一種制備納米化合物粉末的方法及產(chǎn)品的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及納米粉末制備方法，特別涉及到一種在超聲場(chǎng)與溫度場(chǎng)組合作用下制備納米化合物粉末的方法及產(chǎn)品。
【背景技術(shù)】
[0002]納米化合物具有優(yōu)異的物理、化學(xué)和光學(xué)性能，在電子、能源、生物、環(huán)境等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，在當(dāng)代材料科學(xué)領(lǐng)域中占有重要的位置?？v觀納米材料的探宄發(fā)展，納米材料的制備制約著納米材料的推廣應(yīng)用，因?yàn)橹苽涔に嚭瓦^(guò)程控制對(duì)材料的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性能有著重要的影響。
[0003]目前，制備納米化合物的常規(guī)技術(shù)包括:共沉淀法、溶膠-凝膠法、微乳液法、水熱/溶劑熱法等，這些技術(shù)對(duì)納米化合物的發(fā)展和應(yīng)用起到了積極的推動(dòng)作用，但存在制備工藝復(fù)雜、反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)。
[0004]溶液燃燒合成技術(shù)是在自蔓延高溫合成技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種制備超細(xì)晶/納米晶氧化物的新技術(shù)。該技術(shù)既具有節(jié)能、省時(shí)、快速的特點(diǎn)，又兼具濕化學(xué)法中反應(yīng)物均勻混合的優(yōu)勢(shì)，從而倍受人們關(guān)注。迄今為止，已經(jīng)采用該技術(shù)合成了千余種超細(xì)晶/納米晶氧化物，其中包括光催化材料，發(fā)光材料，生物材料，電子陶瓷材料以及電池電極材料等等。
[0005]但是，現(xiàn)有的溶液燃燒合成技術(shù)仍然存在以下不足:(I)燃燒合成過(guò)程難以控制；
(2)某些多組元反應(yīng)體系由于絕熱燃燒溫度低或其前驅(qū)體溶液均質(zhì)性不高，難以合成所需的多元復(fù)合氧化物；(3)合成材料的結(jié)構(gòu)不理想，晶粒尺寸大、尺寸分布不勻、團(tuán)聚嚴(yán)重；
(4)難以制備晶粒尺寸小于1nm的氧化物材料。
[0006]因此，尋求一種能合成純度高、晶粒尺寸小、尺寸分布窄、分散性好的納米化合物粉末的制備方法具有重要的科學(xué)意義與實(shí)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種制備納米化合物粉末的方法及產(chǎn)品，將超聲場(chǎng)運(yùn)用到溶液燃燒合成技術(shù)中，形成在超聲場(chǎng)與溫度場(chǎng)組合作用下制備納米化合物粉末的方法，由此解決現(xiàn)有溶液燃燒合成技術(shù)制備納米粉末存在過(guò)程難以控制、難合成多元化合物、制備的產(chǎn)物晶粒尺寸大、尺寸分布不均勻的技術(shù)問(wèn)題。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種制備納米化合物粉末的方法，包括如下步驟:
[0009]SI:制備原料混合溶液，所述原料混合溶液具有溶液燃燒能力；
[0010]S2:將所述原料混合溶液置入200°C?700°C的溫度下，同時(shí)向所述原料混合溶液施加超聲場(chǎng)，直到所述原料混合溶液發(fā)生燃燒反應(yīng)，獲得反應(yīng)產(chǎn)物；
[0011]S3:待燃燒反應(yīng)結(jié)束后，將所述反應(yīng)產(chǎn)物自然冷卻。
