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氧化铝纳米材料+

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沉淀法制备纳米级Al2O3中的团聚控制

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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。

沉淀法是在原料溶液中添加适当的沉淀剂,使得料液中的阳离子形成沉淀物,再经过过滤、洗涤、干燥、煅烧等工艺得到所要的产物。由于工艺过程中包括沉淀反应、晶粒生长到湿粉体的洗涤、干燥、煅烧等环节,都可以导致颗粒的长大和团聚的形成,为得到粒度分布均匀的粒子体系,必须对颗粒的团聚进行控制,近几年的研究中常用的控制方法介绍如下。

a.有机物洗涤

有机物洗涤用表面力小的有机溶剂充分洗涤纳米颗粒,可以置换颗粒表面吸附的水分,减小氢键的作用和颗粒聚结的毛细管力,使颗粒不再团聚。目前此方法采用的洗涤溶剂为醇类,例如无水乙醇、乙二醇等。用醇类可以洗去粒子表面的配位水分子,并以烷氧基取代颗粒表面的羟基团。有关试验表明,通过对比直接减压抽滤和加无水乙醇洗涤方式分离前驱体发现,后者不仅可以明显加快沉淀

物的洗涤分离速度,而且洗滤后产物蓬松,层细粒状,干燥处理后易粉碎且颗粒均匀;直接进行减压抽滤洗涤费时很多,洗滤产物呈稀泥样,干燥后结块且难粉碎[9]。

b.加入分散剂

为了保证纳米颗粒在液体介质中的良好分散,可以加入适当的分散剂。常用的分散剂主要有:

(1)无机电解质。例如聚磷酸钠、硅酸钠、氢氧化钠及打等。此类分散剂的作用是提高粒子表面电位的绝对值,从而产生强的双电层静电斥力作用,同时吸附层还可以产生很强的空间排斥作用,有效地防止粒子的团聚。有文献报道[10],用0.1mol/L稀氨水洗涤已用去离子水洗涤两次的前驱体,可使几乎无法分离的前驱体快速分离。氨水是挥发性碱,所以能在后续的煅烧过程中分解掉,从而不会影响产品的纯度[11]。

(2)有机高聚物[12]。常用的有聚丙烯酰胺系列、聚氧化乙烯系列及单宁、木质素等天然高分子。此类分散剂主要是在颗粒表面形成吸附膜而产生强大的空间排斥效应,因此得到致密的有一定强度和厚度的吸附膜是实现良好分散的前提。有机高聚物类分散剂随其特性的不同在水中或在有机介质中均可使用。试验表明[13],用聚乙二醇做分散剂时发现,随着分子量的加大,粉末的尺寸随之下降,但到了6000时,效果已不明显,而将不同分子量匹配加入时则获得了最小的粒径。这可能是因为表面活性剂的分子量越大,其吸附在颗粒表面上的覆盖情况越好,所产生的空间位阻效应也越大,因而团聚程度较轻。小分子量和大分子量的匹配加入提高了溶液的粘度,阻碍了母液与碱的剧烈反应,增长聚沉时间,使高分子量的PEG有充分时间吸附在胶粒表面上,小分子量的PEG还可以吸附在胶粒的空隙处,产生嵌合吸附作用[14]。

(3)表面活性剂。包括阴离子型、阳离子型和非离子型表面活性剂。此类分散剂可以在粒子表面形成一层分子膜阻碍颗粒之间相互接触,并且能降低表面力和毛细管吸附力,减小空间位阻效应。表面活性剂的分散作用主要表现为它对颗粒表面润湿性的调整上。在颗粒表面润湿性的调整中,表面活性剂的浓度至关重要。适当浓度的表面活性剂在极性表面的吸附可以使得表面的疏水化,降低颗

粒在水中团聚;但是浓度过大,表面活性剂在颗粒表面形成吸附胶束,反而引起颗粒表面由疏水向亲水转化,此时分散又转化为团聚。关于分散剂与纳米粉体粒度的关系,已经有大量的著作做了论证。中国科学院硅酸盐研究所静等[15]通过实验分析了分散剂用量对纳米氧化锆粉体颗粒分布尺寸的影响,并得出这种影响是由改变粉体表面的电荷分布来实现的结论。

c.共沸蒸馏

共沸蒸馏在纳米颗粒形成的湿凝胶中加入沸点高于水的醇类有机物,混合后进行共沸蒸馏,可以有效地除去多余的水分子,消除了氢键作用的可能,并且取代羟基的有机长链分子能产生很强的空间位阻效应,使化学键合的可能性降低,因而可以防止团聚体的形成。共沸蒸馏法常用的有机溶剂是正丁醇或甲苯。由于水与正丁醇在93℃形成的共沸物中水的含量达45%,所以能有效地将水脱除,留下非常稳定的氢氧化铝-正丁醇溶胶体系,使颗粒间相互接近和形成化学键的可能性几乎被消除,从而有效防止硬团聚体的形成。采用这种方法干燥凝胶,经1150℃煅烧,制得了尺寸分布均匀、呈球形的α-A12O3超细粉体,其平均粒径为70nm。。颗粒团聚理论[16]认为,前体中的水分子影响最终产品的颗粒团聚,从而影响颗粒的孔结构及比表面积等。共沸蒸馏是一种重要的有机溶剂置换方式,通过加入沸点高于水、表面力低的有机溶剂与凝胶中的水组成二组分共沸物系,以共沸的方式最大限度地带走凝胶中的水并替代它存在于凝胶中,可从根本上消除干燥时产生的硬团聚[17],使γ-A12O3,粒径均匀,孔结构优良,比表面积大[18]。d.特殊干燥工艺

干燥法是除去纳米颗粒间水分的常用方法,但是普通的干燥方法使颗粒的团聚现象更加严重,其主要原因是由于吸附水结构中水的脱除,颗粒之间的引力更大,因此更易形成大的硬团聚体。目前采用的特殊干燥工艺,在控制纳米颗粒团聚方面已经取得了满意的效果。常用工艺为冷冻干燥和超临界流体干燥,冷冻干燥是利用水的特性,在充分冷却使水转化为冰后体积膨胀增大,可以使靠近的纳米颗粒适当分开,阻止了团聚体的形成;超临界流体干燥法是利用超临界流体对有机溶剂的很强的溶解能力,把纳米颗粒形成的胶体中的有机物除去[19]。本工艺的原理是利用物质在临界温度和压力,气—液之间没有界面存在,因而可以避

