纳米氧化铝粉体

2012?2013学年秋季

“材料化学”课程

期中考试课程论文

论文题目：纳米氧化铝粉体

的制备与应用

作者唐俊

学号0910412107

授课老师柯凯

纳米氧化铝粉体的制备与应用

摘要本文从氧化铝的结构和物性、纳米氧化铝粉体的制备工艺和应用等方面对纳米氧化铝粉体进行了介绍。

关键词氧化铝陶瓷纳米制备应用

1. 前言

陶瓷材料具有金属和其他材料不可比拟的耐高温、耐腐蚀、耐磨损等优异的性能，在高技术领域有着十分广泛的应用前景，但其固有的脆性和可靠性极大地限制了陶瓷材料的推广应用。随着纳米技术的发展，纳米陶瓷应运而生，由于纳米陶瓷具有许多独特的性能[1]，人们对纳米陶瓷寄予了很大的希望，希望以此来克服陶瓷材料的脆性，使陶瓷具有像金属一样的韧性和可加工性。世界各国的科研工作者正在不断研究开发纳米陶瓷粉体，并以此为原料合成高性能纳米陶瓷[2-4]。

o

氧化铝陶瓷是目前世界上产量最大、用途最广的陶瓷材料之一，它在自然界中储量丰富，最常见的是以不纯的氢氧化物形式存在，并由此构成铝矶土矿。热力学稳定的a Al 2O3陶瓷属刚玉结构，具有高强度、高硬度、耐磨损、耐腐蚀、耐高温、绝缘性好、比表面积大等优异的特性，在陶瓷、化工、电路等方面得到了广泛的应用[5，6]。

2. 氧化铝的晶体结构和基本物性

了解和掌握氧化铝的结构和物性，是制备纳米氧化铝粉体和制备各种特性氧化铝陶瓷的基础。

2.1 氧化铝的晶体结构

氧化铝是目前氧化物中比较重要的一种，它广泛应用于各种结构

和功能陶瓷中，氧化铝有很多的晶型，不同的晶型有着不同的应用。

Al 2O3有很多种晶型，目前已发现的在十二种以上，其中常见的

有a , B , 丫等。除修AI2O3是含钠离子的Na2O?11Al2O3以外，其它几种都是AI2O3的变体。其中a是高温稳定晶型，其它均为不稳定的过渡晶型，在咼温下可以转变为a相。

氧化铝结构一般的分类方法为：首先根据02-的排列结构分成

FCC和HCP两大类，然后再在02-排列结构的每一大类中再依据A13+ 的亚点阵的不同分成不同的相，氧化铝常见物相结构见表1。在这些相中，a相是稳定相，其余是亚稳相，随着温度的升高，这些过渡型亚稳相的氧化铝都要向a相（稳定相）转变，这种相变是晶格重构型相转变，是不可逆相转变。

表1氧化铝相的分类以及相关参数

a-AI 2O3的晶体结构：O2-呈Hep排列，A13+依次占据其2/3八面体间隙，图1是a-AI 2O3晶体在｛0001｝面投影⑺。

2.2 a-AI 2O3陶瓷的性质

a-AI 2O3陶瓷具有熔点高、抗氧化性好、硬度高、强度高、耐磨

损及绝缘性优异等特点。主要的性能特点如表2所示

图1 o-Al 2O3晶体在｛0001｝面投影

o-Al 2O3 （刚玉，Corundum）是Al 2O3 的三种常见种类o-Al 2O3, Y AI2O3, B -AI2O3）中结构最紧密，活性最低，高温最稳定，电性能最好的一种。具有优良的电性能，而且与活性氧化铝不同，刚玉耐酸而不吸附水。刚玉和人造刚玉可作磨料或抛光材料。在自然界中，

a-Al 2O3以天然刚玉、红宝石、蓝宝石等矿物存在。

表2 o-Al 2O3的主要性能特征

性能数值

熔点胆2040

密度/g'cm3 3.98

膨胀系数8.5

热导率/W-m a K429

杨氏模?/GPa380

维氏硬度/GPa

18

体积电阻率/O-m

1012介砲常数9

3. 纳米氧化铝粉体的制备

高质量的纳米氧化铝粉体是获得高性能纳米氧化铝陶瓷材料的关键，因此，如何制备性能优良、成本低廉的氧化铝粉体是氧化铝陶瓷研究中的重要课题。纳米氧化铝粉体的制备方法有很多种，按其制备过程中是否伴随有化学反应发生可分为物理法、化学法和物理化学法;按其制备条件分为干法和湿法; 按制备时的物相可分为气相法、液相法和固相法。下面按制备时的物相分类法来综述纳米氧化铝粉体的制备及其研究进展。

