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
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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
2 纳米氧化铝粉体的制备方法
高纯纳米氧化铝粉体的制备方法有很多,大致可分为固相法、液相法、气相法等。各种方法都有其一定优势,但是也存在不足,因此一般根据实际产品要求来选择不同的制备方法。
2.1 机械化学法[3]
机械化学法是将铝粉与其他金属氧化物在球磨条件下进行固相反应生成氧化铝粉末。J .M .W u [3]通
过对Z n O 和铝进行球磨,使得Z n O 和铝发生固相反应,并使Z n O 被还原成Z n ,铝被氧化成A l 2O 3,以此得到10～50n m 的无定形氧化铝粒子。这种反应所需要的温度要远低于燃烧反应,可以在较低的温度环境下控制反应逐步进行,因而可应用于抗腐蚀、抗磨涂层以及金属模板复合物增强材料的制备中。
2.2 等离子体法[4,5]
等离子体法主要通过加热气体使之变为等离子气体,进而在等离子气体气氛下使铝盐与空气发生反应,最后骤冷产物凝聚成微小的颗粒,生成的氧化铝产物可以在反应容器的壁上收集。等离子体法主要优点在于等离子的高温和反应的高焓可以使不易反应的物质反应。另外,骤冷步骤促进均匀成核,有利于形成纳米
粒子。A n a n t h a p a d m a n a b h a n [4]等使用热等离子法,使用氩气和氮气作为等离子气体,使受压空气和铝粉发生
反应,制备了粒度分布几个到30n m 的γ-A l 2O 3粉体。
2.3 溶胶凝胶法[6,7]
溶胶凝胶法采用有机醇盐或者无机盐在液相中均匀分布成溶胶,然后加入水使之发生反应,在一定温度和p H 值等条件下生成凝胶。待凝胶干燥后,在不同温度下煅烧而得到所需粉体。其水解、聚合过程中发生的反应为:
水解 A l (O R )3+x H 2O※x A l (O H )x (O R )3-x +
x R O H ⑴ 聚合 A l -O H +H O-A l ※A l -O-A l +H 2O
⑵ 或 A l -O R+H O-A l ※A l -O-A l +R O H
⑶ 溶胶凝胶法的优点是在常温下进行反应,反应条件可控。但成本高,有一定的环境污染。
2.4 沉淀法[8]
A l (O H )3是两性氧化物,可以通过调节酸碱度来促使存在于溶液中的A l 3+反应生成A l (O H )3沉淀。
对一些可溶性铝盐,如A l C l 3,A l (N O 3)3等,可通过加入碱性物质调整溶液p H 值来产生A l (O H )3沉淀。再通过对A l (O H )3热处理可以得到氧化铝。这种制备工艺较为简单、
生产成本低,但是粒子尺寸不易控制,需要使用其他方法来加以辅助改进。
2.5 硫酸铝铵热解法[9]
硫酸铝铵热解法是把硫酸铝铵加热分解,得到氧化铝粉体的制备方法。有报道
[9]通过聚乙二醇改性可以制得平均粒径25n m 的α-A l 2O 3。硫酸铝铵热解法可以运用于大规模生产,但是反应中出现S O 2等有害
气体而会引起环境污染。2N H 4A l (S O 4)2·12H 2O※A l 2O 3+2N H 3+4S O 2+13H 2O
⑷ 2.6 碳酸铝铵热解法
[10,11]该法先把硫酸铝铵加入碳酸氢铵使之反应转化为碱式碳酸铝铵,再把高纯的碱式碳酸铝铵加热分解,粉体再经过转相和粉碎,得到高纯超细氧化铝粉体。该法其实是对硫酸铝铵热解中硫酸铝铵分解排放出有害气体S O 2的情况而做的改良。该法的关键是得到高纯的碱式碳酸铝铵。如李江[10]等利用均相沉淀法首先
制备了前驱物N H 4A l (O H )C O 3,而后再加热分解N H 4A l (O H )C O 3得到A l 2O 3纳米粒子。Z
h o n g j u n L i [11]采用碳酸铝铵热解法得到40～50n m 的α-A l 2O 3,并且在1450℃
下就使氧化铝烧结,大大降低了烧结温度。2.7 醇盐水解法[12,13]
醇盐水解法是通过醇盐在水中分解来获得所需产物的方法。醇盐水解法是制备各种超细氧化物粉末的方法之一。一般来说,金属醇盐溶于有机溶剂,且遇水极易分解成相应的氧化物或是水合氧化物。通过调整
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溶液体系的各种参数和表面活性剂,可得到不同形貌以及不同粒径分布的纳米粒子[12,13]。
用醇盐水解法制备A l 2O 3会因条件不同而得到不同的产物,既可获得A
l O (O H )非晶质及晶体粉末,也可获得透明的溶胶。通常使用乙醇或异丙醇为溶剂,由于醇盐水解产物种类与溶剂相同,因此可重复利用而降低生产成本[13]。
3 近年来的一些新型制备工艺研究
上述的纳米氧化铝制备工艺中,有一些已经投入到实际生产之中,但仍或多或少存在着一些缺点。例如硫酸铝铵法会产生有害气体;溶胶凝胶法虽然能制备高品质的氧化铝粉体,但工艺复杂,原料较昂贵,不利于规模生产。由于市场对纳米氧化铝的需求,尤其是对高品质纳米氧化铝的需求急剧增加,因此近年来国内外仍在不断寻找新的制备方法或是改进已有的制备工艺。
3.1 溶胶凝胶法的改进
[14,15]
溶胶凝胶法制备氧化铝粉体有其自身的缺点。如使用铝盐(例如A l C l 3)
作为原料,则在反应过程以及后期的煅烧过程中可能产生腐蚀性气体。而如果采用有机醇盐的话,则将面临原料的昂贵成本和因较强活
性而不易储存等问题。为了解决上述问题,T h i r u c h i t r a m b a l a m a 等[14]利用直接水解金属铝,并且通过超声波
振荡等方法分散产物成为溶胶,而后蒸干水分形成一水软铝石(勃姆石)凝胶。最终只需在1000℃煅烧1h 就得到了α-A l 2O 3,这比直接煅烧一水软铝石生成α-A l 2O 3所需的1200℃
降低了很多。由于纳米粒子有较高的比表面能,所以很容易团聚。在液相法中均匀分散的纳米尺度粒子会因为在空气中干燥而形成团聚。所以需要用特别的干燥方法来消除气液界面,从而减少团聚的发生。陈海阳等[15]利用溶胶凝胶法与超临界干燥相结合的方法制备纳米氧化铝粉体,通过超临界干燥使得分散均匀的水合氧化铝溶胶在干燥过程中不易发生团聚。采用超临界干燥法可以得到大比表面、大平均孔径和高孔容的氧化铝超细粒子,氧化铝超细粒子的外形为纤维状粒子,长100n m 、直径10n m 左右,粒子分布比较均匀。
