从而获得纳米级复合材料。 1.3.1溶剂插层法(大分子或预聚物插层法) 该方法首先将层状硅酸盐在一种溶剂(可以是有机溶剂或水)中剥离成单片层，然后将聚合物(对于不溶解聚合物，可使用预聚物)溶解在该混合物中，由于聚合物与层状硅酸盐片层有一定的吸附作用，当除去溶剂后，层状硅酸盐发生聚集，将聚合物夹在层状硅酸盐之间，得到具有一定规整结构的纳米复合材料。 对于水溶性基体，如氧化聚乙烯PEo[聚乙烯醇PV A[s]都使用该方法得到了插层型纳米复合材料，而聚己酸内醋PCL和聚交酷PLA溶解在氯仿中也使用该方法得到了纳米复合材料件。对于不能溶解的一些聚合物，则将其预聚物溶解在含有剥离层状硅酸盐的溶液中，使预聚物吸附在层状硅酸盐上，然后采用物理或化学方法将预聚物转化为目标聚合物，如聚酞亚胺。 1.3.2原位插层聚合法 将层状硅酸盐在液体单体(或单体溶液)中溶胀，然后单体在层间引发聚合，引发可以采
纳米氧化铝的研究
纳米氧化铝的研究及应用 [摘要] 纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术，纳米科学与技术将对其他学科、产业和社会产生深远的影响。文章概述了纳米氧化铝的结构、性能、用途、制备等方面，更深入地了解了纳米氧化铝材料，并展望了纳米氧化铝材料的应用前景。 [关键字] 纳米氧化铝结构性能用途制备方法 [前言] 近年来, 纳米氧化铝材料备受到人们普遍关注,其广阔的应用前景引起了世界各国科技界和产业界的高度关注，因此作为21世纪具有发展前途的功能材料和结构材料之一，纳米氧化铝材料一直都是纳米材料研究领域的热点。 1 纳米氧化铝的结构与性质 Al2O3有很多同质异晶体，常见的有三种，即：α- Al2O3、β- Al2O3、γ- Al2O3。除β- Al2O3是含钠离子的Na2O-11Al2O3外,其他几种都是Al2O3的变体。β- Al2O3、γ- Al2O3晶型在1000~1600℃条件下，几乎全部转变为α- Al2O3。 ①α-Al2O3 α- Al2O3为自然界中唯一存在的晶型，俗称刚玉。天然刚玉一般都含有微量元素杂质，主要有铬、钛等因而带有不同颜色。刚玉的晶体形态常呈桶状、柱状或板状，晶形大都完整，具玻璃光泽。α- Al2O3
属六方晶系，氧离子近似于六方密堆排列，即ABAB???二层重复型。在每一晶胞中有4个铝离子进入空隙，下图为α- Al2O3结构中铝离子填入氧离子紧密堆积所形成的八面体间隙。 由于具有较高的熔点、优良的耐热性和耐 磨性，α- Al2O3被广泛的应用在结构与功 能陶瓷中。 ②β- Al2O3 β- Al2O3是一种含量很高的多铝酸盐矿物，它不是一种纯的氧化铝，其化学组成可近似用MeO-6 Al2O3和Me2O-11Al2O3表示（MeO 指CaO、BaO、SrO等碱土金属氧化物；Me2O指的是Na2O、K2O、Li2O）。β- Al2O3(Me2O-11Al2O3)由[NaO]-层和[Al11O12]+类型尖晶石单元交叠堆积而成，氧离子排列成立方密堆积，钠离子完全包含在[Na0]-层平面内，并且可以很快扩散。适当条件下，它具有很高的离子电导率，因而被广泛地应用于电子手表、电子照相机、听诊器和心脏起博器的生产中。 ③γ- Al2O3 γ- Al2O3是最常见的过渡型氧化铝，属立方晶系，为尖晶石结构，在自然界中是不存在的物质。由氧离子形成立方密堆积，Al3+填充在间隙中。γ- Al2O3得密度为3.42～3.62g/ cm3，在1000℃时可以缓慢的转变为α- Al2O3，是水铝矿（Al2O3?H2O或Al2O3?3H2O）或氢氧化铝在加热中生成的过渡氧化铝物质。γ相粒子主要用途是作为催化剂的载体，目前多采用在γ相中添加稀土元素等微量元素来改善它的表面