3.1 固相法

固相法就是将铝或铝盐研磨锻烧，经过固相反应后直接得到纳米氧化铝。固相法的特点是产量大，易实现工业化，不足之处是粉体的细度、纯度及形态受设设备和工艺本身的限制，往往得不到很细及高纯的粉体。目前制备纳米氧化铝常用的固相法有非晶晶化法、机械粉碎法、热解法和燃烧法等。

(1) 非晶晶化法

首先制备非晶态的化合态铝，然后再经过退火处理，使其非晶晶化。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粒。

这种方法的特点是工艺比较简单、易控制，能够制备出化学成分准确的纳米材料，由非晶态可直接制备出纳米氧化铝。但产品粒度分布不均，易团聚，粒度难控制，晶粒的粒径对塑性的影响很大，只有粒径小的时候，塑性才比较好，否则生产出来的材料会变得很脆。

(2) 机械粉碎法

机械粉碎法是指利用物理机械粉碎、研磨的方法。该法的优点是

操作简单成本低廉和产量高等；缺点是所得氧化铝超微粉的纯度、粒径分布和粒子外形不尽人意，并且噪音大，会产生大量的粉尘，对工作环境和自然环境造成严重的污染等。因此，该法只能用于小规模生产，目前暂时无法实现大规模工业化。

(3) 硫酸铝铵热解法

将硫酸铝铵(NH4AI(SO4)2?12H2O)在空气中进行热分解(反应式见式①)，可以获得性能良好的Al 2O3粉末。在升温过程中，80-90 °C 时，会被自己的结晶水溶解，继续升温到210C时大部分结晶水会脱去，到550C时会脱去氨气，约900C时分解生成势T AI2O3，大约在1250C时相变为o-AI

2O3.该法操作简单，对设备要求不高，原料容易提纯，所以是目前生产纳米氧化铝的主要方法之一。与此同时该生产

方法存在一些不足之处：首先，焙烧过程放出的SO2对设备有腐蚀作用，对环境构成污染；其次，在加热过程中铵明矶脱出的结晶水会使之发生所谓热溶解现象影响产品质量。

2NH4AI(SO4)2?12H2O ——Al 2O3+2 NH3+4 SQ+25 出0 ①

(4) 燃烧法

燃烧法是利用高温下迅速点火来制备纳米材料的一种新方法，近

年来在国际上日益受到重视并迅速发展起来。该法的优点是节能省时，产物纯度高，易于形成高浓度缺陷和非平衡结构，生成高活性的亚稳态产物，易

于制得超细粉体。其缺点是点火温度难以控制。

固相法设备工艺简单，产率高，成本低，环境污染小，但成本较高，产品粒度分布不均，易团聚，粒度难控制。

3.2 液相法液相合成法是目前实验室和工业生产中较为广泛采用的制备纳米微粒的一种较理想的方法，在国内外受到了普遍重视和应用。液相合成法具有设备简单、原料易得、产物纯度高、化学组成可精确控制等优点。

(l) 沉淀法

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、锻烧等工艺得到所要的产物。该方法具体可分为直接沉淀法、均匀沉淀法等。为得到粒度分布均匀的粒子体系，需满足:(1) 形核过程和生长过程分离，促进成核，控制生长;(2) 抑制粒子的团聚。