3.2 溶液燃烧分解法
[16]溶液燃烧分解法是利用盐溶液加入燃烧剂进行燃烧反应,以此得到所需的粉体的制备方法。该法在燃烧时放出的热量可以促进单相物质的生成。并且该法使用的原料来源广泛,成本较为低廉。L .C .P a t h a k [16]等在A l (N O 3)3水溶液中加入柠檬酸和氨,使用氨水和稀硝酸调节溶液p
H 值,然后蒸发溶液使之发生燃烧反应从而得到海绵状的A l (O H )3,然后通过煅烧得到A l 2O 3。研究表明初始溶液的酸碱度对最终的氧化铝粒子性状有很大的影响。初始溶液p H=2时,反应缓慢,最终粉体呈现薄片状,粒度大于1μm ,厚度约200n m 。而当p H=10时,反应较快,生成分布较窄、粒度为几百纳米的氧化铝粒子。
3.3 液相火焰喷射热解法
[17]液相火焰喷射热解法利用不同前驱物与鳌合物、表面活性剂,充分混合均匀后通入氧气喷雾点燃发生反应,借此来得到所需的氧化物或氢氧化物。T .H i n k l i n [17]等采用此法,使用硝酸铝、乙酰丙酮铝[A l (A c a c )3]等不同前驱物溶于乙醇和四氢呋喃的混合物,然后喷雾与氧气混合点燃制备出纳米氧化铝。其中使用无机盐A l C l 3,A l (N O 3)3只能得到较大粒度、含孔的氧化铝粒子。而使用A l (A c a c )3则得到了小于20n m 氧化铝粉体,其比表面积为60m 2/g 。由于所得的粉体表面高度羧化,这种纳米氧化铝可能适应于制作催化剂载体或制备陶瓷材料。
3.4 爆炸法
[18～20]爆炸法是利用物质在密封容器中加入氧气发生爆炸反应,以此制得氧化物粉体的制备方法。由于用爆炸法处理硝酸盐、氯酸盐及有机盐可简单快速地制备出各种金属氧化物,且可容易地制取混合金属氧化物[8],而这类材料在超导、吸波、电极、光化学等领域均有重要的应用。李晓杰等[19]以硝酸铝为原料,混入泰安粉维持稳定爆炸,进行了爆炸合成纳米氧化铝。爆炸中产生的氧化铝为纳米尺度球形粉末,其粒度主要分布在10～50n m 之间,平均粒度约为25n m ,晶型为γ型。这种纳米氧化铝是在爆炸反应区内以离子或分子态直接凝聚而成的,由于凝聚与生长过程在微秒量级内完成,故其颗粒生长没有择优取向而呈完整的球形。·
50· 玻璃与搪瓷 2006年
3.5 纳米粒子诱导法[21,22]在湿法制备氧化铝粉体的体系中掺入纳米级的氧化铝粉体,有助于纳米粒子的生长,同时可以降低形成α-氧化铝的温度,有效控制了因为高温而使氧化铝粒子发生的烧结。H o n g x i a L u [21]等在沉淀法制备过程中加入2%(摩尔比)的平均粒径100n m 的球形纳米氧化铝,最终得到了粒子长300n m ,宽80n m 的盘状α-A l 2O 3,并且使α
相的转变温度下降到1100℃。K a n i c h i K a m i y a 等[22]在仲丁醇铝-乙醇-盐酸-水体系中加入1%(质量)的纳米氧化铝颗粒,使其在600℃时就有50%的氧化铝转变成α-A l 2O 3。
3.6 改进机械法[23,24]机械法借用机械外力作用使A l 2O 3粉体颗粒细化,常用的粉碎工艺有球磨粉碎、
振磨粉碎、砂磨粉碎、气流粉碎等。通过机械粉碎方法来提高粉料的比表面积,尽管是有效的,但有一定限度,通常只能使粉料的平均粒径小至1μm 左右或更细一点,而且有粒径分布范围较宽、容易带入杂质的缺点。M i c h a e l D .K a s s [21]等在湿球球磨中加入超声处理,可使氧化铝粒子减小到400n m 左右,并且减少了棱角,使得粒子形貌更接近球状,但是仍然还不能得到纳米粒子。F r a n k S t e n g e r a 等[22]在搅动介质磨中粉碎刚玉粉的过程中发现,配制含有刚玉粉和氨水或硝酸的悬浮液的p H 减小,z e t a 电位就增高,这样粉碎粒径可达100n m 。而当使用的Z r O 2磨料粒径降至200μm ,随着输入比能增大,可以使氧化铝粉的粒径磨到10n m 左右。并且通过实验结合分析认为粉磨可以使粒径降至10n m 以下。
4 纳米氧化铝粉体的应用
4.1 活性催化剂和催化剂载体[7,25]
γ-A l 2O 3具有明显的吸附剂特征,并能活化许多键,如H-
H 键,C -H 键等,因此在烃类裂化、醇类脱水制醚等反应中可直接作为活性催化剂加入反应体系中,如乙醇脱水产生乙烯。由于γ-A l 2O 3表面同时存在酸性中心和碱性中心,因此γ-A l 2O 3本身就是一种极好的催化剂。
γ-A l 2O 3尺寸小,表面所占的体积分数大,表面原子配位不全等导致表面活性位置增加,而且随着粒径的减小,表面光滑程度变差,形成了凹凸不平的原子台阶,增加了化学反应的接触面,因而纳米氧化铝是理想的催化剂或催化剂载体。
4.2 表面防护层材料[26]
将纳米氧化铝粒子喷涂在金属、陶瓷、塑料、玻璃、漆料及硬质合金的表面上,可明显提高表面强度、耐磨
性和耐腐蚀性,且具有防污、防尘、防水等功能,因此可用于机械、刀具、化工管道等表面防护。有报道[26]在
A I S I 304不锈钢表面涂氧化铝防护层,使得表面硬度由3.8G P a 提高到10.8G P a ,并且在受到同样的负载下,表面压痕深度减少了30%左右。
4.3 光学材料[27]
纳米氧化铝可以吸收紫外光,并且在某些波长光的激发下可以产生出与粒子尺寸相关的波长的光波。α-A l 2O 3可烧结成透明陶瓷,作为高压钠灯管的材料;
可用作紧凑型荧光灯中荧光粉层的保护涂膜;还可和稀土荧光粉复合制成荧光灯管的发光材料,提高灯管寿命。此外,纳米A l 2O 3多孔膜有红外吸收性能,可制成隐身材料用于军事领域;利用其对80n m 紫外光的吸收效果可作紫外屏蔽材料和化妆品添加剂。
4.4 陶瓷材料[28]
在常规A l 2O 3陶瓷中添加5%的纳米级A l 2O 3粉体,可改善陶瓷的韧性,降低烧结温度。由于纳米A l 2O 3粉体的超塑性,解决了因低温脆性而限制其应用范围的缺点,因此在低温塑性氧化铝陶瓷中得到广泛应用。