钛酸钡粉体制备
钛酸钡纳米粉体的制备方法 摘要：钛酸钡粉体是陶瓷工业的重要原料，本文将简要介绍钛酸钡纳米粉体的一些制备工业，如固相法、水热法、溶胶-凝胶法、沉淀法等。 关键词：钛酸钡；粉体;制备方法； 1.引言 钛酸钡是制备陶瓷电容器和热敏电阻器等许多介电材料和压电材料的主要原料, 近几年来, 随着陶瓷工业和电子工业的快速发展,BaTiO3 的需求量将不断增加，对其质量要求也越来越高。制备高纯、超细粉体材料是提高电子陶瓷材料性能的主要途径。所以高纯、均匀、超细乃至纳米化钛酸钡的制备研究一直 是各国科学家的研究重点。钛酸钡的应用越来越广泛。目前制备钛酸钡的方法主要有:共沉淀法、溶胶- 凝胶法、固相法、反相微乳液法、水热法。 2.钛酸钡粉体的制备工艺 2.1固相研磨-低温煅烧法 传统钛酸钡的制备主要采用高温煅烧碳酸钡和二氧化钛的混合物或高温煅 烧草酸氧钛钡的方法, 它是我国目前工业制备钛酸钡的主要方法, 但由于煅烧 温度高达1000~ 1200℃, 因而制得的粉体硬团聚严重、颗粒大而粒度分布不均匀, 纯度低, 烧结性能差。 朱启安[1]等采用室温下将氢氧化钡与钛酸丁酯混合研磨, 再在较低温度( < 300 ℃) 下煅烧的方法制得了钡钛物质的量比约为1. 0、颗粒大小分布均匀、粒径在15~ 20nm 的钛酸钡纳米粉体, 既克服了高温固相煅烧法反应温度高、产品质量低的缺点, 又克服了液相法在水溶液中制备易引入杂质、粒子易团聚等缺点其煅烧温度比传统的固相反应法降低了约700 ~900℃ 2.2水热法合成 水热合成是指在密封体系如高压釜中, 以水为溶剂, 在一定的温度和水的 自生压力下, 原始混合物进行反应的一种合成方法。由于在高温、高压水热条件下, 能提供一个在常压条件下无法得到的特殊的物理化学环境, 使前驱物在反 应系统中得到充分的溶解, 并达到一定的过饱和度, 从而形成原子或分子生长 基元, 进行成核结晶生成粉体或纳米晶[2]。 水热法制备的粉体, 晶粒发育完整、粒度分布均匀、颗粒之间少团聚, 可以得到理想化学计量组成的材料, 其颗粒度可控, 原料较便宜, 生成成本低。而且粉体无须煅烧, 可以直接用于加工成型, 这就可以避免在煅烧过程中晶粒的 团聚、长大和容易混入杂质等缺点[2]。 2.3 溶胶凝胶法 钛酸钡( BaTiO3 ) 在当今科技领域里占有重要地位, 它是电子陶瓷领域应用最广泛的材料之一。钛酸钡是钛酸盐系电子陶瓷的主要原料, 是一种具有高介电常数和低介电损耗的铁电材料,被广泛应用于制作热敏电阻器( PTCR) 、多层陶瓷电容器(MLCC) 、电光器件和DRAM 器件。现代技术要求BaTiO3 粉料具有高纯、
纳米粉体制备方法总结文档(最新版)
纳米粉体制备方法总结文档(最新版) Summary document on preparation methods of nano powder (latest edition) 汇报人：JinTai College