[0012]所述的溶液燃燒能力是指原料混合溶液處于高溫下，會(huì)發(fā)生溶液沸騰、蒸發(fā)以及濃縮，最后發(fā)出火焰進(jìn)行自發(fā)燃燒的屬性。
[0013]通過(guò)以上發(fā)明構(gòu)思，將超聲場(chǎng)引入到溶液燃燒合成工藝中，(I)使液體介質(zhì)產(chǎn)生成群的空化泡，當(dāng)空化泡崩潰時(shí)，產(chǎn)生高溫高壓極限條件，促使傳統(tǒng)溶液燃燒方法難以實(shí)現(xiàn)的反應(yīng)得以順利進(jìn)行；(2)超聲場(chǎng)的力學(xué)效應(yīng)和空化泡崩潰時(shí)產(chǎn)生的沖擊波和微射流會(huì)形成強(qiáng)烈的機(jī)械攪拌，能促使溶液燃燒反應(yīng)的燃燒溫度和燃燒速率維持穩(wěn)定，保證了合成產(chǎn)物的整體均勻性；(3)超聲場(chǎng)的力學(xué)效應(yīng)和空化泡產(chǎn)生的微射流可以破壞顆粒間的表面吸附，使合成產(chǎn)物粒徑細(xì)小均勻，不發(fā)生團(tuán)聚。
[0014]進(jìn)一步的，采用功率為0.5kff?2.0kff的超聲場(chǎng)作用體積為1ml?200ml原料混合溶液，且所述超聲場(chǎng)的頻率為1kHz?80kHz，所述超聲場(chǎng)的作用時(shí)間為5min?20min。以上條件是優(yōu)選的，將以上優(yōu)選的條件組合在一起，能實(shí)現(xiàn)較好的制備粉末的效果。
[0015]進(jìn)一步的，所述超聲場(chǎng)為脈沖超聲場(chǎng)，在一個(gè)脈沖周期中，超聲場(chǎng)持續(xù)作用時(shí)間與超聲場(chǎng)停止時(shí)間之比為0.5?2.0o作為優(yōu)選的，超聲場(chǎng)持續(xù)作用時(shí)間與超聲場(chǎng)停止時(shí)間之比為1.0o
[0016]進(jìn)一步的，將多種初始原料分別溶解在去離子水或蒸餾水中形成的多種初始溶液，將多種初始溶液執(zhí)行混合，制備獲得原料混合溶液。以上只是制備原料混合溶液的一種具體方式。
[0017]作為本發(fā)明的第二個(gè)方面，還提供按照以上方法制備的納米化合物粉末。
[0018]基于以下原理將超聲場(chǎng)與溶液燃燒結(jié)合獲得本發(fā)明方法:
[0019]首先，超聲技術(shù)是一種能有效強(qiáng)化化學(xué)反應(yīng)和化工過(guò)程的物理手段。足夠強(qiáng)度的超聲會(huì)使液體介質(zhì)產(chǎn)生成群的空化泡，當(dāng)空化泡崩潰時(shí)，極短時(shí)間內(nèi)(< 10 μ s)，在泡內(nèi)產(chǎn)生5000Κ的高溫和10MPa的高壓，并伴生強(qiáng)烈的沖擊波和速度達(dá)110m/S左右的微射流。這種高溫高壓極限條件，可以在液體中誘發(fā)產(chǎn)生自由基和激發(fā)態(tài)分子，降低反應(yīng)活化能，使采用傳統(tǒng)溶液燃燒方法難以實(shí)現(xiàn)的反應(yīng)得以順利進(jìn)行。
[0020]其次，超聲的力學(xué)效應(yīng)和空化泡崩潰時(shí)產(chǎn)生的沖擊波和微射流會(huì)形成強(qiáng)烈的機(jī)械攪拌，使反應(yīng)體系實(shí)現(xiàn)微觀或介微觀均勻混合，消除局部濃度和溫度不均現(xiàn)象，保證混合溶液的整體溫度和成分均勻性。這不僅為大量晶核的形成提供了一個(gè)快速、均勻的環(huán)境，避免了雜相的形成，而且體系點(diǎn)燃后，燃燒溫度和燃燒速率可保持穩(wěn)定，保證了合成產(chǎn)物的整體均勻性。