在其它陶瓷基体中加入少量的纳米级A l 2O 3,可以使材料的力学性能得到成倍的提高,其中以S i C-A l 2O 3纳米复合材最为显著,共抗弯强度从单相碳化硅陶瓷的300～400M
P a 提高到1G P a ,经过热处理可达1.5G P a ,材料的断裂韧性提高幅度也在40%以上。此外,A l 2O 3常作为结构材料的弥散相,以增强基体材料强度。当弥散相含量一定时,粒径越小,粒子数就越多,而粒子间距也就越小,对材料屈服强度的提高就越有
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玻璃与搪瓷
利。因此,纳米A l 2O 3在复合陶瓷材料中具有广阔的应用前景。
5 结语
纳米氧化铝粉体是现代工业中不可缺少的重要材料。为了获得性能更为优良、应用更为广阔的各种纳米氧化铝粉体材料,各种新型制备工艺的研究仍在不断进行中。除了对超细粒度、高纯度的不断追求外,纳米氧化铝粉体的研究还不断向功能化方向发展。随着材料的制备和应用研究的不断深入,纳米氧化铝粉体材料将在各种领域发挥更大的作用。
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·
52· 玻璃与搪瓷 2006年
4 结论
⑴坩埚体的高温液相量、结构的致密性及均匀性,是造成坩埚高温软化变形、收缩裂纹以及玻璃液侵蚀损毁的主要原因。坩埚更换时的热震损毁属于热震损伤机制,坩埚在周期性使用过程的热震损毁则属于热震断裂机制。
⑵纯化原料、减小杂质引入量是提高坩埚高温性能的主要途径。用球粘土作坩埚的结合粘土,可减小结合粘土用量及杂质引入量,有益于降低坩埚的高温软化变形及收缩开裂,提高坩埚的抗玻璃液侵蚀能力。
⑶增加熟焦用量、减少蜡石用量、引入少量蓝晶石细粉、提高坩埚泥料的密实性与均匀性,可减小坩埚的高温软化变形程度及不均匀收缩裂纹产生的可能性,有益于坩埚的抗侵蚀性能及抗热震性能。
⑷坩埚配料中的蜡石应以小粒径颗粒引入,坩埚的气孔率低,有益于坩埚的致密度、原始强度及抗热震性能的提高。
⑸按坩埚的不同用途,开发出相应组成与性能的坩埚以及复合型坩埚。寻求新料源和提高坩埚性能是粘土坩埚行业迫切需要解决的两个主要问题。
参考文献:
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(上接第52页)
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h i nf i l m s d e p o s i t e db ym e t a l o r g a n i c c h e m i c a l v a p o u r d e p o s i t i o no nA I S I 304s t a i n l e s s s t e e l [J ].E l e c t r o c h i m i c aA c t a ,2005,50:4615-4620.
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·47· 第34卷第5期 玻璃与搪瓷
纳米氧化铝制备工艺技术
1. 200780101735 用于制备有控制结构与粒度的纳米多孔氧化铝基材料的方法和利用所述方法获得的纳米多孔氧化铝 2. 92104368 尺寸可控纳米、亚微米级氧化铝粉的制备方法 3. 95105843 纳米级氧化铝的生产工艺 4. 96117151 纳米添加氧化铝陶瓷的改性方法 5. 00125966 一种形态松散的纳米、亚微米级高纯氧化铝的制备方法 6. 01134059 纳米氢氧化铝的制备方法 7. 01126878 纳米尺寸的均匀介孔氧化铝球的合成方法 8. 01124685 一种作催化剂载体用的纳米级氧化铝及其制备方法 9. 01121545 高纯纳米级氧化铝的制备方法 10. 01113724 去除纳米氧化铝模板背面剩余铝的方法 11. 01132376 导电性纳米氮化钛－氧化铝复合材料的制备方法 12. 02139370 氧化铝纳米纤维的制备方法 13. 02138470 制备纳米材料的氧化铝模板及模板的制备方法 14. 02136111 利用氧化铝模板生长锗纳米线的方法 15. 02129021 纳米羟基磷灰石/氧化铝复合生物陶瓷的制备方法 16. 02116802 超纯纳米级氧化铝粉体的制备方法 17. 02109247 一种带有氧化铝壳的复合金属纳米粉末材料及其制备方法 18. 02138014 醇铝气相法制取纳米高纯氧化铝的方法 19. 200310106128 高纯纳米氧化铝纤维粉体制备方法 20. 03141495 一种氧化铝纳米纤维的制备方法 21. 03140530 一种表面包膜氧化铝的纳米二氧化钛颗粒的制备方法 22. 03129084 纳米氧化铝材料的制造方法 23. 03117871 纳米氧化铝胶体功能陶瓷涂料生产方法 24. 03800065 α-氧化铝纳米粉的制备方法 25. 03136606 一种纳米孔氧化铝模板的生产工艺 26. 03133529 纳米氧化铝浆组合物及其制备方法 27. 03102045 一种含有改性纳米级氧化铝的半合成烃类转化催化剂 28. 200480009462 纳米多孔超细α－氧化铝粉末及其溶胶－凝胶制备方法 29. 200420080270 一种去除纳米氧化铝模板背面铝层的装置 30. 200410063067 纳米氧化铝铜基体触头材料 31. 200410019998 一种基于多孔氧化铝模板纳米掩膜法制备纳米材料阵列体系的方法 32. 200410013256 一种无硬团聚的纳米氧化铝的制备方法 33. 200410010510 阳极氧化铝模板中一维硅纳米结构的制备方法 34. 200410067540 纳米氢氧化铝的制备方法 35. 200410077970 纳米氢氧化铝、粘土与乙烯-醋酸乙烯共聚物的阻燃复合材料
氧化铝微纳结构材料的研究进展