(2) 溶胶一凝胶法

溶胶一凝胶法是最近几十年迅速发展起来的新技术，产品具有纯度高、化学均匀、可以控制颗粒尺寸等优点，被广泛地应用在制备纳米粉体中。利用铝盐(醇盐或无机盐) 的水解和聚合反应制备氧化铝水合物的均匀溶胶后，再浓缩成透明凝胶，经过干燥和焙烧，即得到氧化铝的超细粉。目前多数人认为有四个主要参数对溶胶一凝胶化过程有重要影响，即溶液的

pH 值、溶液的浓度、反应温度、反应时间，只要适当的控制以上的因素就可制备出性能优异的纳米粉。

(3) 冷冻干燥法

自从七十年代以来，国外就己开始研究冷冻干燥法制备超细粒子，它分

为冻结、干燥、焙烧三个过程，即先将金属盐的水溶液雾化成微小液滴，然后快速冻结成固体，在低温减压下升华脱水，经焙烧得到纳米粉体。这种方法由于利用固固分离来代替固液分离，就不会产生固液分离时的表面张力，极大地减少了粉体颗粒间的团聚，可以得到化学活性良好的纳米粉体材料。但是该方法对雾化室和真空度的要求较高，制备效率较低。

(4) 水热合成法水热合成法也是今年来兴起的制备陶瓷粉末更有效的新方法，基本原理是利用在高温高压下一些氢氧化物在水中的溶解度大于对应的氧化物的溶解度，于是在氢氧化物溶入水中同时析出氧化物，这样就可避免一般湿化学法需要经过锻烧使氢氧化物转化氧化物这一容易形成硬团聚的过程，所合成的粉料中晶粒发育完整，团聚程度较轻。但水热法的“高温、高压”是有限度的，这里的“高温”是由反应器中的水蒸汽压控制的，一般只能达到400C左右，且高温下的操作一方面成本较大，另一方面具有危险性。对于纳米氧化铝的制备而言，由于氢氧化铝转化为氧化铝的温度为450C，曾一度限制该法在制备o-Al 2O3粉末中的应用。为此，很多人利用与o-Al 2O3具有等结构的晶种材料以降低相变的活化能，在较低的温度下就可获得氧化铝。

(5) 微乳液法

该法是在互不相溶的两种溶液中，取其中一种(水相)以微小液滴的形

式分散于另一相(油相)中，将反应后的沉淀物过滤、洗涤、干燥

和锻烧后制得纳米氧化铝粉体。此法操作简单，粒径分布窄，但所得粒子过细，提高了后续分离过程的难度。

3.3 气相法气相法是利用气体或者通过等离子体、激光蒸发、电子束加热、电弧加热等方法将物质变为气体，使之在气体状态下发生物理或化学反应，最后在冷却过程中凝聚长大形成超细粉。该方法的优点是反应条件易控制、产物易精制，只要控制反应气体和气体的稀薄程度就可得到少团聚或不团聚的超细粉末，颗粒分散性好、粒径小、分布窄。但是气相法由于成本高、产率低、难以实现工业化生产。

总之，从上面三种制备纳米氧化铝粉体的方法来看，液相法是最具有潜力也是研究最多的方法。液相法可精确控制化学组成，易添加微量有效成分，制成多种成分的均一微粉体，虽然容易引入杂质，但超细微粒表面活性好，形貌、粒径易控制，工业化生产成本低。液相法成为目前国内纳米氧化铝制备应用最广泛的方法之一。

4. 纳米氧化铝粉体的应用氧化铝纳米颗粒由于表面效应、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、磁学等方面的性质，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，其应用前景十分广阔，纳米氧化铝粉体在如下领域中均有应用。

(1) 纳米陶瓷原料在精密纳米陶瓷的生产中，纳米氧化铝粉体烧结后的

精密陶瓷制品，质量特别是强度大大提高。纳米氧化铝陶瓷具有优良的抗弯强度、断裂韧性，并在许多超高温、强腐蚀等苛刻的环境下起着其他材料不可替代的作用，具有广阔的应用前景。

(2) 陶瓷添加剂

由于纳米级AI2O3粉末的加入，解决了陶瓷低温脆性，由此可制成低温塑性氧化铝陶瓷；在常规陶瓷中添加5%的纳米级Al 2O3粉体可改善陶瓷的韧性，降低陶瓷的烧结温度。

(3) 复合材料

利用纳米级AI 2。3粉体还可以合成新型的具有特殊性能的复合陶瓷材料及铝合金纳米Al 2O3复合材料，纳米AI2O3粉体作为复合材料，还可以用来制造人工牙齿和骨骼。