纳米粉体制备方法总结文档(最新版) 前言：本文档根据题材书写内容要求展开，具有实践指导意义，适用于组织或个人。便于学习和使用，本文档下载后内容可按需编辑修改及打印。 1、化学沉淀法： 沉淀法主要包括共沉淀法、均匀沉淀法、多元醇为介质 的沉淀法、沉淀转化化、直接沉淀法等。 共沉淀法 在含有多种阳离子的溶液中加入沉淀剂，使金属离子完 全沉淀的方法称为共沉淀法共沉淀法.可制备BaTiO3、PbTiO3等PZT系电子陶瓷及ZrO2等粉体.与传统的固相反应法相比，共沉淀法可避免引入对材料性能不利的有害杂质，生成的粉末具有较高的化学均匀性，粒度较细，颗粒尺寸分布较窄且具有一定形貌。 均匀沉淀法 在溶液中加入某种能缓慢生成沉淀剂的物质，使溶液中 的沉淀均匀出现，称为均匀沉淀法本法克服了由外部向溶液中直接加入沉淀剂而造成水热合成反应釜沉淀剂的局部不均匀性本法多数在金属盐溶液中采用尿素热分解生成沉淀剂NH4OH，
促使沉淀均匀生成制备的粉体有Al、Zr、Fe、Sn的氢氧化物[12-17]及Nd2（CO3）3等。 多元醇沉淀法 许多无机化合物可溶于多元醇，由于多元醇具有较高的 沸点，可大于100°C，因此可用高温强制水解反应制备纳米 颗粒[20]例如Zn（HAC）2·2H2O溶于一缩二乙醇（DEG），于100-220°C 下强制水解可制得单分散球形ZnO纳米粒子又如 使酸化的FeCl3—乙二醇—水体系强制水解可制得均匀的Fe （III）氧化物胶粒。 沉淀转化法 本法依据化合物之间溶解度的不同，通过改变沉淀转化 剂的浓度、转化温度以及表面活性剂来控制颗粒生长和防止颗粒团聚例如：以Cu（NO3）2·3H2ONi（NO3）2·6H2O为原料，分别以Na2CO3、NaC2O4为沉淀剂，加入一定量表面活性剂， 加热搅拌，分别以NaC2O3、NaOH为沉淀转化剂，可制得CuO、Ni（OH）2、NiO超细粉末。该法工艺流程短，操作简便，但 制备的化合物仅局限于少数金属氧化物和氢氧化物。 2、化学还原法 水溶液还原法
纳米金属粉末制备方法综述
摘要纳米粉末具有特殊性质, 并在各个领域得到广泛应用。本文详细介绍了制备纳米粉末的方法, 如机械法、物理法和化学法，和这些方法的原理、技术特点、研究进展和局限性。最后提出目前仍需解决的一些问题并对纳米金属粉末新的制备方法做出展望。 关键词纳米粉末;制备方法;机械法;物理法;化学法 一．绪论 超细粉末的概念于20世纪60年代提出,粉末的粒度一般要求小0.1um( 100nm),即在1~ 100nm间,故超细粉末又称作纳米粉末。由于纳米微粒本身的结构与常规材料不同,所以具有许多新奇的特性。比如纳米金属粉末就具有不同普通材料的光、电、磁、热力学和化学反应等方面的奇异性能, 是一种重要的功能材料,具有广泛的应用前景。现已在国防、化工、轻工、航天、冶金等领域得到重要应用,因而引起了人们的注意。80年代以来, 纳米粉末作为一种新型材料,已引起了各国政府及科学家的极大重视,美国、日本、西欧等发达国家都将其列入发展高技术的计划中,投入了相当的人力和物力,例如美国的“星球大战”计划、西欧各国的“尤里卡”计划、日本 1981 年开始实施的“高技术探索研究”计划以及我国的“863”计划,都列入了纳米材料的研究和开发。目前一些纳米粉末,如钛酸钡、氮化硅、氧化锆等已经实现了商品化。我国在纳米粉末研究方面起步较晚,80年代后期才开始比较系统的研制开发。近年来取得一些成效,特别是一些大学和研究所在理论研究和实验室规模中试水平上有了较大的发展。但总的说来,我国在这一领域与世界先进水平相比, 仍有一定差距。本文将重点介绍目前已研究的纳米粉末的制备方法。 二．方法综述 2.1机械法 机械法就是借助于机械力将大块金属破碎成所需粒径粉末的一种加工方法。按照机械力的不同可将其分为机械冲击式粉碎法、气流磨粉碎法、球磨法和超声波粉碎法等。