氧化铝微纳结构材料的研究进展3 朱振峰,孙洪军,刘 辉,杨 冬,张建权,郭丽英 (陕西科技大学材料科学与工程学院,西安710021) 摘要 氧化铝微纳结构材料由于具有特殊的形貌、高比表面积、高介电常数、高的热和化学稳定性等特性,以及可以作为构筑单元,采用自下而上的方法合成各种超级结构材料,从而使其在吸收剂、催化剂载体、陶瓷材料、耐磨材料和新结构材料合成等诸多领域得到重要应用,已成为当前纳米材料科学领域的前沿和热点。结合近年来国内外的最新研究进展对氧化铝微纳结构材料的制备方法、表征和物性研究等进行了综述,并对其发展趋势和前景进行了展望。 关键词 氧化铝 微纳结构 制备方法R esearch Progress of Micro/N ano 2structural Alumina Materials ZHU Zhenfeng ,SUN Hongjun ,L IU Hui ,YAN G Dong ,ZHAN G Jianquan ,GUO Liying (School of Materials Science and Engineering ,Shaanxi University of Science and Technology ,Xi ’an 710021)Abstract Alumina micro/nano 2structural materials are widely used as the adsorbents ,catalyst supports ,ce 2ramics ,abrasives and the build 2blocks for synthesizing the new structural materials by bottom 2up approach ,because of its unique properties such as specific morphology ,high specific surface area and dielectric constant ,high thermal and chemical stability and so on.In this paper ,the recent development of micro/nano 2structural alumina materials are re 2viewed with respect to the preparation ,characterization ,properties and the latest developments at home and abroad in recent years.Furthermore ,the development trends and prospects of the micro/nano 2structural alumina materials are proposed. K ey w ords Al 2O 3,micro/nano 2structure ,preparation methods 3国家自然科学基金(50772064);陕西科技大学研究生创新基金资助课题 朱振峰:1963年生,教授,博士生导师,主要从事纳米粉体的合成与制备 Tel :029********* E 2mail :zhuzf @https://www.docsj.com/doc/8c731349.html, 0 引言 随着纳米科学和技术的发展,各种具有特殊形貌的纳米结构越来越引起人们的兴趣和重视。氧化铝微纳结构材料 作为一种具有特殊结构和复杂形貌的纳米结构材料,是近几年来化学和材料科学前沿的一个日益重要的研究领域。设计和可控合成氧化铝微纳结构材料之所以受到研究者们的广泛关注是因为它们具有许多独特的性质,如特殊的形貌和结构、稳定性、可控性、自组装以及涉及光、电、催化、化学和生物反应能力等。氧化铝微纳结构材料还由于其特殊的形貌、高比表面积[1]、高介电常数、高的热和化学稳定性等特性,以及可以作为构筑单元,采用自下而上的方法合成各种超级结构材料的性质,从而使其在吸收剂、催化剂载体、陶瓷材料、耐磨材料和新结构材料合成等诸多领域都得到重要应用。 相对于氧化锌等其它无机材料,对氧化铝微纳结构材料的合成和性能进行研究的报道较少,是一个新兴的领域。本文结合近年来国内外最新的研究进展,就不同制备方法合成的氧化铝微纳结构材料、合成材料的形貌以及物性和应用等方面作一综述。 1 制备方法 1.1 水热法 水热法提供了一个在常温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,由此促进反应的进行和各种形貌的形成,因此,水热法被广泛地应用于制备各种不同形貌的氧化铝微纳结构材料。在采用水热法制备氧化铝微纳结构材料的过程中,铝源的种类和物质的量、溶液的p H 值等都对最终产品的形貌有一定影响。另外,在水热过程中形成的一维结构也可以通过自组装的方法最终形成二维及三维结构。 (1)铝源的影响 在水热环境中铝源的种类及物质的量对产品的形貌有很大影响,通过改变铝源的种类及物质的量可以改变产品的形貌。J un Zhang 等[2]以AlCl 3?6H 2O 为铝源,将NaO H 水溶液逐滴加入到AlCl 3溶液中,然后将该混合溶液置于高压釜中200℃水热反应24h ,制得了直径约为60nm 、长为6～8 μm 的氧化铝纳米棒状结构。Taobo He 等[3]则以Al 2(NO 3)3?9H 2O 为铝源,通过控制Al (NO 3)3?9H 2O 的物质
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]。
纳米三氧化二铝的应用及研究进展
纳米三氧化二铝的应用及研究进展应化100130139 吕进 摘要：本文主要简述三氧化二铝的催化原理和他的结构、组成。简述其制备的方法和表征以及其使用情况。总的说来，三氧化二铝的制备分别有以下几中方法：碱法生产三氧化二铝；酸法生产三氧化二铝；电热法生产三氧化二铝。三氧化二铝的性质，包括比表面积、孔结构、晶体结构和形貌等，主要由其制备方法决定.。氧化铝包括了α型氧化铝和γ氧化铝。 