免表面力的作用,防止粒子团聚[20]。中国科学院煤炭化学研究所马池明等研究了超临界流体干燥法在制备纳米Al2O3粒子中的应用,分析了干燥操作参数对纳米颗粒分散性能的影响。

e.超声波分散

超声波的应用可以有效地防止纳米粒子的团聚,其原理为超声空化作用产生的高温高压将加速水分子的蒸发,防止氢键形成,超声波特有的空化作用可使晶核的生成速率提高几个数量级,从而减小颗粒粒径,抑制晶核的聚结和长大,阻止颗粒硬团聚的形成。另外它产生的冲击波和微射流具有粉碎作用,可以使已经形成的团聚体破碎;同时超声波的搅拌作用可以使形成的胶粒充分分散。Chaum ont 等人的研究表明,经超声空化处理的溶胶和凝胶含有更少的水分子以及羟基等基团,并且粒子分布更加均匀。

沉淀法是液相合成金属氧化物纳米粉体常用的方法,可以广泛用来合成单一或复合氧化物纳米粒子,通过选择合适的反应体系,控制前驱体的颗粒团聚,得到粒度分布均匀的粒子体系,制备出所需形貌和晶型的纳米Al2O3。其中颗粒的团聚直接影响到沉淀法制备Al2O3纳米材料的成功与否,结合近几年的研究方法本文着重阐述了有机物洗涤,分散剂,共沸蒸馏法,特殊干燥法,超声波分散法的原理以及应用实例。

[1] 汪信,陆路德。纳米金属氧化物的制备及应用研究的若干进展。无机化学学报。2000,16(2):213~217

摘要:综述了氧化物及复合氧化物纳米晶的各种制备方法及特点,重点介绍了有机配合物前驱体法-聚乙二醇法、明胶法和硬脂酸法制备氧化物纳米晶的原理、特点以及在磁性材料、电磁波吸收材料、催化剂和塑料改性方面的若干应用。[2] 周克刚,玉平,骏驰等。直接沉淀法制备纤维状纳米A12O3。大学学报。2009,36(18):59~63

摘要:纳米Al2O3粒子的制备方法很多,但所制备的产物多为球形或不规则的粒状,呈纤维状的纳米Al2O3粒子的报道不多.本文以A12(S04)3·18H20和NaOH为原料,十二烷基苯磺酸钠(DBS)为表面活性剂,通过控制反应温度为65℃,

Al2(S04)3初始浓度为0.5mol/L,以直接沉淀法先合成纤维状氧化铝的前驱体,然后在1 000℃下煅烧2 h得到直径为5~10 nm,长为60~120 nm,分散良好的γ- Al2O3短纤维。通过TEM,XRD等检测手段对各阶段产物的表征和分析,详细讨论了洗滤方式,反应温度,Al2(S04)3初始浓度对前驱体产物粒径形貌的影响,以及煅烧温度对最后产物形态和晶型的调整。

[3] HUANG Ke-long,YIN Liang-guo,LIU Su-qin. metastable phases transformation temperature during A1203 synthesis using precipitation method.journal of functional marerials and devices.2007,13(2):135-141

Abstract: α—A1203 nanocrystalline powders were synthesized by calcining the

Al(OH)3 gels prepared from aluminum nitrate and ammonia solution using precip itation method, and we studied TG/DTA and the transformation metastables A1203 in the process of calcining different dry Al(OH)3 gels. Because of NH4NO3 and α—

A1203 seed crystal,the nucleation barriers ofθ→αreduced, consequently, the phase transformation temperature can be reduced for 40℃by the effect of NH4NO3;and about 220℃lower than the normal transformation temperature because of the dual role of the NH4NO3 and 2wt%α—A1203 seed crystal. The obtained α—A1203 powder has no obvious agglomeration,narrow particle size distribution, hexagonal spherical shape, and a mean particle size of 70 nm.

摘要:

煅烧以硝酸铝和氨水为原料,沉淀法制备的Al(OH)3凝胶,制成α—A1203纳米晶粒粉末。用TG/DTA法研究煅烧不同样品中亚稳态A1203的相变过程。因为

NH4NO3和α—A1203籽晶的双重作用,θ→α转变的壁垒减少,随之,NH4NO3的作用使相变温度减少了40℃,而NH4NO3和2wt%α—A1203双重作用使相变温度比正常相变温度减少220℃。制备出的α—A1203粉末没有明显的团聚,较窄的颗粒分布,近似六方球形,平均粒径70nm。

[4] 宵,朱艳。纳米A12 03粉体反向沉淀法制备工艺的优化。纺织高校基础科学学报。2008,21:(2)242~246

摘要: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.优化了采用NH4Al(S04)2和NH4HCO3为原料的反向沉淀NH4AlO(OH)HCO3前驱体热分解的制备工艺,制备出了粒径约在11nm,团聚较少、分布均匀的纳米Al2O3粉体,并用电子透射显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)对其进行了表征分析.实验表明,优化了的工艺可以有效地抑制团聚,控制粒径.

[5] 王笃金,吴瑾光。反胶团或微乳液法制备超细颗粒的研究进展。化学通报。1995,1(1):1~5

摘要:本文对超细颗粒的各种化学制备方法进行了简单介绍,并重点介绍了一种新的超细颗粒制备法—反胶团或微乳液法。对反胶团或微乳液法制备超细颗粒的研究工作进行了归纳和总结,分析了反胶团或微乳液滴中超细颗粒的形成机理,讨论了用该法制备超细颗粒的影响因素,并提出了这一研究领域可能的发展前景。

[6] 叶颖。沉淀法制备纳米氧化铝粉体的研究。工业大学。硕士论文

摘要:本文介绍了纳米氧化铝的性质、用途、国外研究现状及制备方法。首先通过对微乳法制备超细粉末的研究,对微乳法在制备纳米粉体中的影响因素和反应机理进行探讨。采用微乳法制得的CaCO3颗粒呈球形,平均粒径约100nm,具有分散好、粒度分布均匀等特点。但由于在制备和洗涤过程中需要用到大量的有机溶剂,这不仅容易对环境造成污染,同时也增加了粉末的制备成本,因此如何回收利用这些有机溶剂,是微乳法应用推广的难题之一。采用沉淀法制备纳米材料则能很好地避免上述的问题,但粉末团聚则成了新的问题。因此我们选择以氯化铝和碳酸氢铵为原料,通过对沉淀法制备纳米铝以及对其防团聚工艺进行了较