目前普遍使用的方法还是球磨法和气流磨粉碎法,其优点是工艺简单、产量大,可以制备一些常规方法难以得到的高熔点金属和合金的超细纳米粉末。 2. 1. 1球磨法 球磨法主要分为滚动球法和振动球磨法。该方法利用了金属颗粒在不同的应变速率下因产生变形而破碎细化的机理。其优点是对物料的选择性不强,可连续操作,生产效率高,适用于干磨、湿磨,可以进行多种金属及合金的粉末制备。缺点是在粉末制备过程中分级比较困难。 2. 1. 2气流磨粉碎法 气流磨粉碎法是目前制备磁性材料粉末应用最广的方法。具体的工艺过程为:压缩气体经过特殊设计的喷嘴后,被加速为超音速气流,喷射到研磨机的中心研磨区,从而带动研磨区内的物料互相碰撞,使粉末粉碎变细;气流膨胀后随物料上升进入分级区,由涡轮式分级器分选出达到粒度的物料,其余粗粉返回研磨区继续研磨, 直至达到要求的粒度被分出为止。整个生产过程可以连续自动运行,并通过分级轮转速的调节来控制粉末粒径大小(平均粒度在3～ 8 μ m)。气流磨粉碎法适于大批量工业化生产,工艺成熟。缺点是在金属粉末的生产过程中,必须使用连续不断的惰性气体或氮气作为压缩气源,耗气量较大;只适合脆性金属及合金的破碎制粉。
实验二 溶胶-凝胶法制备钛酸钡纳米陶瓷粉体
醋酸钡255.21、钛酸丁酯340.3 实验二溶胶－凝胶法制备纳米钛酸钡陶瓷粉体 一、实验目的 1、了解溶胶－凝胶制备纳米粉体的方法 2、制备纳米钛酸钡陶瓷粉体 二、实验背景和原理 1. 实验背景 钛酸钡(BaTiO )具有良好的介电性，是电子陶瓷领域应用最广的材料之一。传 3 制备方法是固相合成，这种方法生成的粉末颗粒粗且硬，不能满足高统的BaTiO 3 科技应用的要求。现代科技要求陶瓷粉体具有高纯、超细、粒径分布窄等特性，与粗晶材料相比在物理和机械性能方面有极大的差别：熔点降低，烧结温度降低、荧光谱峰向低波长移动、铁电和铁磁性能消失、电导增强等。溶液化学法是制备超细粉体的一种重要方法，其中以溶胶－凝胶法最为常用。 2. 溶胶－凝胶法合成BaTiO3纳米粉体的基本原理 溶胶—凝胶(简称Sol—Gel)法是以金属醇盐的水解和聚合反应为基础的。其反应过程通常用下列方程式表示： （1）水解反应： M(OR)4 + χ H2O = M(OR)4- χ OH χ + χ ROH （2）缩合-聚合反应： 失水缩合－M-OH + OH-M－＝－M-O-M－＋H2O 失醇缩合－M-OR + OH-M－＝－M-O-M－＋ROH 缩合产物不断发生水解、缩聚反应，溶液的粘度不断增加。最终形成凝胶——含金属—氧—金属键网络结构的无机聚合物。正是由于金属—氧—金属键的形成，使Sol—Gel法能在低温下合成材料。Sol—Gel技术关键就在控制条件发生水解、缩聚反应形成溶胶、凝胶。
本次实验使用的钛酸丁酯(亦称丁醇钛)是一种非常活泼的醇盐，遇水会发生剧烈的水解反应。在Sol—Gel工艺中，让溶液系统暴露在空气中从空气中吸收水分，使水解反应不充分(或不完全)，其反应式可表示为 Ti(OR)4 + χ H2O = Ti(OR)4- χ OH χ + χ ROH （1） 式中,R=C 4H 9 为丁烷基，RO或OR为丁烷氧基。未完全水解反应的生成物 Ti(R) 4-χ (OH)χ中的(OH)-极易与丁烷基(R)或乙羰基(R′=CH3CO)结合,生成丁醇或乙酸,而使金属有机基团通过桥氧聚合成有机大分子。