氧化鋁納米顆粒的制備

1氧化鋁納米顆粒的制備lO第一章緒論2事物的主角[1]。美國科學家阿姆斯特朗在20世紀末也預言：“正如70年代微電更延伸到了日常生活。納米科技主要由七個相對獨立的部分組成[3]，它們分別納米材料是構(gòu)成納米科技的基礎(chǔ)部分，納米材料是指考慮三維空間尺度，從不同角度出發(fā)，納米材料分類方式也大有不同。最常見的是按照構(gòu)成納米材料的物質(zhì)種類分，有金屬納米材料、半導體納米材料、納米陶瓷、有機-無極納米復合材料及納米介孔固體與介孔復合體材料[1]。研究納米結(jié)構(gòu)的前提是將納米粒子視為理想單晶，又由于納米晶粒表明原子數(shù)與總原子數(shù)之比隨粒徑變小而急劇增大使得表面成為納米材料不可忽視的組成部分，納米材料的結(jié)構(gòu)上存在兩種結(jié)構(gòu)單元：晶體單元與晶界單元[4]。晶體單元由位于格點位置的原子組成；晶界單元由晶粒之間的界面原子(由超微晶粒的表面原子轉(zhuǎn)化所得)構(gòu)成。3所示。從晶體學考慮，在氧化鋁眾多晶型中，存在12種基本晶型[5]，它們是：本性質(zhì)質(zhì)分子量度點2054°C點2980°C溶解度(水)——熱力學焓值熱力學熵值密度(g/cm3)?)α-Al2O3AlO23六方晶系γ-Al2O323Al23δ-Al2O323Al23η-Al2O323Al23立方晶系θ-Al2O323Al23單斜晶系κ-Al2O323Al23六方晶系ρ-Al2O3——23Al23——接近無定型χ-Al2O323Al23六方晶系要破壞鍵力使晶體破碎或熔化需要很高的能量，則α-Al2O3物理性質(zhì)表現(xiàn)為硬度4大，熔點高。如表1.4所示。穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)也決定化學性質(zhì)的穩(wěn)定，表現(xiàn)為耐(1)力學性能方面，機械強度高α-Al2O3不僅在常溫下具有高的靜態(tài)抗彎強度，并且能在高溫下保持其機械(2)熱學性能方面，導熱性能良好(3)電學性能方面，電阻率高(4)光學性能方面，可以具有透光性能以α-Al2O3為主晶相，微量添加氧化鎂，氧化釔作為添加劑，在熱壓燒結(jié)過(4)化學性能方面，耐化學腐蝕O域。隨著生物仿生學科的蓬勃發(fā)展，α型氧化鋁作為人造骨骼，牙齒的應用更是。的燒結(jié)溫度(1200-1300℃)比常規(guī)晶粒的氧化鋁(≥1800℃)低了500-600℃。5(1)納米材料的基本性能(2)高強度納米氧化鋁陶瓷材料經(jīng)歷壓制、燒結(jié)后，其強度變?yōu)槠胀ㄑ趸X的4-5倍。這就決定了納米氧化鋁的高強度。(3)增韌性材料在受力時優(yōu)先選擇形變而非斷裂。(4)低溫超塑性(5)擴散與燒結(jié)性能提升(6)透光性6這主要是由于高純納米氧化鋁陶瓷由顆粒形狀穩(wěn)定、分布均勻的α-Al2O3組成，理想的α-Al2O3納米顆粒要求晶粒幾何形狀均勻穩(wěn)定、顆粒純度高、粒徑分條件，就需要從目前已純熟的納米且為提高產(chǎn)品品質(zhì)做出貢獻。本論文為此做出以下研究：(1)沉淀法中引入隔離相，制備前驅(qū)體普通的沉淀法制備的前驅(qū)體經(jīng)高溫煅燒，形成的氧化鋁顆粒間團聚現(xiàn)象嚴重；添加隔離相，可以有效阻礙氧化鋁顆粒間的接觸，為后續(xù)實驗打好基礎(chǔ)。