关键词：三氧化二铝，催化原理，制备，表征，球花型介孔A12O3，X-射线衍射(XRD)，Pt/A12O3的制备 Nano 3 oxidation the application and research progress Applied Chemistry 100130139 LV Jin Abstract: this paper mainly discusses the catalytic principle and his 3 oxidation 2 aluminium structure, composition. Briefly introduces the preparation and characterization of the method and the use. On the whole, the preparation of the 3 oxidation 2 aluminium respectively in the following methods: 3 oxidation 2 aluminium production process; Acid production by 3 oxidation 2 aluminium; Electric heating method production 3 oxidation 2 aluminium. 3 oxidation the properties, including specific surface area, pore structure, crystal structure and morphology, mainly by its preparation methods decision.. Alumina including α type alumina and gamma alumina. Key words:3 oxidation 2 aluminium, catalytic principle, preparation, characterization, the ball pattern mesoporous A12O3, X-ray diffraction (XRD), Pt/A12O3 preparation 1 组成 1 活性组分:三氧化二铝2载体:负载型催化剂3助催化剂: α-A12O3，γ- A12O3 2 结构 在α型氧化铝的晶格中，氧离子为六方紧密堆积，铝离子对称地分布在氧离子围成的八面体配位中心 3 催化原理 具有良好的孔径分布、较大的孔容和比表面积以及多种晶型的不同性能 4 制备 4.1 碱法生产A12O3 碱法的基本原理是使矿石中的A12O3与碱在一定条件下生成铝酸钠进入溶液，从而与二氧化硅和氧化铁等杂质分离，然后再使纯净的铝酸钠溶液分解析出Al(oH)3，经高温锻烧制得成品A12O3。 碱法生产A12O3又可分为拜耳法、烧结法、联合法。 4.2 酸法生产A1203 酸法是用适当的无机酸处理矿石使产生的相应铝盐(如AIC13、A12(S04)3、Al州03)3)进入溶液中，矿石中的氧化硅不与酸作用而残留于渣中;将铝盐进一步净化除铁后，使之分解得到Ab03。该法需要昂贵的耐酸设备，且所使用的酸回收十分困难，所以难以 用于大规模的工业化生产
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。
纳米氧化铝的制备
第一章文献综述 1.1关于纳米材料 1.1.1什么是纳米材料 目前，国际上将1～100 纳米（1纳米＝10-3 微米＝10-9米）范围内的微颗粒及其致密的聚集体，以及由纳米微晶所构成的材料，统称为纳米材料，包括金属、非金属、有机、无机和生物等多种粉末材料。 纳米材料具有既不同于原子、分子，又具有不同于宏观物体的特殊性质，例如：所有的金属被细分到纳米微粒时，将失去绚丽的光彩而成为对太阳光几乎全吸收的黑体。利用此特性可进行高效光热转换，可用作微波、红外隐型材料、优良的催化剂等。无机非金属材料的光学性质亦随颗粒尺寸的减小而显著变化，例如硅片是不发光的，但纳米多孔硅却能发光；金属、玻璃与氧化物、半导体等纳米颗粒组成复合材料时，可以显著地改变力学、电学和光学性质，从而开拓新的研究与应用领域。 物质到纳米级以后，具有常规粗晶粒材料不具备的奇异特性和反常特性，展现出引人注目的应用前景。如铜到纳米级就不导电，绝缘的SiO2晶体在20纳米时开始导电，高分子材料加入纳米材料制成的刃具，比金刚石制品还坚硬。目前世界上共有各种材料约百万种，其中自然材料约占1/5。纳米技术将给人类带来数10万种性能优异的材料。 1.1.2纳米材料在工业中的应用 1、纳米陶瓷材料 陶瓷有许多优良的性能而获得广泛的应用。然而它又有性脆、烧结温度高等缺点，所以其应用受到一些限制。而纳米陶瓷材料则不同，现已证实，纳米陶瓷CaF2和TiO2在常温上具有很好的韧性和延展性能。它们在80℃～180℃范围内可产生约100%的塑性形变，而且烧结温度低，能在比大晶粒样品烧成温度低600℃的温度下烧出类似普通陶瓷硬度的产品。 这些特性提供了对纳米陶瓷材料在常温或次高温下进行冷加工的可能性。如果在次高温下将纳米陶瓷颗粒加工成形，然后作表面退火处理，就可以使纳米陶瓷材料成为一种表面保持常规陶瓷材料的硬度和化学性，而内部
非金属矿物制品行业概述
第一章非金属矿物制品行业概述 1定义 一般认为，非金属矿，即非金属矿物材料，是指以非金属矿物和岩石为基本或主要原料，通过深加工或精加工制备的具有一定功能的现代新材料，它是无机非金属材料的一种，如功能填料和颜料、摩擦材料、密封材料、保温隔热材料、电功能材料、吸附催化材料、环保材料、胶凝与流变材料、聚合物/纳米黏土复合材料、建筑装饰材料等。而非金属矿物制品则是以这些非金属矿物材料经过进一步加工形成的产品。例如我们常见的建筑材料、玻璃、人造金刚石、磨料磨具、石棉制品等。 2 发展历史 3 特征 现代非金属矿物制品具有以下主要特征： 1、原料或主要组分为非金属矿物或经过选矿或初加工的非金属矿物。 2、一般来说，与同样用非金属矿物为原料生产的硅酸盐材料（水泥、玻璃、陶瓷等）以及无机化工产品（如硫化钡、氯化钡、碳酸锶、氧化铝等）不同，非金属矿物没有完全改变非金属矿物原料或主要组分的物理、化学特性或结构特征。 3、非金属矿物制品是通过深加工或精加工制备的功能性制品。因此，非金属矿物制品具有一定的技术含量和明确的用途，不能直接应用的原矿和初加工产品不属于非金属矿物制品的范畴。当然，深加工或精加工是一个相对的概念，随着科学技术的发展和社会的进步，其内涵也将发生变化。 4 分类