如本实验可能发生典型的聚合反应的结构反应式为 R′-O-Ba-O-R Ti OH+Ti O Ba O R'+ R'OH （2） 或 Ti OR Ti OH +Ti O Ti+ ROH （3）实验中的水解及聚合反应在缓慢吸收空气中水分的过程中不断地进行着，实际 上是金属有机化合物经过脱酸脱醇反应，金属Ti4+和Ba2+通过桥氧键聚合成了有机大分子团链，随着这种分子团链聚合度的增大，溶液粘度增加，溶胶特征明显，经过一定时间就会变成半固体透明的凝胶。凝胶经过烘干，煅烧得到钛酸钡粉末。三、主要仪器与药品 仪器：烧杯，机械搅拌、烘箱； 药品：醋酸钡，乙酸，钛酸丁酯，无水乙醇。 四、实验步骤 1.称取醋酸钡0.02mol (5g)，量取36％的乙酸20ml，倒入烧杯中，搅拌使醋 酸钡完全溶解。 2.称取钛酸丁酯0.02mol (6.8g), 量取无水乙醇10ml，倒入锥形瓶中, 摇匀。 3.将上述两种溶液迅速混合，快速搅拌，溶液澄清后减慢搅拌速度，继续搅拌 2小时，停止搅拌，此时已经形成透明溶胶，使透明溶胶在空气中静置3－4小时，得到透明凝胶。 4.将凝胶取出，置于干燥皿中，在120°C下烘干。得到干凝胶，研磨得到淡 黄色粉末。
纳米粉体的制备方法
纳米粉体的制备方法 一、纳米粉体应具备的特性 1、化学成分配比准确：尽量符合化学计量，避免烧结出现液相或阻碍烧结； 2、纯度高：出现液相或影响电性能； 3、成分分布均匀：尤其微量掺杂； 4、粒度要细，尺寸分布范围要窄；结构均匀，密度高； 5、无团聚体：软团聚，硬团聚。 二、制备方法分类 化学法 化学法是指通过适当的化学反应，从分子、原子、离子出发制备纳米物质，它包括化学气相沉积法、化学气相冷凝法、溶胶一凝胶法、水热法、沉淀法、冷冻干燥法等。 化学气相沉积(CVD)是迄今为止气相法制备纳米材料应用最为广泛的方法，该方法是在一个加热的衬底上，通过一种或几种气态元素或化合物产生的化学元素反应形成纳米材料的过程，该方法主要可分成热分解反应沉积和化学反应沉积。该法具有均匀性好，可对整个基体进行沉积等优点。其缺点是衬底温度高。随着其它相关技术的发展，由此衍生出来的许多新技术，如金属有机化学缺陷相沉积、热丝化学气相沉积、等离子体辅助化学气相沉积门、等离子体增强化学气相沉积及激光诱导化学气相沉积等技术。 化学气相冷凝法(CVC)主要通过有机高分子热解获得纳米粉体，具体过程是先将反应室抽到或更高真空度，然后注入惰性气体He，使气压达到几百帕斯卡，反应物和载气He从外部系统先进入前部分的热磁控溅射CVD装置由化学反应得到反应物产物的前驱体，然后通过对流达到后部分的转筒式骤冷器，用于冷却和收集合成的纳米微粒。 化学沉淀法是在金属盐类的水溶液中控制适当的条件使沉淀剂与金属离子反应，产生水合氧化物或难溶化合物，使溶液转化为沉淀，然后经分离、干燥或热分解而得到纳米级超微粒。化学沉淀法可分为直接沉淀法、均匀沉淀法、共沉淀法和醇盐水解沉淀法。 物理法 早期的物理制备方法是将较粗的物质粉碎，如低温粉碎法、超声波粉碎法、冲击波粉碎法、蒸气快速冷却法、蒸气快速油面法等等。近年来发展了一些新的物理方法，如旋转涂层法将聚苯乙烯微球涂敷到基片上，由于转速不同，可以得到不同的空隙度．然后用物理气相沉积法在其表面上抗积一层膜，经过热处理，即可得到纳米颗粒的阵列。这些方法我们统称为物理凝聚法，物理凝聚法主要分为： （1）真空蒸发靛聚法 将原料用电弧高频或等离子体等加热，使之气化或形成等离子体，然后骤冷，使之凝结成纳米微粒。其粒径可通过改变通入惰性气体的种类、压力、蒸发速率等加以控制，粒径可达1—100nm。