(4) 弥散强化材料

氧化铝常作为结构材料的弥散相，以增强基体材料的强度。材料的屈服应力与弥散粒子间距成反比，粒子间距越小，屈服强度越大。当弥散相含量一定时，粒子小，粒子间距也就越小，对材料屈服强度的提高也就越有利。把超细氧化铝分散在金属中，可大大提高金属的强度，铸造时以纳米氧化铝粉体作为变质形核耐磨性可提高数倍。

(5) 表面防护涂层

把一种由纳米氧化铝粒子制成的透明涂料喷涂在玻璃、塑料、金属、漆器甚至磨光的大理石上，可提高表面的硬度、耐腐性、耐磨性、防火性。因此可用于机械、刀具、化工管道等表面防护。

(6) 电子组件

电子微晶是现代电子工业的发展趋势。多层电容器的电子陶瓷组件的厚度要求小于10呵，多层基片的厚度要小于100“，而且要有良好的物理结构，常规的，微米级AI2O3粉末难以达到要求，只有纳米级AI2O3粉末才具

有超细、成分均匀、单一分散的特点，能满足微电子组件的要求。

(7) 光学材料

纳米级Al 2O3粉末对紫外光有很强的吸收能力，如把几个纳米的

AI 2O3 粉掺和到稀土荧光粉中，利用纳米紫外吸收的蓝移现象有可能吸收掉有害的紫外光，而且不降低荧光粉的发光效率。它和稀土荧光粉复合作为日光灯管的发光材料，不仅降低成本而且可延长寿命，是未来制造日光灯管的主要材料。纳米Al 2O3粉体还可烧结成透明陶瓷，作为高压钠灯管的材料。

(8) 半导体材料

利用纳米氧化铝对湿度极为敏感的特性，在温度传感器上有着极高的应用价值。它还可以用于大规模集成电路的衬底材料。

(9) 催化剂及其载体

纳米氧化铝粉体其比表面积很大，因而颗粒表面有丰富的失配键和欠氧键，压成薄片时内含丰富的孔洞，孔洞率达30%-40%可制

成多孔薄膜过滤器，以此制成的催化剂及催化剂载体的性能比目前使用的同类产品性能要优越数倍以上。另外，由于其表面化学活性高，在高分子合成方面亦有广泛的应用。[7]

5. 结语氧化铝纳米颗粒因具有良好的热学、光学、电学、磁学等方面的

性质而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，其应用前景十分广阔。

参考文献

[1] 杨琳琳，刘文化，陈波. 纳米复相陶瓷[J]. 现代技术陶瓷，2005，

2:37-40.

[2] 吴雁，孙爱国，朱训生，等. 微一纳米复合陶瓷超声振动磨削的塑性一

脆性转变特征研究[J]. 四川大学学报（工程科学版），2007，39

（1）:113-117.

[3] Delogu F. Cocco G. Microstructural refinement of ceramic powders

under mechanical processing conditions[J].Journal Of alloys And

Compounds,2006,420:246-250.

[4] 王焕英，张萍，国占生，等. 纳米氧化错复合陶瓷粉体的制备及应用研

究进展[J]. 人工晶体学报，2007,（35）1:161-165.

[5] 朱志斌，郭志军，刘英. 氧化铝陶瓷的发展及应用[J]. 陶瓷，2003，

1:5 一8.

⑹ Das R N, Ba ndyoPadhyay A,Bose S.Na nocrystal line a Al 2O3 Using

Sucrose[J].J Am Ceram Soc,2001,84（10：） 2421-2423.

[7] 王艳琴. 氧化铝的制备及相转变研究[D]. 兰州：兰州大学，2008.