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】。

纳米材料特性

《纳米材料导论》作业 1、什么是纳米材料?怎样对纳米材料进行分类? 答:任何至少有一个维度的尺寸小于100nm或由小于100nm的基本单元组成的材料称作纳米材料。它包括体积分数近似相等的两部分:一是直径为几或几十纳米的粒子,二是粒子间的界面。纳米材料通常按照维度进行分类。原子团簇、纳米微粒等为0维纳米材料。纳米线为1维纳米材料,纳米薄膜为2维纳米材料,纳米块体为3维纳米材料,及由他们组成的纳米复合材料。 按照形态还可以分为粉体材料、晶体材料、薄膜材料。 2、纳米材料有哪些基本的效应?试举例说明。 答:纳米材料的基本效应有:一、尺寸效应,纳米微粒的尺寸相当或小于光波波长、传导电子的德布罗意波长、超导态的相干长度或投射深度等特征尺寸时,周期性的边界条件将被破坏,声、光、电、磁、热力学等特征性即呈现新的小尺寸效应。出现光吸收显著增加并产生吸收峰的等离子共振频移; 磁有序态转为无序态;超导相转变为正常相;声子谱发生改变等。例如,纳米微粒的熔点远低于块状金属;纳米强磁性颗粒尺寸为单畴临界尺寸时,具有很高的矫顽力;库仑阻塞效应等。二、量子效应,当能级间距δ大于热能、磁能、静磁能、静电能、光子能量或超导态的凝聚能时,必须考虑量子效应,随着金属微粒尺寸的减小,金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象和半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据分子轨道,能隙变宽的现象均称为量子效应。例如,颗粒的磁化率、比热容与所含电子的奇、偶有关,相应会产生光谱线的频移,介电常数变化等。 三、界面效应,纳米材料由于表面原子数增多,晶界上的原子占有相当高的 比例,而表面原子配位数不足和高的表面自由能,使这些原子易与其它原子相结合而稳定下来,从而具有很高的化学活性。引起表面电子自旋构象和电子能谱的变化;纳米微粒表面原子运输和构型的变化。四、体积效应,由于纳米粒子体积很小,包含原子数很少,许多现象不能用有无限个原子的块状物质的性质加以说明,即称体积效应。久保理论对此做了些解释。 3、纳米材料的晶界有哪些不同于粗晶晶界的特点? 答:纳米晶的晶界具有以下不同于粗晶晶界结构的特点:1)晶界具有大量未被原子占据的空间或过剩体积,2)低的配位数和密度,3)大的原子均方间距,4)存在三叉晶界。此外,纳米晶材料晶间原子的热振动要大于粗晶的晶间原子的热振动,晶界还存在有空位团、微孔等缺陷,它们与旋错、晶粒内的位错、孪晶、层错以及晶面等共同形成纳米材料的缺陷。 4、纳米材料有哪些缺陷?总结纳米材料中位错的特点。 答:纳米材料的缺陷有:一、点缺陷,如空位,溶质原子和杂质原子等,这是一种零维缺陷。二、线缺陷,如位错,一种一维缺陷,位错的线长度及位错运动的平均自由程均小于晶粒的尺寸。三、面缺陷,如孪晶、层错等,这是一种二维缺陷。纳米晶粒内的位错具有尺寸效应,当晶粒小于某一临界尺寸时,位错不稳定,趋向于离开晶粒,而当粒径大于该临界尺寸时,位错便稳定地存在于晶粒 T 内。位错与晶粒大小之间的关系为:1)当晶粒尺寸在50~100nm之间,温度<0.5 m

纳米材料和纳米结构

纳米材料和纳米结构 1.纳米微粒尺寸的评估 在进行纳米微粒尺寸的评估之前,首先说明如下几个基本概念: (1)关于颗粒及颗粒度的概念 (i)晶粒:是指单晶颗粒,即颗粒内为单相,无晶界。 (ii)一次颗粒:是指含有低气孔率的一种独立的粒子,颗粒内部可以有界面,例如相界、晶界等。 (iii)团聚体:是由一次颗粒通过表面力或固体桥键作用形成的更大的颗粒。团聚体内含有相互连接的气孔网络。团聚体可分为硬团聚体 和软团聚体两种。团聚体的形成过程使体系能量下降。 (iv)二次颗粒:是指人为制造的粉料团聚粒子。例如制备陶瓷的工艺过程中所指的“造粒”就是制造二次颗粒。 纳米粒子一般指一次颗粒,它的结构可以是晶态、非晶态和准晶,可以是单相、多相结构。只有一次颗粒为单晶时,微粒的粒径才与晶粒尺寸(晶粒度)相同。 (2)颗粒尺寸的定义对球形颗粒来说,颗粒尺寸(粒径)是指其直径。对不规则颗粒,尺寸的定义常为等当直径,如体积等当直径、投影面积直径等。 粒径评估的方法很多,这里仅介绍几种常用的方法。 A 透射电镜观察法 用透射电镜可观察纳米粒子平均直径或粒径的分布。 该方法是一种颗粒度观察测定的绝对方法,因而具有可靠性和直观性。首先将那米粉制成的悬浮液滴在带有碳膜的电镜用Cu网上,待悬浮液中的载液(例如乙醇)挥发后,放入电镜样品台,尽量多拍摄有代表性的电镜像,然后由这些照片来测量粒径。测量方法有以下几种:(i)交叉法:用尺或金相显微镜中的标尺任意的测量约600颗粒的交叉长度,然后将交叉长度的算术平均值乘上一统一因子(1.56)来获得平均粒径;(ii)测量约100个颗粒中每个颗粒的最大交叉长度,颗粒粒径为这些交叉长度的算术平均值。(iii)求出颗粒的粒径或等当半径,画出粒径与不同粒径下的微粒数的分布图,将分布曲线中峰值对应的颗粒尺寸作为平均粒径。用这种方法往往测得的颗粒粒径是团聚体的粒径,这是因为在制备超微粒子的电镜观察样品时,首先需用超声波分散法,使超微粉分散在载液中,有时候很难使它们全部分散成一次颗粒,特别是纳米粒子很难分散,结果在样品Cu网上往往存在一些团聚体,在观察时容易把团聚体误认为是一次颗粒。电镜观察法还存在一个缺点就是测量结果缺乏统计性,这是因为电镜观察用的粉体是极少的,导致观察到的粉体的粒子分布范围并不代表整个粉体的粒径范围。 B X射线衍射线线宽法(谢乐公式) 电镜观察法测量得到的是颗粒度而不是晶粒度。X射线衍射线宽法是测定颗粒晶粒度的最好方法。当颗粒为单晶时,该法测得的是颗粒度。颗粒为多晶时,测得的是组成单个颗粒的单个晶粒的平均晶粒度。这种测量方法只适用晶态的纳