具体过程是将待蒸发的材料放人容器中的柑锅中，先抽到或更高的真空度，然后注人少量的惰性气体或性2N、3NH等载气，使之形成一定的真空条件，此时加热，使原料蒸发成蒸气而凝聚在温度较低的钟罩壁上，形成纳米微粒。 （2）等离子体蒸发凝聚法 把一种或多种固体颗粒注人惰性气休的等离子体中，使之通过等离子体之间时完全蒸发，通过骤冷装置使蒸气奴聚制得纳米微粒。通常用于制备含有高熔点金属合金的纳米微粒，如Fe-A1,Nb-Si等。此法常以等离子体作为连续反应器制备纳米微粒。 综上所述，物理方法通常采用光、电等技术使材料在真空或惰性气氛中蒸发，然后使原子或分子形成纳米颗粒，它还包括球磨、喷雾等以力学过程为主的制备技术。物理法的特点是：操作简单，成本低，但产品纯度不高，颗粒分布不均匀，形状难以控制。 物理化学方法
超声波技术分散纳米粉体材料
纳米粒子粒径小，表面能高，具有自发团聚的趋势，而团聚的存在又将大大影响纳米粉体优势的发挥，因此如何改善纳米粉体在液相介质中的分散和稳定性是十分重要的研究课题。 颗粒分散是近年来发展起来的新兴边缘学科。所谓颗粒分散是指粉体颗粒在液相介质中分离散开并在整个液相中均匀分布的工程，主要包括润湿、解团聚及分散颗粒的稳定化3个阶段。润湿是指将粉体缓慢地加人混合体系中形成的涡流，使吸附在粉体表面的空气或其他杂质被液体取代的过程。解团聚是指通过机械或超生等方法，使较大粒径的聚集体分散为较小的颗粒。稳定化指保证粉体颗粒在液体中保持长期的均匀分散。根据分散方法的不同，可分为物理分散和化学分散。超声波分散是物理分散方法之一。 超声波分散法：超声波具有波长短、近似直线传播、能量容易集中等特点。超声波可以提高化学反应速率，缩短反应时间、提高反应的选择性；而且还能够激发在没有超声波存在时不能发生的化学反应。超声波分散是将需处理的颗粒悬浮体直接置于超生场中，用适当频率和功率的超声波加以处理，是一种强度很高的分散手段。超声波分散的作用机理目前普遍认为与空化作用有关。超声波的传播是以介质为载体的，超声波在介质中的传播过程中存在着一个正负压强的交变周期。介质在交替的正负压强下受到挤压和牵拉。当用足够大振幅的超声波来作用于液体介质保持不变的临界分子距离，液体介质就会发生断裂，形成微泡，微泡进一步长大成为空化气泡。这些气泡一方面可以重新溶解于液体介质中，也可能上浮并消失；也可能脱离超声场的共振相位而溃陷。实践证明，对于悬浮体的分散存在着最适宜的超生频率，它的值决定于被悬浮粒子的粒度。为此，最好在超生一段时间后，停止若干时间，再继续超生，可避免过热，超生中用空气或水进行冷却也是一个很好的方法。 超声波分散用于超细粉体悬浮液的分散虽可获得理想的分散效果，由于能耗大，大规模使用成本太高，因此目前在实验室使用较多，但随着超生技术的不断发展，超生分散在工业生产中应用是完全可能的。
纳米氧化铝粉体的制备与应用进展_何克澜
纳米氧化铝粉体的制备与应用进展 ＊何克澜,林 健,覃 爽 (同济大学材料科学与工程学院,上海 200092) 摘要:纳米氧化铝粉体在化工、陶瓷等行业拥有广泛的应用前景,不断开发纳米氧化铝材料的新 型制备工艺,对于提高产品质量并不断开拓其应用领域具有重要意义。本文综述了氧化铝纳米 粉体材料的各种制备工艺,并对其近年来最新研究、应用进展进行了阐述和分析。 