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

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。

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

利用粉煤灰制备高纯超细氧化铝粉体的研究

固废处理 利用粉煤灰制备高纯超细氧化铝粉体的研究 方荣利陆胜 (西南科技大学,四川绵阳621002) 解晓斌 (重庆四维瓷业集团股份有限公司,重庆402285) 摘要利用粉煤灰为原料制备高纯超细氧化铝粉体。给出了采用硅酸二钙晶相转变自粉化、高效分散剂)))碳化法从粉煤灰中制备氧化铝方法的工艺路线,确定了从粉煤灰制备高纯超细氧化铝粉体的最佳工艺条件,为粉煤灰的高价值利用开辟了一条新途径。 关键词粉煤灰晶相转变自粉化氧化铝 1引言 粉煤灰是燃煤电厂排出的废渣。粉煤灰中的氧化铝含量一般可达到22%~35%,是一种很好的制备氧化铝的资源。本课题利用粉煤灰制备高纯超细氧化铝,用来对陶瓷、橡胶、特种工程塑料等传统材料进行改性处理,可使陶瓷、橡胶、特种工程塑料的耐热冲击性提高1~2倍,强度和韧性提高170%,产品光洁度得到极大改善,产品具有很强的市场竞争力;用于生产集成电路基片,可使基片的热稳定性提高2~ 3倍,平整度提高115倍,此行业超细氧化铝需求量不少于5000t P a;由于纳米氧化铝耐高温、抗氧化等优良性能,在人工晶体、高效催化剂、涂料、高温陶瓷、密封粘结剂、医药、激光材料、屏蔽材料等领域有着广泛的用途。 2实验材料、实验方法与技术路线 211实验材料 粉煤灰取自四川江油火电厂排出的废渣;石灰石:从市场购买,其化学组成示于表1。 表1主要原材料的化学组成% 项目SiO 2 Al2O3Fe2O3Ti O2CaO MgO其它粉煤灰521102613841451146315031336112石灰石016211000158-541501344216 212实验方法及流程 将粉煤灰与石灰石碎粒在105e烘干1h,并磨细到通过0108mm方孔筛的筛余<8%,按拟定的CaO P SiO2配料比,加水成小球,并按拟定的粉煤灰活化、自粉化条件处理粉煤灰;用8%的Na2CO3液从活化粉煤灰自粉化料中提取Al2O3,并按拟定的碳化温度、碳化时间、碳化速度等制备纳米Al2O3,用激光粒度分析仪对制备的Al2O3进行粒度测定。流程见图1。 粉煤灰Na2CO3 石灰石 粉磨 烧结 自粉化冷却 溶出 残渣过滤 烧结 水泥 NaAlO2粗液 脱硅 控制过滤 NaAlO2精液 高效分散剂碳化 过滤 Al(OH)3 灼烧 Al 2 O3 Na2CO3 溶 液 循 环 图1利用粉煤灰制备纳米Al 2 O3工艺流程示意图 3实验结果与讨论 311粉煤灰中Al2O3的活化 用X射线衍射法对火电厂排出的废渣粉煤灰的矿物组成进行分析,试样中的主要矿物相为莫来石(3Al2O3#2SiO2)和石英(SiO2)。由于莫来石中的Al2O3的活性差,直接采用酸法、碱法从莫来石中提取氧化铝均很困难。为从粉煤灰中提取氧化铝,需将粉煤灰进行处理,使莫来石中的Al2O3成为活性氧化铝。为使粉煤灰中的氧化铝活化,我们在粉煤灰中加入一定量的外加剂与石灰石并在高温下煅烧,使粉煤灰中的莫来石和石英变为硅酸二钙和七铝十二钙(C12A7)。 通过活化粉煤灰的X衍射图(图2),知道其主要 40 环境工程2003年10月第21卷第5期

一种高纯度氧化铝的制备方法

说明书摘要 一种高纯度氧化铝的制备方法，包括以下几个步骤：（1）丁醇和金属铝反应；（2）减压蒸馏；（3）水解；（4）一次煅烧；（5）球磨；（5）二次煅烧。本发明通过制备丁醇铝，再经过水解和煅烧，步骤少，丁醇可重复利用多次，制备出来的氧化铝纯度高，采用ICP-MS检测达到5N；平均粒径小，为0.01-0.03μm；比表面积为3-6 m2/g，本发明减压蒸馏可提高丁醇铝的纯度，从而提高氧化铝的纯度；采用离子交换树脂进一步除杂，保证氧化铝晶粒的形成，提高氧化铝的纯度，制备过程无污染、能耗低，绿色环保，适合工业化生产。

