1、,Al2O3纳米颗粒的制备,2,Al2O3纳米颗粒的制备,Al2O3纳米颗粒的制备,Al2O3纳米颗粒的制备方法的比较,内容,Al2O3纳米颗粒研究中存在的问题,3,Al2O3纳米颗粒的制备,06,03,纳米陶瓷是指具有纳米微观结构和纳米效应的一类陶瓷。纳米微观结构是指晶粒尺寸,缺陷尺寸,晶界宽度,第二相分布和气孔尺寸等纳米材料的一系列微观参数均处于纳米级别。纳米效应,是指具有小尺寸效应、宏观量子險道效应、表面效应等。制备纳米陶瓷分为三步：粉体制备、素胚成型和胚体烧结1.Al2O3纳米颗粒的制备 目前具有很多制备Al2O3颗粒的方法，具有代表性的有： （1）高能机械球磨法,4,Al2O3纳米颗
2、粒的制备,高能机械球磨法主要是利用球磨机的转动和振动,为原料提供能量,在此过程中原料可能发生化学发应变化,产物会由于硬球对原料强烈的撞击、研磨和搅拌而被粉碎,从而制备出尺寸在纳米级别的粉体。Karagedov等采用高能球磨法对亚微米-AI2O3粉体进行研磨,制备出无团聚的-AI2O3纳米颗粒,粉体粒径在18-40 nm。但是改种方法制备的粉体纯度较低，而且颗粒分布较广。,5,Al2O3纳米颗粒的制备,6,Al2O3纳米颗粒的制备,（2）热分解法 通过化学反应制备前驱体，然后经过高温煅烧制备-AI2O3粉体。例如制备的前驱体NH4Al0(0H)HC03通过高温锻烧后分解相变为- AI2O3 由于
3、在锻烧过程中,NH4A10(0H)HC03释放处大量的气体，这些气体对前期颗粒的闭聚起到了一定的隔离效果,因此对于制备弱团聚的- AI2O3纳米颗粒来说,是比较理想的。,7,Al2O3纳米颗粒的制备,（3）化学沉淀法 将沉淀剂在一定条件下进行分解或者水解,使其释放可 以与铝盐物质反应的离子。如在一定pH值下,利用AI(NO3)3 、Al2(S04)3、或AICI3溶液为原料,加入分散剂,利用氨水、尿素或碳酸氢按为沉淀剂,都可沉淀出氢氧化铝沉淀,经脱水便可获得A1203粉末,8,Al2O3纳米颗粒的制备,图1沉淀法制备-AI2O3 纳米颗粒技术路线,9,Al2O3纳米颗粒的制备,图化学沉淀法得到
4、的-Al2O3纳米颗粒的TEM照片,10,Al2O3纳米颗粒的制备,（4）溶胶凝胶法 这种方法是通过胶体化学的原理来制备颗粒的。将金属醇盐或无机盐通过水解缩合化学发应,形成凝胶或解凝形成溶胶,通过溶质聚合再凝胶化。将制备的凝胶干燥,烧去有机成分,最后得到纳米陶瓷颗粒。 下图1是通过该方法获得的Al2O3纳米颗粒样品在不同温度下的TEM照片：,11,Al2O3纳米颗粒的制备,（a)7000C,(b)10000C,(c)14000C,图2 不同温度处理样品的TEM照片,图2为700、1000、1400度热处理后样品的TEM照片,从照片上可以看出,700度热处理样品的粒度非常小,其平均粒径在10 n
5、m以下,样品呈球形,规则均匀11000e热处理样品的粒度有所长大,平均粒径约15 nm,1400度热处理的粒度长大许多,平均粒径在100 nm以上,12,Al2O3纳米颗粒的制备,采用高分子网络法（分散性和晶粒尺寸）制备-Al2O3纳米颗粒在Al(NO3)3溶液中加入丙烯酞胺单体、N,N一亚甲基丙烯酞胺,通过无机盐溶胶一凝胶法制得10nm的-A12O3粉体,其工艺流程如图3：,图3 -A12O3粉体合成工艺流程图,13,Al2O3纳米颗粒的制备,溶胶一凝胶法制得的颗粒粉体化学均匀性好、纯度高、颗粒细。尽管开发出的无机盐溶胶一凝胶法工艺,避免了昂贵的醇盐和有毒的有机溶剂,但需要对凝胶进行长时间洗