(2)高溫煅燒，得到混合氧化物lO(3)運用檢測技術(shù)表征產(chǎn)物結(jié)構(gòu)X觀察顆粒7第二章氧化鋁制備理論基礎(chǔ)及實驗方法實驗原理法原理化學沉淀法是通過液相化學反應制備納米顆粒中最普遍的方法。在含一種或多種離子的可溶性鹽溶液中加入沉淀劑，或在一定溫度下使得溶液發(fā)生水解，該方法工藝過程簡單、操作過程容易、設(shè)備要求不高、成本投入不大、化但由于此反應屬于反應物與沉淀劑直接接2隔離相原理8(1)乙醇的引入能使硫酸鋁、硫酸鐵溶解度進一步降低。(2)無水乙醇表面張力較小，可以除去沉淀間隙的雜質(zhì)離子，提高沉淀純(3)對降低沉淀顆粒團聚程度有積極作用。煅燒原理將前驅(qū)體轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米氧化物顆粒，主要的手段是高溫煅燒。高溫煅燒會使硫酸鹽發(fā)生分解反應[15]。在高溫煅燒過程中，納米顆粒的團聚是不可避免的。所謂團聚，定義為納是指納米顆粒表面的分子或原子在分子間作用力和靜電吸引力作溫會引發(fā)硬團聚的必然性。2.1.5酸洗原理化學鍵沒有最優(yōu)的裂解方向，即α-Al2O3不溶于強酸。鹽酸酸洗就是將混合氧化9準備實驗儀器儀器名稱儀器型號廠家/公司恒溫磁力攪拌器上海司樂儀器有限公司真空干燥箱上海一恒科技有限公司高溫反應釜————2實驗試劑試劑名稱分子量廠家/公司分析純(AR)天津科密歐化學試劑有限公司分析純(AR)國藥集團化學試劑有限公司CHCHOH32分析純(AR)天津市富宇精細化工有限公司實驗步驟將前驅(qū)體粉末置于馬弗爐中高溫處理，產(chǎn)物為含有納米尺寸球形α-Al2O3的混合。流程實驗首先制備出混合均勻的硫酸鋁與硫酸鐵溶液，再用氨水調(diào)節(jié)PH=7，析均勻沉淀濾去離子水，無水乙醇洗滌過濾、干燥混合前驅(qū)體.2高溫煅燒混合前驅(qū)體粉末化1保證粉末完全干燥設(shè)設(shè)置馬弗爐升溫速度、保溫時間粉末至于馬弗爐中高溫煅燒過程主要研究溫度對α-Al2O3納米顆粒形貌以及顆粒尺寸的影響。表3.1高溫煅燒過程具體實驗條件加熱溫度(℃)加熱時間(min)保溫溫度(℃)第一組第二組第三組第四組第五組參照子濃度配比成實驗。第三章氧化鋁納米顆粒的表征X射線衍射儀是用來揭示晶體內(nèi)部原子排列狀況的工具。根據(jù)X射線在晶體透射電子顯微鏡在反映晶體形貌，尺寸上有很大便利。透射電子顯微鏡是利用透過樣品的電子束攜帶樣品信息的，所以可以反映出樣品內(nèi)部更多的信息，如顆粒內(nèi)部密實度，顆粒團聚情況等。本實驗分別通過X射線晶體衍射儀與透射電子顯微鏡對煅燒溫度1100、PDF#46-1212標準卡片進行比較，分別出現(xiàn)對應(012)、(104)、(110)、 (024)、(116)、(214)的α-Al2O3衍射峰。且對應程度較高，表明所得產(chǎn)物的位置，與PDF#33-0664標準卡片進行比較，分別出現(xiàn)對應(012)、(104)、(110)、(113)的Fe2O3衍射峰。且對應程度較高，表明所得產(chǎn)物為Fe2O3。粒徑/nm圖3.3不同濃度配比不同煅燒溫度所得產(chǎn)物透射電子顯微鏡照片(a)、(b)5:1配比下所得產(chǎn)物透射電子顯微鏡照片1文第四章結(jié)論與展望以普通的硫酸鋁和硫酸鐵為原料，得到顆粒尺寸在納米量級的單分散α-Al2O3。并且系統(tǒng)地對樣品的結(jié)構(gòu)與形貌進行研究，總結(jié)出單分散的球形α-Al2O3納米顆的減小顆粒尺寸。對α-Al2O3形成機理進行討論，結(jié)合不同的煅燒溫度、不同離(2)