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]。

二氧化铈纳米材料的合成及性能研究

二氧化铈纳米材料的合成及性能研究 内容摘要 国内外早已开始了对纳米氧化铈颗粒制备技术与性能的研究。氧化铈具有立方萤石结构。它有热稳定性高,氧气储存能力强和可以在Ce3+和Ce4+氧化状态之间简单的转换的特性,因此它吸引了研究者广泛的兴趣。它已广泛应用于催化剂、紫外吸收材料,氧敏感材料、固体氧化物电池材料和抛光材料等领域。氧化铈在合成氧化CO的催化剂上展现的性能尤为突出。液相制备方法是纳米氧化铈众多制备方法的一种,它因为制作工艺相对简单的优点在所有制备方法中脱颖而出。液相制备法很适合大规模生产,它在研究方向上的前途也可预测。本文将对上文做详细描述。 Abstract Preparation technology and research progress of CeO? nanoparticles researched both at home and abroad.Cerium oxide has cubic fluorite structure. It has attracted extensive interest due to its high thermal stability,oxygen storage capacities, and easy conversion between Ce3+ and Ce4+ oxidation states。It has been widely used in catalyst,ultraviolet absorption material,the oxygen sensitive material,solid oxide cell material and polishing material and so on.Especially, CeO? have been successfully synthesized and used for CO catalytic oxidation.Kinds of preparation methods of liquid phase and their differences are especially emphasized according to the advantages of liquid phase method, which can be easily enlarged in industry, and futrue directions of research are also predicted. CeO2 have been successfully synthesized and used for CO catalytic oxidation.We will give more details about what describes below. Key: CeO?liquid phase method CO catalytic oxidation

贵金属纳米材料及其应用

贵金属纳米材料及其应用 张丹丹 (化学与环境工程学院11应化1班11331123) 摘要:系统地介绍了贵金属纳米材料的制备方法,以及其在催化剂、卫生医用及传感材料等方面的应用。 关键词:贵金属;纳米材料;制备;应用 1 前言 纳米材料由于具有量子效应、小尺寸效应及表面效应,呈现出许多特有的物理、化学性质,已成为物理、化学、材料等诸多学科研究的前沿领域。 贵金属纳米材料是纳米材料的一个重要组成部分,由于其将贵金属独特的物理化学性质与纳米材料的特殊性能有机地结合起来,在化学催化、能源、电子和生物等领域有着广阔的应用前景,得到了越来越广泛的重视。 2 贵金属纳米材料的制备 纳米材料的制备方法主要可分为物理方法和化学方法两大类。在制备纳米微粒的过中,关键是控制纳米微粒的尺寸、较窄的粒度分布范围及纳米微粒的分散性。目前,关于贵金属纳米微粒的制备方法的报道较多,也有关于大尺寸纳米贵金属、复合贵金属纳米材料及贵金属纳米线和纳米管的报道。除了常用的制备方法外,近年还提出了新的制备方法,如“Ship-in-Bottle”法等。 2.1 贵金属纳米微粒的制备 纳米微粒多用液相法制备,与气相法相比,液相法的设备投资少,操作较简便。最常用的是溶胶-凝胶法和沉淀法等。沉淀法是将沉淀剂加入到金属盐溶液中,进行沉淀处理,然后将沉淀物加热分解得到金属纳米微粒。1995年我国华东理工大学张宗涛等[1]用高分子保护化学还原沉淀法成功制备了平均粒径为30-100nm 的球型银粉。此法用水合肼作还原剂,水为分散介质,聚乙烯吡咯烷酮(pvp)为保护剂,在搅拌下将AgNO3水溶液滴加入PVP 和水合肼的混合溶液中。反应终止后,将所得的Ag粉用水和丙酮洗涤,40℃下干燥12h,

浅谈纳米材料与生活

浅谈纳米材料与生活 摘要:人类迈着欢快的步伐轻松地进入二十一世纪。二十世纪是计算机技术革命蓬勃发展的时期,计算机技术得到了卓越的发展。现在人类进入了又一世纪,在这个日新月异的新的世纪里,科学家通过运用的发达的计算机技术,为我们奏起了“纳米技术”发展的号角。“纳米技术”主要是围绕开发纳米材料为核心而发展的技术,它有着广阔的发展前景,随着纳米技术的发展纳米材料也不断有着新的开发。“纳米材料”的有效发掘及其利用必定会给人们的生活带来又一翻天覆地变化,给人们的衣、食、住、行、医疗卫生事业带来极大便利。本文主要是通过给大家说明纳米材料的本质这一基点,向大家普及纳米材料的特性,以使更多的人能对纳米材料有整体的认识。除此之外更重要的就是联系生活实际,向大家说明纳米材料是如何影响人们生活的。到目前为止,它的发展的确已经给我们生活带来了很多便利,我相信在纳米技术不断进步、发展的未来,纳米材料一定有更广阔的空间。 关键词:纳米、纳米技术、纳米材料、应用 现如今,科学界普遍认为,纳米技术是21世纪经济增长的一台主要发动机,他将成为超过网络技术和基因技术的“决定性技术”,并将成为最有前途的材料,它所见具有的独特物理和化学性质,可以节省资源、合理利用能源并且能够净化生存环境,它的发展研究会对化工行业带来新的机遇。 纳米材料的特性: 纳米材料是英文“napometer”的译音,是一个物理学上的长度单位。1纳米是1米的十亿分之一,用我们能看见的最小微粒院子来表示的话,相当于45个远在啊排列起来的长度。自然界只有生物具有纳米尺度,遗传基因DNA螺旋结构的半径约1纳米左右,一个典型的病毒大约100纳米长,相当于万分之一的头发丝的粗细。纳米科技就是一门以0.1至100纳米这样的尺度为研究对象的前沿科学。作为尺度单位的纳米,并没有物理内涵,当物质到纳米尺度后,