6、涤。表1给出Al(NO3)3经各种醇在苯溶剂中醇化制得的。,14,Al2O3纳米颗粒的制备,（5）微乳液法 微乳液法是一种近年发展起来的制备Al2O3纳米颗粒的方法,一般是以两种不相溶的物质在表面活性剂的作用下形成乳液。Pang等人以环己胺为油相,Triton X-114为表面活性剂,制备出了颗粒尺寸约为52 nm的- AI2O3纳米颗粒。6)气相法 气相法是直接利用气体或者通过各种手段将物质变成气体,使之在气体状态下发生物理变化或化学反应,最后在冷却过程中凝聚长大形成纳米微粒的方法。气相法包括蒸发凝聚法、化学气相沉积(CVD)法、等离子气相合成(PVD)法和爆炸丝法等,15,Al2O3纳米颗
7、粒的制备,（7）爆轰法 用爆轰法处理硝酸盐、氯酸盐及有机盐可以简单快速地制备出属氧化物、混合金属氧化物,用爆轰方法合成氧化物纳米粉体成为爆炸力材料材料学结合的新研究方向。 代表性Al(N03)3H2O铝盐进行爆轰制得平均晶粒为25nm的A12O3纳米球，反应如下： Al(N03)3H2O+1.19C5H8N4O120.5Al2O3+13.75H20+5.13NO+1.31N2+2233.5KJ 该方法工艺简单,但具有危险性,且粉末收集也有难度。 此外,还有喷雾法、冻结干燥法等其他制备技术。,16,Al2O3纳米颗粒的制备方法的比较,2.不同制备Al203纳米颗粒粉体方法的比较 综合各种制备Al
8、203纳米颗粒粉体的方法都有其优点和缺点.可以看出,沉淀法由于原料易得、过程简单、可大批量生产等特点称为相对高效、廉价的方法。因此沉淀法制 备-A12O3纳米颗粒无疑是最佳选择。但是沉淀法目前主要存在以下几点问题： (1)在沉淀A12O3前驱体过程中,由于物料局部浓度过高等,易造成前驱体颗粒的凝聚及颗粒形状、大小不均; (2)前驱体须经一定温度的锻烧才能得到-A12O3纳米颗粒,高温锻烧必将导致纳米颗粒的团聚或烧结。,17,Al2O3纳米颗粒的制备方法的比较,因此,对Al2O3纳米颗粒粉体制备的研究应着重在以下几个方面进行:(1)降低生产成木,有效控制氧化铝前驱体的微结构,提高其分散性;(2)
9、探索对粒子大小与形貌进行有效控制的方法,系统研究在制备Al2O3前驱体时溶液的pH值、浓度、沉淀速度、沉淀的过滤、洗涤、干烘方式等对A1203前驱体的微结构的影响;(3)改进锻烧方式,探索弱团聚的A12O3纳米粉体的低温形成,18,Al2O3纳米颗粒研究中存在的问题,从前人的研究工作中不难看出a-A12O3纳米粉的应用和制备方法等技已经取得了很大的进展,但在其发展的过程中也出现了一些待解决的问题：(1)-A12O3纳米颗粒粉体的制备目前主要停留在探索试验阶段,没有成熟且可实现工业化批量生产的方法。(2)-A12O3纳米颗粒粉体存在有多晶的无规则团聚体、片状、球形等多种形态,客观上需要对A12O3纳米进行微观分析和测试,同时其具体的宏观性也需要作系统探讨,从而建立成熟的理想模型,对各种实验现象给出合理释。,19,Al2O3纳米颗粒研究中存在的问题,(3)-A12O3纳米颗粒粉体在应用领域的研究目前侧重在纳米陶瓷、电材料,今后应逐步扩大应用领域的研究范围,诸如理化仪器、人工骨催化剂载体、激光材料、荧光体的载体等许多高科技尖端行业。(4)与-A12O3纳米陶瓷的应用研究相比,其粉木的制备显得进展缓慢,-A12O3纳米颗粒的粒径、形状控制及团聚问题等还存在众多的技术及工程难题,20,Thank you for your attention!,