权利要求书 1．一种高纯度氧化铝的制备方法，其特征在于，包括以下几个步骤：（1）将丁醇和金属铝加入合成塔中，加入催化剂硫酸铝，在温度为90℃-110℃的条件下，优选90-100℃，反应1-2h，得到丁醇铝；将丁醇铝通过离子交换树脂；其中，丁醇和金属铝的摩尔比为4:1，硫酸铝的重量为丁醇和金属铝总重量的0.5-1.5%； （2）将步骤（1）中得到的丁醇铝移入减压蒸馏塔中，加热到150℃-180℃，减压蒸馏后得到高纯度的丁醇铝； （3）将纯水加热至50-80℃，加入步骤（2）中得到的丁醇铝和催化剂硬脂酸，在搅拌的条件下进行水解反应，通过水解得到水合氧化铝，其中纯水与丁醇铝的摩尔比为2:1，硬脂酸的重量为丁醇铝重量的1-2%； （4）将步骤（3）中得到的水合氧化铝在80℃-120℃的条件下烘干脱去表层水后，置于高温煅烧炉中加热到800℃-1100℃，保持3-4h，自然冷却得到氧化铝； （5）将得到的氧化铝通过湿法球磨法粉碎，其中氧化铝、水和球的重量比为1:4:7； （6）经过球磨的氧化铝在80℃-120℃，富氧的条件下烘干脱水后，置于高温煅烧炉中加热到1200℃-1300℃，保持3-4h，快速冷却至500-600℃，然后自然冷却得到高纯度氧化铝。 2．根据权利要求1所述的一种高纯度氧化铝的制备方法，其特征在于，所述金属铝的纯度大于等于99%。 3. 根据权利要求1所述的一种高纯度氧化铝的制备方法，其特征在于，所述丁醇为异丁醇。 4. 根据权利要求1所述的一种高纯度氧化铝的制备方法，其特征在于，离子交换树脂的用量为丁醇铝重量的20-40%。 5. 根据权利要求1所述的一种高纯度氧化铝的制备方法，其特征在于，丁醇铝通过离子交换树脂的时间为2-3h。

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

高纯球形氧化铝

高纯球形氧化铝 纳米材料是纳米科技的重要组成部分。纳米材料分为两个层次，即纳米超微粒子与纳米固体材料。纳米超微粒子是指粒子尺寸为1-100nm，包含几十到几万个原子的超微粒子;纳米固体是把纳米微粒作为基本构成单元，适当排列一维的量子线，二维的量子面、二维的纳米固体。纳米固体有一般晶体材料和非晶体材料都不具备的优良特性。它的出现使凝聚态物理理论受到了挑战。 纳米氧化铝由十表面效应、量子尺寸效应、体积效应、宏观量子隧道效应的作用}fU具有良好的热学、光学、电学、磁学以及化学方面的性质，因此它被广泛用十传统产业(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，其应用前景十分广阔。 尽管近几年内超细氧化铝的产量不断上升，但由于超细氧化铝所具有的耐腐蚀、耐高温、高硬度、高强度、抗磨损、抗氧化、绝缘性好和表面积大等良好特性，使其在冶金、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，国内外市场对超细氧化铝的需求量年增长率不断增高。因此，进一步探索制备超细氧化铝粉体的新方法，有非常重要的意义。 目前，制备超细氧化铝的方法很多，根据反应原理主要分为固相法、气相法、液相法。但每种方法都有其自身的局限，如固相法存在工艺复杂、醇盐价格昂贵、很难制备小于100nm的小颗粒、颗粒晶型不理想等问题;气相法存在生产效率低、工艺参数难以控制、装置庞大、结构复杂、设备昂贵、粉末的收集困难等局限性;湿化学法中团聚问题至今是一个难题，尽管不少研究者探索出来众多的减小或避免团聚的解决方案，但也都有其自身的局限性。因而，探索制备高性能、无团聚的、满足市场需求的γ-A12O3的制备技术，已经引起国内外研究者的广泛关注。本文采用沉淀法制备超细球形氧化铝，用硫酸铝铵为母液，碳酸氢铵为沉淀剂，通过比较不同反应体系的PH值，反应时间，干燥、陈化时间，烧成温度等，测试不同条件下产物的性能，确定出合理的工艺参数，从而制备出粒度小，形貌均匀的超细球形氧化铝。 氧化铝有很多晶型，目前发现的在十二种以上，其中常见的有α、γ、η、θ、β、δ等[2]，除β一A1203是含钠离子的Na20。11A1203以外[3],其他几种都是A1203 的变体。其中主要的、也是在实际工业中得到重要应用的是α-A12O3、β-A12O3和γ- A12O3三种晶型，最稳定的是α-A12O3，其他均为不稳定的过渡晶型，在高温下可以转变为α相。 几种常见的氧化铝的晶型及应用 ①γ-Al2O3 γ-Al2O3是最常见的过渡型氧化铝，属于尖晶石结构，在自然界中并不存在。γ-Al2O3制备工艺简单，一般在低温下（500~700°C范围内）可以形成。γ相粒子的粒径很小，多数在5~10nm，拥有巨大的比表面积，可以达到1000m2/g 以上。γ相粒子最主要的用途就是作为催化剂的载体，用于石油化工和环境保护等领域。但是当含水量过高或者温度过高时，γ相粒子就会长大、烧结，也可能向稳定的α相转变，从而失去其巨大的比表面积，导致催化剂的实效。因此，增加γ相在高温条件下的稳定性很关键。目前多采用在γ相中添加稀土元素等少量物质来改善其表面能，从而有效地抑制了γ-Al2O3相变和烧结的发生，提高了比表面的稳定性。 ②β-Al2O3