纳米级氧化铝

纳米级氧化铝 纳米氧化铝显白色蓬松粉末状态,晶型是γ-Al2O3。粒径是20nm;比表面积≥230m2/g。粒度分布均匀、纯度高、极好分散,其比表面高,具有耐高温的惰性,高活性,属活性氧化铝;多孔性;硬度高、尺寸稳定性好,可广泛应用于各种塑料、橡胶、陶瓷、耐火材料等产品的补强增韧,特别是提高陶瓷的致密性、光洁度、冷热疲劳性、断裂韧性、抗蠕变性能和高分子材料产品的耐磨性能尤为显著。极好分散,在溶剂水里面;溶剂?乙醇、丙醇、丙二醇、异丙醇、?乙二醇单丁醚、丙酮、丁酮、苯、二甲苯内,不需加分散剂,搅拌搅拌即可以充分的分散均匀。在环氧树脂,塑料等中,极好添加使用。 透明陶瓷:高压钠灯灯管、EP-ROM窗口;化妆品填料;单晶、红宝石、蓝宝石、白宝石、钇铝石榴石;高强度氧化铝陶瓷、C基板、封装材料、刀具、高纯坩埚、绕线轴、轰击靶、炉管;精密抛光材料、玻璃制品、金属制品、半导体材料、塑料、磁带、打磨带;涂料、橡胶、塑料耐磨增强材料、高级耐水材料;气相沉积材料、荧光材料、特种玻璃、复合材料和树脂材料;催化剂、催化载体、分析试剂;宇航飞机机翼前缘。 行业领导者 上海那博化工科技有限公司于2012 年在上海市嘉定区建成,成为那博化工在中国的综合服务平台,并辐射至亚太区众多客户。那博化工致力于通过品牌、产品及服务,为涂料、塑料、造纸和特殊用品市场创造更好的、更令人满意的价值。 那博研发团队优势 从概念到商业化应用,那博的技术团队帮助客户快速实现产品的商业化应用。 ? 通过提升产品设计以改进性能 ? 更短的加工周期以提高生产力 ? 成本优势和出众的性能 ?领先的实验设备 消费者 作为精细化工行业的重要原料供应商,我们在纳米技术领域有着独到的见解。我们愿用专业的知识给您最中肯的建议,帮您选择最适合您的技术解决方案。 商业伙伴 我们的承诺是理解客户,提供卓越的产品、服务和整体价值,在满足您的独特需要的同时,为您的企业的快速成长贡献自己的绵薄之力。

纳米金属材料的发展与应用综述

纳米金属材料的发展与应用 摘要:纳米技术的诞生将对人类社会产生深远的影响,可能许多问题的发展都与纳米材料的发展息息相关。在纳米金属材料的研究中,它的制备、特性、性能和应用是比较重要的方面。本文概要的论述了纳米材料的发现发展过程,并结合当今纳米金属材料研究领域最前沿的技术和成果,简述了纳米材料在各方面的应用及其未来的发展前景。 关键词:纳米金属材料、纳米技术、应用 一、前言 纳米级结构材料简称为纳米材料(nanomater material),是指其结构单元的尺寸介于1纳米~100纳米范围之间。由于它的尺寸已经接近电子的相干长度,它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并且,其尺度已接近光的波长,加上其具有大表面的特殊效应,因此其所表现的特性,例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等,往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。 纳米粒子异于大块物质的理由是在其表面积相对增大,也就是超微粒子的表面布满了阶梯状结构,此结构代表具有高表能的不安定原子。这类原子极易与外来原子吸附键结,同时因粒径缩小而提供了大表面的活性原子。 纳米技术在世界各国尚处于萌芽阶段,美、日、德等少数国家,虽然已经初具基础,但是尚在研究之中,新理论和技术的出现仍然方兴未艾。我国已努力赶上先进国家水平,研究队伍也在日渐壮大。 二、纳米材料的发现和发展 1861年,随着胶体化学的建立,科学家们开始了对直径为1~100nm的粒子体系的研究工作。1990年7月在美国召开了第一届国际纳米科技技术会议(International Conference on Nanoscience &Technology),正式宣布纳米材料科学为材料科学的一个新分支。自20世纪70年代纳米颗粒材料问世以来,从研究内涵和特点大致可划分为三个阶段: 第一阶段(1990年以前):主要是在实验室探索用各种方法制备各种材料的纳米颗粒粉体或合成块体,研究评估表征的方法,探索纳米材料不同于普通材料的特殊性能;研究对象一般局限在单一材料和单相材料,国际上通常把这种材料称为纳米晶或纳米相材料。 第二阶段(1990~1994年):人们关注的热点是如何利用纳米材料已发掘的物理和化学特性,设计纳米复合材料,复合材料的合成和物性探索一度成为纳米材料研究的主导方向。 第三阶段(1994年至今):纳米组装体系、人工组装合成的纳米结构材料体系正在成为纳米材料研究的新热点。国际上把这类材料称为纳米组装材料体系或者纳米尺度的图案材料。它的基本内涵是以纳米颗粒以及它们组成的纳米丝、管为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系。 三、纳米材料的应用 1、纳米磁性材料 在实际中应用的纳米材料大多数都是人工制造的。纳米磁性材料具有十分特别的磁学性质,纳米粒子尺寸小,具有单磁畴结构和矫顽力很高的特性,用它制成的磁记录材料不仅音质、图像和信噪比好,而且记录密度比γ-Fe2O3高几十