非金属矿物制品一般按照不同的特征分为如下几类：①水泥制品和石棉水泥制品业。包括水泥制品业、砼结构构件制造业、石棉水泥制品业、其他水泥制品业等。②砖瓦、石灰和轻质建筑材料制造业。包括砖瓦制造业、石灰制造业、建筑用石加工业、轻质建筑材料制造业、防水密封建筑材料制造业、隔热保温材料制造业、其他砖瓦、石灰和轻质建筑材料制品等。③玻璃及玻璃制品业。包括建筑用玻璃制品业、工业技术用玻璃制造业、光学玻璃制造业、玻璃仪器制造业、日用玻璃制品业、玻璃保温容器制造业、其他玻璃及玻璃制品业等。④陶瓷制品业。包括建筑、卫生陶瓷制造业、工业用陶瓷制造业、日用陶瓷制造业、其他陶瓷制品业等。⑤耐火材料制品业。包括石棉制品业、云母制品业、其他耐火材料制品业等。⑥石墨及碳素制品业。包括冶金用碳素制品业、电工用碳素制品业、其他石墨及碳素制品业等。⑦矿物纤维及其制品业。包括玻璃纤维及其制品业、玻璃钢制品业、其他矿物纤维及其制品业等。⑧其他类未包括的非金属矿物制品业。包括砂轮、油石、砂布、砂纸、金钢砂等磨具、磨料的制造，晶体材料的生产等。 5用途 非金属矿物制品是人类利用最早的。原始人使用的石斧、石刀等都是用无机非金属矿物或者岩石材料制备的。但是，在现代科技革命和新兴产业发展之前的人类文明进化过程中，基本上是以金属材料为主导，随着现代科技进步、人类生活水平的提高和环境保护意识的觉醒，开创了应用非金属制品的新时代。 目前，非金属矿物制品广泛应用于化工、机械、能源、汽车、轻工、食品加工、冶金、建材等传统产业以及航空
纳米氧化铝的研究进展
1．5纳米氧化铝的研究进展 1．5．1氧化铝的性质 氧化铝是化学键力很强的离子键化合物。它有八种同质异形晶体：Q、B、Y、0、 q、8、K、X-A1203，其中主要的也是在工业中得到重要应用的是Q．A1203、B．A1203 和Y．A1203---种晶型。Y—A1203为低温稳定相，Q．A1203是熔点2050。C以下唯一的在任 何温度下都会稳定存在的相态，其它相态均为过渡相或不稳定相【74】。 Y．A1203属于立方晶系，尖晶石型结构，其中氧原子呈面心立方密堆积，铝原子不 规则地排列在由氧原子围成的八面体和四面体孔穴中。它的密度为3．30．3．639／cm3，只在 低温下稳定，在高温下不稳定，它不溶于水，但溶于酸或碱。y．A1203比表面很大，约 为200．600m2／g，具有强的吸附能力和催化活性，广泛用于吸附剂、催化剂和催化剂载体[751 O B．A1203是一种氧化铝含量很高的多铝酸盐，它的化学组成可近似地用RO．6A1203 或R20．1 1A1203来表示(RO为碱土金属氧化物，R20为碱金属氧化物)，其结构由碱土 金属或碱金属离子层尖晶石结构单元交替堆积而成，氧离子排列成立方密堆积结构，Na+ 完全包含在垂直于c轴的松散堆积平面内，在这个平面内可以很快扩散，呈现离子型导电，称钠离子导体。因此，13．A1203是一类重要的固体电解质【75J。 Q．A1203属于三方晶系，刚玉型结构，该结构可以看成氧离子按六方紧密排列，即ABABAB一二层重复型，而铝离子有序的填充于2／3的八面体间隙中，使其化学式成为A1203。Q．A1203熔点为2050。C，密度为3．90-4．019／cm3，模氏硬度为9。它的化学性质 稳定，不溶于水，也不溶于酸或碱，耐腐蚀且电绝缘性好，广泛应用于高硬度研磨材料、陶瓷材料、耐火材料和集成电路的基板等【75，76】。
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
我国分子筛行业发展趋势分析pdf
我国分子筛行业发展趋势分析 作者：席晓晨、鲁向前 狭义上讲，分子筛是结晶态的硅酸盐或硅铝酸盐，它具有由硅氧四面体SiO 4通过氧桥键相连而形成分子尺寸大小（通常为0.3-2.0nm）的和铝氧四面体AlO 4 孔道和空隙体系，从而具有筛分分子的特性。广义上讲，分子筛是具有规则而均匀孔道结构的多孔化合物或多孔材料。根据分子筛孔径的大小划分，分别有小于2nm、2-50nm和大于50nm的分子筛，分别称为微孔、介孔和大孔分子筛。从发展过程看,分子筛主要经历了传统沸石、介孔材料和复合分子筛三个阶段。随着研究的深入, 人们发现分子筛的骨架硅或铝也可由Fe、Cr、Ge、Ti、Mn、Co、Zn、Be、Cu 等原子取代，其孔径和孔腔也可达到2nm以上。分子筛同时又经历了从低硅到高硅，从无机多孔骨架到金属有机多孔骨架的发展历程。 1、国外分子筛研究开发的简要回顾与展望：分子筛是一种战略新材料 1.1 国外开发进展简要回顾 上世纪50年代（1954年），美国联合碳化学公司（UCC）首次开发出合成沸石分子筛，称为第一代沸石分子筛。 上世纪70年代（1972年），美国Mobil公司的研究人员开发出由Zeolites Socony Mobil缩写命名的ZSM系列高硅铝比沸石分子筛，称为第二代沸石分子筛。 上世纪80年代（1984年），美国联合碳化学公司（UCC）的研究人员将硅元素引入AlPO-4分子筛中合成出一系列磷酸硅铝分子筛（SAPO），称为第三代沸石分子筛。 上世纪90年代（1992年），美国Mobil公司的研究人员采用较长链烷烃或芳烃的季铵盐阳离子表面活性剂作为模板剂首次合成出MCM系大孔径分子筛。 据国际分子筛学会（IZA）的统计：1970年微孔化合物的结构类型共有27种，1978年上升为38种，1988年上升至64种，1996年又上升至98种，2003年已达145种1。截止2005年2月，已达到169种2。由于骨架组成元素的大量扩展（从沸石的1徐如人、庞文琴等著：《分子筛与多孔材料化学》第1章第1页，科学出版社，2004年3月第一版。
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
浙江省新材料产业发展调查报告