纳米氧化铝粉体

2012?2013学年秋季 “材料化学”课程 期中考试课程论文 论文题目：纳米氧化铝粉体 的制备与应用 作者唐俊 学号0910412107 授课老师柯凯

纳米氧化铝粉体的制备与应用 摘要本文从氧化铝的结构和物性、纳米氧化铝粉体的制备工艺和应用等方面对纳米氧化铝粉体进行了介绍。 关键词氧化铝陶瓷纳米制备应用 1. 前言 陶瓷材料具有金属和其他材料不可比拟的耐高温、耐腐蚀、耐磨损等优异的性能，在高技术领域有着十分广泛的应用前景，但其固有的脆性和可靠性极大地限制了陶瓷材料的推广应用。随着纳米技术的发展，纳米陶瓷应运而生，由于纳米陶瓷具有许多独特的性能[1]，人们对纳米陶瓷寄予了很大的希望，希望以此来克服陶瓷材料的脆性，使陶瓷具有像金属一样的韧性和可加工性。世界各国的科研工作者正在不断研究开发纳米陶瓷粉体，并以此为原料合成高性能纳米陶瓷[2-4]。 o 氧化铝陶瓷是目前世界上产量最大、用途最广的陶瓷材料之一，它在自然界中储量丰富，最常见的是以不纯的氢氧化物形式存在，并由此构成铝矶土矿。热力学稳定的a Al 2O3陶瓷属刚玉结构，具有高强度、高硬度、耐磨损、耐腐蚀、耐高温、绝缘性好、比表面积大等优异的特性，在陶瓷、化工、电路等方面得到了广泛的应用[5，6]。 2. 氧化铝的晶体结构和基本物性 了解和掌握氧化铝的结构和物性，是制备纳米氧化铝粉体和制备各种特性氧化铝陶瓷的基础。 2.1 氧化铝的晶体结构

氧化铝是目前氧化物中比较重要的一种，它广泛应用于各种结构 和功能陶瓷中，氧化铝有很多的晶型，不同的晶型有着不同的应用。 Al 2O3有很多种晶型，目前已发现的在十二种以上，其中常见的 有a , B , 丫等。除修AI2O3是含钠离子的Na2O?11Al2O3以外，其它几种都是AI2O3的变体。其中a是高温稳定晶型，其它均为不稳定的过渡晶型，在咼温下可以转变为a相。 氧化铝结构一般的分类方法为：首先根据02-的排列结构分成 FCC和HCP两大类，然后再在02-排列结构的每一大类中再依据A13+ 的亚点阵的不同分成不同的相，氧化铝常见物相结构见表1。在这些相中，a相是稳定相，其余是亚稳相，随着温度的升高，这些过渡型亚稳相的氧化铝都要向a相（稳定相）转变，这种相变是晶格重构型相转变，是不可逆相转变。 表1氧化铝相的分类以及相关参数 a-AI 2O3的晶体结构：O2-呈Hep排列，A13+依次占据其2/3八面体间隙，图1是a-AI 2O3晶体在｛0001｝面投影⑺。 2.2 a-AI 2O3陶瓷的性质