金属氧化物纳米材料的制备新进展

摘要:综述了近5年来金属氧化物纳米材料的制备方法、研究现状;讨论了这些方法的优缺点。指出液相法,尤其是溶胶-凝胶法、沉淀法、水解法、微乳液法、水热溶剂热法等是目前制备纳米金属氧化物材料最广泛应用的方法。而超声技术、微波辐射技术、交流电沉积技术、超临界流体干燥技术、非水溶剂水热技术等新技术与传统液相法的有机结合,是制备高纯度、小粒径、均匀分散的金属氧化物纳米粉体的最有前途的方法。最后对金属氧化物纳米材料研究的发展方向提出了展望。 关键词:金属氧化物;纳米;制备;进展 金属氧化物纳米材料广泛应用于制作催化剂、精细陶瓷、复合材料、磁性材料、荧光材料、湿敏性传感器及红外吸收材料等[1]。例如:纳米氧化锌在磁、光、电敏感材料方面呈现常规材料所不具备的特殊功能,使得高品质的氧化锌的应用前景广阔;纳米氧化铝作为重要的陶瓷材料,具有非常高的应用价值;高纯纳米级SnO2可用来制作气敏及湿敏元件;纳米氧化钛由于在精细陶瓷、半导体、催化材料方面的广泛应用,也越来越引起人们的关注。多年来,科技工作者们已经研制出多种制备金属氧化物纳米材料的方法,如:溶胶-凝胶法、醇盐水解法、强制水解法、溶液的气相分解法、湿化学合成法、微乳液法等。近年来材料科学家和化学家又将激光技术、微波辐射技术、超声技术、交流电沉积技术、超临界流体干燥技术、非水溶剂水热技术等方法引入了金属氧化物纳米材料的传统制备方法中,使金属氧化物纳米材料的制备方法得到了较大的完善和发展。关于金属氧化物纳米材料,邓红梅[2]综述了化学法制备及EXAFS特征研究,汪信[3]对复合金属氧化物的制备进行了评述。本文着重评述近5年来单分散性金属氧化物纳米材料的制备方法、研究现状和发展方向。 1 金属氧化物纳米微粒的制备 根据原料状态的不同,制备金属氧化物纳米微粒的方法大致可分为3类:固相法、液相法和气相法。 1.1固相法 传统的固相法是将金属盐和金属氢氧化物按一定的比例充分混合,发生复分解反应生成前驱物,多次洗涤后充分研磨进行煅烧,然后再研磨得到纳米粒子。此法设备和工艺简单,反应条件容易控制,产率高,成本低,环境污染少,但产品粒度分布不均,易团聚。刘长久等[4]采用固相反应法制备了粒径为30nm的NiO纳米粉体,并对其电化学性能进行了研究。HengLi等[5]在环境温度下用固相反应成功地合成了纳米氧化物SiO2、CeO2、SnO2,并初步探讨了环境温度下纳米材料的形成机理。贾殿赠等[6]对此法进行了改进,在固相配位化学反应的基础上,将室温固相配位化学反应引入金属氧化物纳米粒子的合成中,提出一种室温固相化学反应合成纳米材料的新方法,即用室温固相化学反应首先制得前驱物,进而前驱物经热分解得纳米金属氧化物。此法不仅是无溶剂反应,而且许多反应可在室温或低温条件下发生。因此从原料的使用、合成条件及合成工艺等方面考虑,固相配位化学反应法在合成新颖纳米材料方面具有其潜在的优点。目前采用此新方法已制得纳米CuO[7]、ZnO、NiO等。 1 2液相法 液相法因其相关的工业过程控制与设备的放大技术较为成熟,具有更强的技术竞争优势。该法比较容易控制成核,从而容易控制颗粒的化学组成、形状及大小,而且该方法添加的微量成分和组成较均匀,即使是对于很复杂的材料也可以获得化学均匀性很高的粉体。不过,该法极易引入杂质(如部分阴离子等),造成所得粉体纯度不够。近年来,超声、微波辐射、电弧放电、共沸蒸馏等物理技术的引入,使普通液相法制备纳米粉体得到了新的发展。液相法大致可分为以下几种方法。 1.2.1溶胶-凝胶法(Sol-Gel) 溶胶-凝胶法是近期发展起来的,能代替高温固相合成反应制备陶瓷、玻璃和许多固体材料的新方法。作为低温或温和条件下合成无机化合物或无机材料的重要方法,在软化学合成中已

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

金属氧化物纳米材料的电化学合成与形貌调控研究进展

[Review] https://www.docsj.com/doc/a617492814.html, doi:10.3866/PKU.WHXB 201209145 物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao ) Acta Phys.-Chim.Sin.2012,28(10),2436-2446 October Received:August 30,2012;Revised:September 10,2012;Published on Web:September 14,2012.? Corresponding author.Email:dsxu@https://www.docsj.com/doc/a617492814.html,;Tel:+86-10-62760360. The project was supported by the National Natural Science Foundation of China (51121091,21133001,61176004),National Key Basic Research Program of China (973)(2007CB936201,2011CB808702),and Science and Technology on Electro-optical Information Security Control Laboratory,China (9140C150304110C1502). 国家自然科学基金(51121091,21133001,61176004),国家重点基础研究发展规划项目(973)(2007CB936201,2011CB808702)和国家光电信息控制和安全技术重点实验室基金(9140C150304110C1502)资助 ?Editorial office of Acta Physico-Chimica Sinica 金属氧化物纳米材料的电化学合成与形貌调控研究进展 焦淑红1 徐东升1,2,*许荔芬1张晓光2 (1北京大学化学与分子工程学院,分子动态与稳态结构国家重点实验室,北京分子科学国家实验室,北京100871; 2 光电信息控制和安全技术重点实验室,河北三河065201) 摘要:金属氧化物纳米材料因其丰富的形貌、独特的性能、广泛的应用成为材料合成领域研究的热点.调控金 属氧化物纳米材料的形貌对于调变其性能、拓展其应用空间具有重要意义.电化学方法由于操作简单易控、方法灵活多变,因此成为调控金属氧化物形貌的常用方法.本文综述了近年来我们在金属氧化物纳米材料的电化学合成与形貌调控方面已取得的研究结果;总结了不同金属氧化物在电化学过程中晶体生长机制和形貌调控的规律,为实现功能材料的定向合成奠定了基础.关键词: ZnO;金属氧化物;形貌调控;电沉积;纳米管;多级结构 中图分类号: O646 Recent Progress in Electrochemical Synthesis and Morphological Control of Metal Oxide Nanostructures JIAO Shu-Hong 1 XU Dong-Sheng 1,2,* XU Li-Fen 1 ZHANG Xiao-Guang 2 (1Beijing National Laboratory for Molecular Sciences,State Key Laboratory for Structural Chemistry of Unstable and Stable Species,College of Chemistry and Molecular Engineering,Peking University,Beijing 100871,P .R.China ;2Science and Technology on Electro-optical Information Security Control Laboratory,Sanhe 065201,Hebei Province,P .R.China ) Abstract:There has been considerable focus on the synthesis of metal oxide nanostructures because of their extensive structures,unique properties,and wide applications.The morphological control of metal oxide nanostructures is of interest for tuning their performance and expanding their range of applications.Electrochemical methods have become a common way of controlling the morphologies of metal oxides,owing to their simple operation,ease of control,and flexible modes.This paper presents a brief overview of our research in the electrochemical synthesis and morphological control of metal oxide nanostructures.We will also discuss the crystal growth mechanism and the morphology control of different metal oxides during the electrochemical deposition process,which lays the foundation for orientation design and fabrication of functional materials. Key Words:ZnO;Metal oxide;Morphological control; Electrodeposition; Nanotube; Hierarchical structure 2436