浙江省新材料产业发展调查报告 一、浙江省新材料产业发展的现状及存在问题 目前材料产业已占全省区域经济总量的16.01％，总体销售规模近200亿元、出现了一批在全国具有“独创性”和“垄断性”的企业和新材料产品，这批企业成长性好，发展后劲足，产品技术含量高。特别是其中的民营企业，通过充分发挥市场机制作用，以高校和科研院所为依托，走产学研联合开发的道路，大力开发生产了一批技术含量高，市场潜力大的新材料产品，与上下游产业相互交融，逐渐形成新的产业链，使产业结构呈现出横向扩展的特色。新材料产业成为我省传统产业改造的重要突破口，在特种金属材料生产、塑料改性、精细化工产品结构调整，建材产品更新换代、轻纺传统工业产品提档升级等方面发挥了重要作用，特别是以纳米材料与技术为代表的新材料的发展，已成为我省产品工业结构调整的重要切入点。我省新材料产业具有几大明显的产业优势： （一）磁性材料：是国内第一大磁性材料生产省份。其中永磁铁氧体（产量占全国64％），稀土永磁材料、软磁铁氧体材料等三大系列有明显的产业竞争优势，东磁集团已成为亚洲最大铁氧体生产企业，产量全国第一。天通股份公司、宁波科达磁性材料公司的软磁铁氧体材料产量位居亚洲前列。随着磁性材料下游IT、汽车、机械等行业迅速发展，具有优异产品性能和广泛应用领域的我省磁性材料产业，发展前景诱人。 （二）电子工业用有色金属材料：我省拥有众多的铜材加工企业，开发成功的高精度电子铜带已成为我国电子工业所需的高导电、高导热、低成本的新型铜基材料，解决了电子工业一直依赖进口的发展瓶颈。 （三）单晶材料：硅材料产业在全国居于领先地位，浙江大学海纳半导体公司将形成近十亿产值的生产规模，成为世界十大硅片供应商；信息产业的基础材料之一——金属酸锂单晶材料的生产，我省也在全国占有重要一席位置。 （四）有机硅材料：以有机硅为基础材料的各类产品如硅橡胶、硅油、硅酮胶、有机硅涂料、有机硅表面活性剂等在我省均有生产。浙江新安化工集团已具有5000吨（在建一万吨）甲基硅烷单体生产能力；杭州之江有机硅化工有限公司生产的硅酮胶，产量达到全国首位，质量与世界名牌GE、道康宁公司产品齐平。 （五）工程塑料：我省是塑料大省，在我省沿海地区形成了塑料加工产业带，并具有全国最大的余姚塑料交易市场，带动了阻燃剂等相关材料及领域的发展。我省有机氟材料产量全国领先。 （六）新型建筑材料：我省建筑新材料产业的规模企业众多，拥有全国最大的钢结构生产基地和混凝土外加剂生产企业，保温节能材料生产在国内也占有重要地位，作为新型墙体材料推广应用的混凝土多孔砖发展迅速，并由我省的相关单位制订混凝土多孔砖的国家标准规范。 （七）纳米材料：浙江省是全国纳米材料产业化最早的省份，目前涉及纳米材料生产与应用开发的企业有数十家，如浙江华特实业集团公司、浙江超微细化工有限公司等，在纳米磁性材料和纳米粉体制备以及纳米材料在高分子、陶瓷、纺织品、涂料、化学电源、电子与功能材料、建筑材料等产业中的应用等方面取得较多的研究成果，实现了产业化。
氧化铝纳米材料+-教学教材
氧化铝纳米材料+-
沉淀法制备纳米级Al2O3中的团聚控制 学号：姓名： 自从Gleiter等在20世纪80年代中期制得纳米级Al2O3，人们对这一高新材料的认识不断加深并陆续发现它的更多特性。作为一种多功能的超微粒子，纳米Al2O3已广泛应用于结构及功能陶瓷、复合材料、催化剂载体、荧光材料、红外吸收材料等[1]。由于氧化铝陶瓷来源廉价，且具有耐腐蚀、耐高温、高硬度、高强度、抗磨损、抗氧化和绝缘性好等良好特性，在冶金、化工、电子、国防、航天及核工业等高科技领域得到了广泛的应用。制备纳米Al2O3是为进一步制备纳米Al2O3高分子复合材料提供优质原料。如何制备出价格低廉、工艺简单、性能优良的纳米氧化铝粉体一直是国内外研究的热点[2,3]。目前，制备纳米Al2O3粉体主要有固相法、气相法和液相法三大类。固相法操作简单，但生成颗粒粒径难以控制，且分布不均；气相法设备要求严格，操作复杂；液相法成本较低，生产设备和工艺过程简单，生成颗粒纯度高，粒径小且分布均匀，是制备纳米陶瓷粉体最常用的方法[4]。常用的液相法有：溶胶－凝胶法，水热法，微乳液法，沉淀法[5]。本文主要介绍沉淀法制备纳米氧化铝粉体的不同反应体系，并着重介绍了近几年在颗粒细化、减少团聚等研究方面取得的主要进展。 沉淀法就是在金属盐溶液中加入适当的沉淀剂，得到前驱体沉淀，再经过过滤、洗涤、干燥、煅烧等工艺得到所要的产物。沉淀法因原料成本低，设备及工艺简单，易于工业化，在生产高纯超细氧化铝粉末时有其优势[6]。近年来研究使用的不同反应体系主要有以下三种： （1）铝盐＋碳酸铵体系
a．以硝酸铝为母液，碳酸铵为沉淀剂，其反应方程为： A1(NO3)3+2 (NH4)2CO3+H2O= NH4AlO(OH)HCO3+3NH4NO3+CO2该反应体系在酸性(pH>5)和碱性条件下都可以得到纳米粉体，但在碱性条件下结果较好。两种添加顺序，将A1(NO3)3溶液加(NH4)2CO3溶液或相反，都可以得到碳酸铝胺NH4AlO (OH)HCO3沉淀，在1150℃下煅烧沉淀可得到粒径小于50nm 的粉体[7]。 b．以硫酸铝铵为母液，碳酸氢铵为沉淀剂，其反应方程式为： NH4A1(SO4)2+4NH4HCO3 = NH4AlO (OH)HCO3 +2 (NH4 )2SO4 +3CO2+H2O 这是目前研究最多的反应体系。两种添加顺序也都可以得到沉淀。采用先缓漫滴加碳酸氢铵至稍过量，然后以喷雾混合的方式，可使沉淀过程保持均相，获得平均粒径为30nm 的NH4AlO(OH)HCO3前驱体粉末。喷雾混合方式可使溶液的pH 值迅速上升，有利于晶核形成，而前驱沉淀物的晶核数目越多，产物的粒径就越小[8]。 （2）无机盐+尿素均相沉淀体系 在反应体系中加入尿素.随着温度升高，尿素分解生成沉淀剂 NH4OHCO(NH2)2+3H2O=CO2 +2NH4OH 沉淀剂NH4OH 在溶液中均匀分布，使沉淀均匀缓慢地生成，在沉淀过程中反应容器内一直保持均相。此方法制备的纳米氧化铝具有粒度小、粒径分布窄，制备成本低、工艺简单等优点，但同时由于其沉淀产物主要为氢氧化铝，因此存在较为严重的团聚问题。
涂层纳米功能材料(一)