[0021]再次，在晶核生長(zhǎng)階段，一方面，超聲的力學(xué)效應(yīng)和空化泡產(chǎn)生的微射流可以破壞顆粒間的表面吸附，阻止顆粒的團(tuán)聚。另一方面，空化泡會(huì)聚集在固體顆粒表面，大大降低晶核的比表面自由能，抑制晶核的聚結(jié)和長(zhǎng)大。這不僅有助于提高合成材料的分散性，而且有利于控制晶粒尺寸。因此，將超聲技術(shù)和溶液燃燒合成技術(shù)結(jié)合起來(lái)，可解決常規(guī)的溶液燃燒合成技術(shù)制備納米化合物粉末的缺陷，還可以進(jìn)一步推動(dòng)溶液燃燒合成技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。
[0022]總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果:
[0023](I)將超聲場(chǎng)引入到溶液燃燒合成中，可以誘導(dǎo)和促進(jìn)溶液燃燒合成反應(yīng)，能促使傳統(tǒng)溶液燃燒方法難以實(shí)現(xiàn)的反應(yīng)得以順利進(jìn)行，還能獲得純度更高的納米氧化物粉末。
[0024](2)將超聲場(chǎng)引入到溶液燃燒合成中，可以消除原材料混合溶液局部濃度和溫度不均現(xiàn)象，而且體系點(diǎn)燃后，燃燒溫度和燃燒速率可保持穩(wěn)定，保證了合成產(chǎn)物的整體均勻性。
[0025](3)將超聲場(chǎng)引入到溶液燃燒合成中，可以破壞顆粒間的表面吸附，阻止顆粒的團(tuán)聚，抑制晶核的聚結(jié)和長(zhǎng)大，有助于提高納米氧化物的分散性，且控制晶粒尺寸。
【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1為本發(fā)明方法工藝流程示意圖；
[0027]圖2為實(shí)施例1制備的1#樣品的XRD圖譜；
[0028]圖3為實(shí)施例1制備的1#樣品的TEM照片；
[0029]圖4為實(shí)施例2制備的2#樣品的XRD圖譜；
[0030]圖5為實(shí)施例2制備的2#樣品的TEM照片；
[0031 ]圖6為實(shí)施例3制備的3#樣品的XRD圖譜；
[0032]圖7為實(shí)施例3制備的3#樣品的，圖7 (a) TEM照片，圖7 (b)電子衍射花樣圖；
[0033]圖8為實(shí)施例4制備的4#樣品的XRD圖譜；
[0034]圖9為實(shí)施例4制備的4#樣品的SEM照片。
【具體實(shí)施方式】
[0035]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0036]圖1為本發(fā)明方法工藝流程示意圖，本發(fā)明提供了一種制備納米化合物粉末的方法，包括如下步驟:
[0037]SI:制備原料混合溶液，所述原料混合溶液具有溶液燃燒能力；
[0038]S2:將所述原料混合溶液置入200°C?700°C的溫度下，同時(shí)向所述原料混合溶液施加超聲場(chǎng)，直到所述原料混合溶液發(fā)生燃燒反應(yīng)，獲得反應(yīng)產(chǎn)物；
[0039]S3:待燃燒反應(yīng)結(jié)束后，將所述反應(yīng)產(chǎn)物自然冷卻。
[0040]實(shí)施例1:
[0041 ] 本實(shí)施例用于合成Na3V2 (PO4) 3納米粉末:
[0042]S1:制備原料混合溶液，具體的，首先將3.13g的C6H807、2.34g的NH4V03、2.55g的NaNOjP 3.45g的NH 4Η2Ρ04*別溶于適量去離子水中，C 6H807、NaNOjP NH 4Η2Ρ04均完全溶于去離子水對(duì)應(yīng)獲得三種澄清透明溶液，而NH4VO3微溶于去離子水，得到白色懸濁液。然后將白色NH4VO3懸濁液逐滴加入到C 6H807溶液中，再依次將NaNO 3溶液和NH ##04溶液加入到上述溶液中，得到混合溶液200ml。將得到的200ml混合溶液在60°C水浴鍋中攪拌2h，得到深藍(lán)色澄清的原材料混