二氧化铈形貌控制及其电化学性能研究进展

二氧化铈制备、表征及其电化学性能研究进展 1 前言 二氧化铈是一种重要的稀土氧化物功能材料,纳米CeO2保留了稀土元素具有独特的f层电子结构,晶型单一,具有高的表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应以及宏观量子隧道效应等特性,因此就产生了许多与传统材料不同的性质。纳米CeO2有宽带强吸收能力,而对可见光却几乎不吸收,当其被掺杂到玻璃中,可使玻璃防紫外线,同时不影响玻璃本身的透光性[1,2]。另一方面,CeO2还是很好的玻璃脱色剂,可将玻璃中呈黄绿色的二价铁氧化为三价而达到脱黄绿色效果。作为一种催化剂,二氧化铈的催化性能受其尺寸、形貌以及掺杂元素的影响,而其中掺杂元素对其尺寸、形貌也有影响[3]。在汽车尾气净化的三效催化剂(三效催化剂的特性是用一种催化剂能同时净化汽车尾气中的一氧化碳(CO)、碳氢化合物(CnHm)和氮氧化物(NOx))中,它是一种重要的组分。由于纳米CeO2的比表面积大、化学活性高、热稳定性好、良好的储氧和释氧能力,可改变催化剂中活性组分在载体上的分散情况,明显提高其催化性能,并能提高载体的高温热稳定性、机械性能和抗高温氧化性能。CeO2还在贵金属气氛中起稳定作用,提高CO、CH4及NOx的转化率,并使催化剂保持较好的抗毒性及较高的催化活性[4]。CeO2还应用于许多领域,如抛光粉、荧光粉、储氢材料、热电材料、燃料电池原料(SOFCS电极)[5,6]、光催化剂[7]、防腐涂层、气体传感器[8,9]等方面。因此,纳米化的CeO2将在高新技术领域发挥更大的潜力。 2 二氧化铈的研究进展 对于环境和能源相关领域的应用来说,可控合成二氧化铈纳米结构材料是一个势在必行的问题。由于颗粒尺寸的减小,纳米固体通常具有高密度表面。因此,相对于普通材料来说,纳米结构二氧化铈吸引很多关注和研究,以提高其氧化还原性,输运性能和电化学性能。 在过去的十年中,有大量的关于纳米结构二氧化铈及其应用的文章发表。特别地,Traversa 和Esposito[10]研究了二氧化铈微结构在特殊离子器件中的运用,通过粉末尺寸、掺杂物含量和烧结温度/时间因素联合作用进行调节。Bumajdad等[11]综述了在胶体分散体系中合成具有高表面积的二氧化铈作为催化材料的最新研究。Guo和Waser[12]综述了受主掺杂二氧化锆和二氧化铈晶界的电性能。Yan等[13]大量综述了控制合成和自组装二氧化铈基纳米材料。Yan课题组还演示了在合成和自组装纳米晶过程中对配位化学原理的应用,尤其是配位效应对结构/微结构/纹理,表面/界面,颗粒尺寸/形貌的控制[14]。另外,Vivier和Duprez[15]综述了二氧化铈基固体催化剂在各种有机合成反应中的应用。 2.1 纳米二氧化铈的制备 在过去的二十年里,有许多研究关于制备二氧化铈纳米颗粒及其形貌控制。合成方法有:沉淀法、溶胶凝胶法、微乳液法、热分解法、水解法、气相冷凝法、超声化学合成等等。普遍认为从液相中析出固体晶体包括两个步骤:成核与生长。研究发现,成核的晶种、动力学控制、温度、通过使用表面活性剂调节表面的选择性活化能是影响各向异性生长的关键因素。通过精确地平衡和控制这些参数,可实现纳米晶形状的有效控制。通过控制合成进程使二氧化铈具有理想的形貌和微观结构,并有效地控制其氧空位,就能够合理地设计出高活性的二氧化铈应用材料。 (1)一维纳米结构二氧化铈的合成 一维纳米结构二氧化铈(如纳米线、纳米棒和纳米管)因其新颖的物理性能和潜在的应用已被仔细地研究。为研究材料的尺寸和维度对其物理和化学性能的影响提供了机会[16]。对于纳米器件来说,一维纳米结构材料也是具有应用前途的。通过各向异性生长获得一维纳米结构,从热力学和动力学的角度控制其生长的途径,影响其生长的可控制因素主要有溶剂、表

纳米材料论文

纳米材料的制备技术进展及展望 物理工程学院2007级应用物理学03班衷雷 20072200342 摘要综述了国内外块状纳米材料的制备技术进展及存在的问题。提出了超短时脉冲电流直接晶化法和深过冷直接晶化法两类潜在的块状金属纳米晶制备技术,并对今后的研究及发展前景进行了展望。 关键词:纳米晶块体材料制备非晶晶化机械合金化深过冷 自80年代初德国科学家H.V.Gleiter成功地采用惰性气体凝聚原位加压法制得纯物质的块状纳米材料后[1],纳米材料的研究及其制备技术在近年来引起了世界各国的普遍重视。由于纳料材料具有独特的纳米晶粒及高浓度晶界特征以及由此而产生的小尺寸量子效应和晶界效应,使其表现出一系列与普通多晶体和非晶态固体有本质差别的力学、磁、光、电、声等性能[2],使得对纳米材料的制备、结构、性能及其应用研究成为90年代材料科学研究的热点。为使这种新型材料既有利于理论研究,又能在实际中拓宽其使用范围,探索高质量的三维大尺寸纳米晶体样品的制备技术已成为纳米材料研究的关键之一。本文综述国内外现有块状金属纳米材料的制备技术进展,并提出今后可能成为块状金属纳米材料制备的潜在技术。 1现有块状金属纳米材料的制备技术 1.1 惰性气体凝聚原位加压成形法 该法首先由H.V.Gleiter教授提出[1],其装置主要由蒸发源、液氮冷却的纳米微粉收集系统、刮落输运系统及原位加压成形(烧结)系统组成。其制备过程是:在高真空反应室中惰性气体保护下使金属受热升华并在液氮冷镜壁上聚集、凝结为纳米尺寸的超微粒子,刮板将收集器上的纳米微粒刮落进入漏斗并导入模具,在10-6Pa高真空下,加压系统以1~5 GPa的压力使纳米粉原位加压(烧结)成块。采用该法已成功地制得Pd、Cu、Fe、Ag、Mg、S b、Ni3Al、NiAl、TiAl、Fe5Si95等合金的块状纳米材料[3]。近年来,在该装置基础之上,通过改进使金属升华的热源及方式(如采用感应加热、等离子体法、电子束加热法、激光热解法、磁溅射等)以及改良其它装备,可以获得克级到几十克级的纳米晶体样品。纳米超饱和合金、纳米复合材料等也正在利用此法研究之中。目前该法正向多组分、计量控制、多副模具、超高压力方向发展。 该法的特点是适用范围广,微粉表面洁净,有助于纳米材料的理论研究。但工艺设备复杂,产量极低,很难满足性能研究及应用的要求,特别是用这种方法制备的纳米晶体样品存在大量的微孔隙,致密样品密度仅能达金属体积密度的75%~90%,这种微孔隙对纳米材料的结构性能研究及某些性能的提高十分不利。近年来,尽管发展了一些新的纳米粉制备方法