关键词:纳米氧化铝;制备;应用 中图分类号:T Q 171.6+ 11 文献标识码:A 文章编号:1000-2871(2006)05-0048-05D e v e l o p m e n t o f P r e p a r a t i o n a n dA p p l i c a t i o n o f A l u m i n a N a n o p o w d e r H EK e -l a n ,L I NJ i a n ,Q I NS h u a n g (S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g ,T o n g j i U n i v e r s i t y ,S h a n g h a i 200092,C h i n a ) A b s t r a c t :N o w a d a y s ,a l u m i n an a n o p o w d e r i s c o m m o n l ya n dw i d e l yu s e di nm a n yf i e l d s ,s u c ha s c h e m i c a l i n d u s t r y ,c e r a m i ci n d u s t r y .I t i sv e r yi m p o r t a n t t od e v e l o pn e w t e c h n i q u e so f a l u m i n a n a n o p o w d e r f o r i m p r o v i n g p r o d u c t q u a l i t y a n d e x p a n d i n gt h e i r a p p l i c a t i o n s .T h i s a r t i c l e p r e s e n t e da v a r i e t y o f m e t h o d s f o r p r o d u c i n g a l u m i n a n a n o p o w d e r ,a n de x p o u n d e da n da n a l y z e dr e c e n t r e s e a r c h p r o g r e s s a n d a p p l i c a t i o n s o f a l u m i n a n a n o p o w d e r . K e y w o r d s :a l u m i n a n a n o p o w d e r ;p r e p a r a t i o n ;a p p l i c a t i o n 1 前言 纳米材料是指其一维尺度小于100n m ,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、稳定性好等奇异特性,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应用前景。 氧化铝是在地壳中含量非常丰富的一种氧化物。氧化铝有多种晶型,其中α-A l 2O 3属高温稳定晶型,具有较高的熔点和很高的化学稳定性。通常可使用拜尔法和电熔法来生产α-A l 2O 3粉体,此类粉体广泛运用于制备各种氧化铝陶瓷。而具有量子效应的纳米氧化铝粉体还可带来高化学活性、高比表面能、独特光吸收作用等各种优异性能,可广泛应用于冶金、机械、化工等领域 [1,2]。因此研究和开发纳米氧化铝材料的制 备工艺及其应用,具有重要的社会效益和经济价值。 第34卷第5期2006年10月玻璃与搪瓷G L A S S ＆E N A M E L V o l .34N o .5O c t .2006＊收稿日期:2006-03-14