氧化铝纳米材料+

沉淀法制备纳米级Al2O3中的团聚控制 学号：： 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

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。

PEG粒度分布-分散剂聚合度对纳米氧化铝粉体特性的影响_顾峰

分散剂聚合度对纳米氧化铝粉体特性的影响3 顾　峰,沈　悦,徐　超,夏义本,张建成 (上海大学材料学院电子信息材料系,上海201800) 摘　要:　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℃高温煅烧得到纳米氧化铝粉体。对粉体进行了颗粒分布、XRD谱、HR TEM形貌及电子衍射等分析。结果表明分散剂(PEG)的聚合度对纳米氧化铝的粒度分布有着重要的影响。当用PEG2000作分散剂时制备出的粉体颗粒细而均匀,平均粒径为25nm,无明显团聚与颗粒长大现象;经1000℃/2h煅烧已完全转化为α2 Al2O3。文章对不同聚合度的分散剂的分散机理进行了讨论。 关键词:　氢氧化铝胶体;纳米氧化铝;分散剂;聚合度中图分类号:　TB383文献标识码:A 文章编号:100129731(2005)022******* 1　引　言 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[1～5]。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[1～3]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[1]。 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[4～8],转相温度高而使颗粒明显长大[5],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。 本实验选用聚乙二醇为分散剂,采用化学沉淀法制备具有高活性的纳米氧化铝粉体,通过XRD、TEM、Zetasizen粒度仪等分析手段重点研究了聚乙二醇的聚合度对氧化铝粉体的颗粒度及物化特性的影响。 2　实　验 2.1　实验试剂 本实验所用化学试剂为硫酸铝铵(AAS)、氨水(A W)、聚乙二醇(PEG)200、聚乙二醇(PEG)800、聚乙二醇(PEG)2000、聚乙二醇(PEG)3000、聚乙二醇(PEG)4000、乙醇等,纯度均为AR级。 2.2　样品的制备 将硫酸铝铵(AAS)配制成0.1mol/L的溶液,分别取出200ml加入6g不同聚合度的聚乙二醇(PEG),放入45℃水浴中搅拌使得聚乙二醇(PEG)迅速溶解,保持水浴温度,将50ml氨水逐滴加入匀速搅拌的溶液中,形成白色胶状沉淀,反应后抽滤,用蒸馏水和无水乙醇分别洗涤两次,得到胶体样品。胶体经60～70℃烘干,800～1100℃煅烧2h,形成了纳米Al2O3粉体。 2.3　性能表征 采用英国MAL V ERE公司的Zetersizer3000HS 型粒度仪测定了纳米氧化铝粉体的颗粒度及其分布,测试时将煅烧后的氧化铝粉体用去离子水稀释,超声震荡10min。 以DMAX2ⅢC型X射线衍射仪对不同温度煅烧的氧化铝粉体进行物相分析,衍射条件:Target Cu; Voltage40kV;Current100mA;Scan speed2°/min。 采用日本J EM22010F场发射高分辨率透射电镜观察纳米氧化铝粉体的颗粒形貌并拍摄了电子衍射照片。 3　结果与分析 3.1　分散剂的聚合度对纳米氧化铝粒径的影响 图1是采用不同聚合度的聚乙二醇(PEG)作分散剂,经1000℃/2h煅烧所制得的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,峰越尖,峰宽越窄则粒子的粒度越均匀。分散剂聚合度与粉体分布的峰宽和平均粒径的关系如表1所示。从图1和表1可知,以聚合度较小的PEG200分散所制得的氧化铝粉体的峰宽较宽(150～450nm),平均粒径较大(95nm);随着分散剂聚合度的增加,峰宽和平均粒径明显减小,当聚合度为2000时,峰宽减小为10～80nm,平均粒径仅为25nm;尽管聚合度为800时的峰宽略小于聚合度为2000时的峰宽,但平均粒径明显增加。随着分散剂聚合度进一步增加,峰宽和平均粒径反而明显加大,当聚合度为4000时,峰宽达50～450nm,平均粒径增大到90nm。 813功 能 材 料2005年第2期(36)卷 3基金项目:上海2应用材料研究与发展基金资助项目(0208);上海市教委资助项目(02A K26) 收稿日期:2004204205 通讯作者:顾　峰 作者简介:顾　峰　(1963-),男,上海市崇明县人,本科,高级实验师,主要从事功能陶瓷的研究。