涂层纳米功能材料(一) 摘要：纳米材料复合涂层的结构和特性是纳米科技中的重要研究课题，本文重点讨论了制造技术的新观念，纳米材料的完美定律，涂层材料的发展前景，纳米场发射特性等。进而，讨论重要的物理理论研究的热点-电子强关联体系和软凝聚态问题。展现了涂层材料科学与技术的深刻理论内容和重要的发展前景。 关键词：纳米涂层；场发射；电子强关联；软凝聚态物质2003年在国际和中国都发生了具有突发性的灾难事件，但中国的GDP仍以9.1％的高速度在增长，达到了人民币11.6万亿元，其中第二产业贡献4万多亿元。中国现今的第二产业主要领域是冶金、制造和信息，在世界的地位是大加工厂，也是大市场。在国际竞争中所以有优势是中国的劳动力廉价，这个优势我们能保持多久?我们还注意到与化工有关的产品中，我们的生产效率是国际发达国家的5％，能耗是3倍，环境的破坏是9倍。这就是我们所付出的代价。不论形势如何严峻，21世纪是中华民族振兴的机遇期，制造业绝对是一个极其重要的领域，是个急速发展变化的领域。2003年3月国际真空学会执委会在北京举行，会议上讨论了将原来的冶金专委会改名为“表面工程专委会”，当时也考虑了另一个名字“涂层专委会”，我想用涂层材料更合适，含有继承性和变革性。20世纪70年代曾经说成是塑料年代，此后塑料科技和工业迅速崛起，极大地改变了人类社会。继而是信息时代，通信网、计算机网、万维网、智能网，信息流，日新月异地改变着人类的生活和观念。我们这个时代是高速发展的时代，技术和观念都在与时俱进地改变着。本世纪初兴起了纳米科技，促进其到来的是由于微电子小型化的发展趋势，推动科技发展进入纳米时代1]，不仅电子学将进入纳电子学领域，物理学进入介观物理领域，各类科技，包括生物医学等都在探索纳米结构与特性。涂层和表面改性越来越多地增加了纳米科技的内容，这是一种低维材料的制造和加工科技，将是制造技术的主流，将迅速地改变传统制造技术的方法、理论和观念，作为现今国际上的制造大国，世界加工厂，我们更应该注意研究制造技术的发展和未来。1突破传统制造技术的观念 纳米科技研究的内容主要是在原子、分子尺度上构造材料和器件，测量表征其结构和特性，探索、发现新现象、新规律和应用领域。与我们熟悉传统的相比，纳米材料和器件具有显著的维数效应和尺寸效应。近几年来，在纳米材料制造方面做了大量的研究工作，在纳米粒子粉材的制造，以及材料结构和特性测量、表征上取得了显著成果2～7]。接下来深入到纳米线、纳米管和纳米带的研究8～14]，出现了一些成功有效的制造方法，发现了一些惊人的结构和特性。在此基础上，发展了纳米复合材料的研究，展现了非常有希望的应用前景15～17]。近来人们在纳米科技初期成果的基础上挑战某些产品的传统加工技术，比如Al组件的快速加工。T.B.Sercombe等人报道了快速加工铝(Al)组件的新方法18]，这个方法的主要特征是用快速成型技术先形成树脂键合件，然后在氮气氛中分解其键和第二次渗入铝合金。在热处理过程中，铝与氮反应形成氮化铝骨架，在渗透过程中得到刚体结构。与传统制造工艺相比，这个过程是简单的快速的，可以制造任何复杂组件，包括聚合物、陶瓷、金属。图1是过程示意和原型样品，(a)是尼龙巾镶嵌铝粒子的SEM像，中心有结构细节的是Mg粒子，白色是Al粒子，加入少量的Mg是为还原氧化铝，它将不是铸件中的成分。在尼龙被烧去时，这个结构基本保持不变。(b)是氮化物骨架，围绕Al粒子的一些环状结构的光学显微镜像，再渗入Al时将形成密实结构。(c)是烧结的氮化铝和渗铝组件，小柱的厚为0.5mm其密度和强度都达到了传统铸造技术的水平。他们还制作了公斤重量多种结构的样品。这是一种冶金技术的探索，开辟了一种新的冶金和制造技术途径。 2纳米材料的完美定律 描述材料结构的常用术语是原子结构和电子结构。原子结构的主要参量是晶格常数、键长、键角；电子结构的主要参量是能带、量子态、分布函数。对于我们熟悉的宏观体系，这些参量多是确定的常数，但对于纳米体系，多数参量随着原子数量的改变而变化。这是纳米材料
纳米氧化铝的制备与应用
纳米氧化铝的制备与应用 作者：XXX 摘要：纳米技术日新月异，纳米材料科学也不断的进步。纳米氧化铝作为纳米材料的一员，因其特殊的性能成为一种用途广泛的纳米材料，其制备方法不断涌现，其应用范围也不断拓展，已逐渐成为重要的无机纳米材料。对纳米氧化铝的制备方法与应用的领域做进一步的研究，有着十分重要的经济意义和现实意义。本文主要介绍了纳米氧化铝的制备方法和应用现状，并对其研究前景作了简要展望。 关键词：纳米氧化铝，制备，应用 引言 纳米氧化铝是一种尺寸为1~ 100nm的超微颗粒, 具有强的体积效应、量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应, 在光、电、热力学和化学反应等许多方面表现出一系列的优异性能, 广泛用作精细陶瓷、复合材料、荧光材料、湿敏性传感器及红外吸收材料等[1,2]。自80年代中期Gleiter 等制得纳米级Al2O3粉末以来, 人们对这一高新材料的认识不断加深并发现其中有许多特性, 本文试对其制备方法与应用研究取得的进展作一综述。 1 纳米Al2O3的制备技术 目前纳米Al2O3的制备方法可归纳为固相法、气相法和液相法三大类, 但随着科技的不断发展和对不同物理、化学特性超微粒的需求, 在上述三类方法的基础上又衍生出许多新的技术。 1. 1 气相合成法 气相法制备高纯超细粒子氧化铝主要采用化学气相沉积法( Chemical Vapor Deposition法) , 是以金属单质、卤化物、氢化物或有机金属化合物为原料, 通过气相加热分解和化学反应合成微粒。 1. 1. 1 火焰CVD[ 3, 4] 借助惰性气体将反应物送进反应室中, 燃料气体的火焰将反应物蒸发, 气态反应物被氧化成粒径为10~50nm的超细高纯氧化铝粉末。反应物母体为金属铝的碳水化合物、氧化铝; 氧化剂为氧气; 产生火焰的燃料气体是氢气、甲烷、乙烯、乙炔或它们的混合气体, 并用惰性气体稀释; 所用燃烧炉是逆流扩散火焰燃烧炉。美国Chen Y J[5]等利用此法制备出粒径为30~ 50nm的无团聚氧化铝纳米粒子。 1. 1. 2 激光热解CVD法 意大利的E Borsella[6]利用三甲基铝Al(CH3) 3和N2O作为气相反应物, 加入C2H4作为反应敏化剂,采用CO2激光( C2H4在CO2激光发射波长处有共振吸收) 加热进行反应, 然后在1200~ 1400 下进行热处理成功地合成了粒径为15~ 20nm的Al2O3粒子。经X射线衍射、电镜和BET表面积测试, 粉末主要为球形单晶纳米粒子。 1. 1. 3 激光加热蒸发CVD法 日本专利[ 7]提出氧化铝陶瓷( 纯度为99. 99%)作为蒸发源, 放在一个压力为0. 01Pa的真空泵中,通O2、CO或CO2, 使压力保持在15Pa左右, 用CO2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。Bharti[ 8]用此法制备20~ 30nm的氧化铝球形粒子。该方法具有能量转换效率高、粒子大小均一、不团聚、粒径小、可精确控制等优点, 但成本高、产率低、难以实现工业化生产。 1. 2 液相合成法