对纳米材料的认识

浅谈对纳米材料的认识 “纳米”这个词语我们并不陌生,生活中常见的有“纳米洗衣机”、“纳米羊绒衫”等等。纳米材料几乎无处不在,在这里简单谈谈我对纳米材料的认识。 纳米级结构材料简称为纳米材料(nanometer material)是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料,这大约相当于10~100个原子紧密排列在一起的尺度。它从思维方式的概念表明生产和科研的对象将向更小的尺寸、更深的层次发展,将从微米层次深人至纳米层次。纳米技术未来的目标是按照需要,操纵原子、分子构建纳米级的具有一定功能的器件或产品。 纳米材料具有许多的特殊性质。由于纳米级尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度等物理特征尺寸相当或更小,使得晶体周期性的边界条件被破坏纳米微粒的表面层附近的原子密度减小;电子的平均自由程很短,而局域性和相干性增强。尺寸下降还使纳米体系包含的原子数大大下降,宏观固定的准连续能带转变为离散的能级。这些导致纳米材料宏观的声、光、电、磁、热、力学等的物理效应与常规材料有所不同,体现为量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观隧道效应等。 纳米科学与技术主要包括:纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学等七个相对独立又相互渗透的学科和纳米材料、纳米器件、纳米尺度的检测与表征三个研究领域。 经过几十年对纳米技术的研究探索。现在科学家已经能够在实验室操纵单个原子.纳米技术有了飞跃式的发展。纳米技术的应用研究正在半导体芯片、癌症诊断、光学新材料和生物分子追踪四大领域高速发展。 目前,不少国家纷纷制定相关计划,投入巨资抢占纳米技术的战略高地。每一种新科技的出现,似乎都包涵着无限可能,尤其是纳米机器人具有不可限量的应用前景。用不了多久,个头只有分子大小的神奇纳米机器人将源源不断地进入人类的日常生活。

Birnessite型锰氧化物的合成研究进展

Birnessite型锰氧化物的合成研究进展 吴忠帅张向东*臧健荣欣 (辽宁大学化学科学与工程学院沈阳 110036) 摘要通过水热法、氧化还原沉淀法、溶胶-凝胶法、高温固相化学反应法、模板法等常见层状Birnessite锰氧化物的合成方法的介绍,阐述了二维层状锰氧化物的合成及反应产物控制,综述了Birnessite 锰氧化物在功能性材料研究方面的一些最新进展。 关键词层状水钠锰矿合成锰氧化物 Recent Progress on the Synthesis of Birnessite-type Manganese Oxide Wu Zhongshuai, Zhang Xiangdong*, Zang Jian, Rong Xin (College of Chemical Science and Engineering, Liaoning University, Shenyang 110036) Abstract This article reviewed the recent process on the synthesis and reaction conditions for the production of layered birnessite manganese oxide through six synthetic methods. The methods included hydrothermal method, redox precipitation method, sol-gel method, high temperature solid phase chemical method, templating reaction. The developing trends of birnessite-type manganese oxide to be used in the functional material were also discussed. Key words Layered, Birnessite, Synthesis, Manganese oxide Birnessite(以下简写Bir)型锰氧化物(亦称水钠锰矿,分子式Na4Mn14O27·9H2O[1]),在自然界中广泛存在于土壤及沉积物中,是一类二维层状[2]锰氧化物,层间距约0.7nm[1,3,4]。其片层由锰氧八面体MnO6共边或共角构成,层间由水分子、Na+(或其它金属离子)离子交互占据填充。层结构上每隔6个锰氧八面体MnO6就有一个空位,使得整个八面体层带负电荷,与嵌入层间的阳离子通过静电作用保持层状结构的稳定。 由于Bir型锰氧化物具有的特殊层状结构,决定了它有很多优异的物理和化学性质,如导电性、磁性、离子交换、催化、选择性吸附等。利用其结构和性质制备的材料在很多领域也有着重要的应用,如做为分子筛[5~9]、离子交换器[7,11]、高效催化剂[12,13]、磁性材料[14]、二次电池电极材料[15~17]、电化学[17~19]、选择性吸附剂[20~23]、纳米复合材料[24~26]和硫化处理剂[27]等。因此,相关研究引起了众多科学工作者的关注。 Bir型锰氧化物常见的合成方法有水热法[28~34]、氧化还原沉淀法[35~43]、溶胶-凝胶法[44,45]、高温固相化学反应法[46~48]、模板法[7,49~56]等。本文重点综述了Bir型锰氧化物的合成方法以及它们在功能性材料研究方面的一些最新进展。 1 水热法 水热法是液相反应的一种,一般在100~300℃间温和条件下完成反应。该方法应用于制备Bir,是将两种或两种以上的固体反应物,如氧化物、氢氧化物或Mn(NO3)2、MnSO4等无机锰盐溶解于水中,配成一定浓度的混合溶液,经搅拌后,转移到高压釜中,控制一定的水热温度和水热时间, 吴忠帅男,24岁,硕士生,现从事锰氧化物合成及应用研究。*联系人,E-mail: xdzhang@https://www.docsj.com/doc/a617492814.html, 辽宁省科技厅基金(20031028)沈阳市科技局基金(1022037-1-07)资助项目 2005-09-27收稿,2006-01-19接受

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