一種低溫制備納米氧化鋁的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低溫制備納米氧化鋁的方法。通過加入晶種，采用兩步水解法，在水解前后分別加入葡萄糖和聚乙烯吡咯烷酮作為分散劑，其中晶種的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％-5％，異丙醇鋁的摩爾濃度為0.5-1.5mol/L，葡萄糖的濃度為0.5-1.5g/ml，聚乙烯吡咯烷酮的濃度為0.05-0.1g/ml。將所得到的溶液在通風(fēng)櫥中溶劑蒸發(fā)，待其溶劑蒸發(fā)完全后，在100-200℃下干燥2-5h，形成疏松的前驅(qū)體；在空氣氣氛中，對(duì)干燥后的前驅(qū)體進(jìn)行高溫煅燒得到高純納米氧化鋁粉體。本發(fā)明具有操作簡(jiǎn)單，所需周期短，重復(fù)性好，便于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。α-Al2O3所需晶型轉(zhuǎn)變溫度(1000℃)較低，制備得到的氧化鋁粒徑小，小于50nm，分散性好。
【專利說明】
一種低溫制備納米氧化鋁的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種低溫制備納米氧化鋁粉體的方法，屬于材料制備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]納米氧化鋁由于表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)使其顯示出常規(guī)材料所不具備的光、電、磁、熱和機(jī)械性能，廣泛的應(yīng)用于航天航空、冶金、化工、陶瓷、電子、國(guó)防及其核技術(shù)等高科技領(lǐng)域。目前制備納米氧化鋁粉體的方法主要分為固相法、液相法和氣相法。固相法包括:機(jī)械球磨法、高溫固相反應(yīng)法、鹽類分解法和燃燒法等；氣相法包括:氣相冷凝法、化學(xué)氣相沉積法等；液相法包括:沉淀法、溶膠-凝膠法、水熱法、相轉(zhuǎn)移分離法、噴霧法和溶劑揮發(fā)分解法等。固相法容易引入雜質(zhì)，并且所制得的粉體粒徑難以達(dá)到納米級(jí)別；氣相法由于裝備龐大，設(shè)備昂貴等缺點(diǎn)限制了其使用；目前為止，對(duì)液相法來制備納米氧化鋁的研究比較多，所制得的粉體具有粒徑小，分散性好等優(yōu)點(diǎn)。
[0003]Jiang Li 等人(Ceramics Internat1nal.2006, 32, 587 - 591)以 Al (NO3)3和朽1檬酸作為原料，采用溶膠-凝膠法制得檸檬酸前驅(qū)體，在100tC下即可制得a -Al2O3，但是，該方法得到的a-Al2O3粉體粒徑較大，約為200nm，且分散性不是很好。Fu Gao feng等人(ceramics internat1nal, 2010, 36, 1253-1257)通過向氧化招前驅(qū)體中添加 AlF3晶種，在900°C下既可制得Q-Al2O3，在該方法中，C1-Al2O3晶型轉(zhuǎn)變溫度有所降低，但是，實(shí)驗(yàn)過程中未加入任何分散劑，所制得的樣品粒徑較大，約為500nm，且分散性不好。在上述兩種方法中，Ct-Al2O3晶型轉(zhuǎn)變溫度有所降低，但是C1-Al2O3粒徑仍然較大，未達(dá)到納米級(jí)別。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種低溫制備納米氧化鋁的方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種低溫制備納米氧化鋁的方法，采用如下步驟制備:
[0006]①配置異丙醇鋁溶液，加入a -Al2O3粉體晶種，攪拌混合均勾，其中，α -Al 203粉體晶種質(zhì)量為異丙醇鋁質(zhì)量的2% -5% ;
[0007]②兩步水解，向上述溶液中加入1/3的葡萄糖溶液，在80-82°C的溫度下攪拌0.5-lh，加入剩余的葡萄糖溶液，在80-82°C的溫度攪拌3-5h，其中，葡萄糖溶液濃度為0.5-1.5g/ml，溶劑為水，其中水與異丙醇鋁的物質(zhì)的量之比為3:1 ；
[0008]③向上述溶液中加入聚乙烯吡咯烷酮溶液，在80_82°C的溫度攪拌4_8h，其中，聚乙烯吡咯烷酮溶液濃度為0.05-0.lg/ml，溶劑為異丙醇，聚乙烯吡咯烷酮和異丙醇鋁的質(zhì)量之比為1:15 ；
[0009]④將所得溶液在室溫下溶劑蒸發(fā)完全，在100_200°C的溫度下干燥至水分完全蒸發(fā)，形成疏松的前驅(qū)體；
[0010]⑤將前驅(qū)體研磨后在空氣中煅燒熱處理，煅燒熱處理完成后隨爐冷卻至室溫，得到a -A I2O3粉體。
[0011]步驟①中，異丙醇鋁溶液的摩爾濃度為0.5-1.5mol/L，其溶劑為甲苯和異丙醇的混合溶液，其中，甲苯和異丙醇的體積比為3:1，a -Al2O3粉體晶種的粒徑〈lOOnm。
[0012]步驟④中所述的干燥時(shí)間為2h_5h。
[0013]步驟⑤中所述的熱處理的時(shí)間為2h_5h，熱處理溫度為1000-1200°C，升溫速率為5°C /min。
[0014]本方法與其它制備納米氧化鋁的方法相比，具有如下有益效果:
[0015]①本發(fā)明采用兩步水解法，通過加入晶種，及在金屬醇鹽水解前后分別加入不同分散劑來得到粒徑均勻，分散性好的納米氧化鋁；
[0016]②本發(fā)明操作簡(jiǎn)單，所述周期短，重復(fù)性高，便于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)；
[0017]③氧化鋁晶型轉(zhuǎn)變溫度較低，為1000°C ；
[0018]④制備的粉體粒徑小，小于50nm，分散性好；
[0019]⑤制備過程中未引入其他無機(jī)雜質(zhì)，制得粉體純度高。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)流程圖。
[0021]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中a-Al2O3粉體的X射線衍射圖。
[0022]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中a-Al2O3粉體的掃描電子顯微鏡圖片。
[0023]圖4為本發(fā)明實(shí)施例1中a-Al2O3粉體的透射電子顯微鏡圖片。
[0024]圖5為本發(fā)明實(shí)施例2中a-Al2O3粉體的掃描電子顯微鏡圖片。
[0025]圖6為本發(fā)明實(shí)施例3中a-Al2O3粉體的X射線衍射圖。
[0026]圖7為本發(fā)明實(shí)施例3中a-Al2O3粉體的掃描電子顯微鏡圖片。
[0027]圖8為本發(fā)明實(shí)施例3中a-Al2O3粉體的透射電子顯微鏡圖片。
【具體實(shí)施方式】
[0028]實(shí)施例1: a -Al2O3粉體的制備
[0029]將54ml的甲苯和18ml的異丙醇在80_82°C下攪拌均勻，稱取15g異丙醇鋁和0.75g a -Al2O3粉體，加入到上述混合溶劑中，攪拌待異丙醇鋁完全溶解，形成A溶液，稱取4.5g葡萄糖，加入到4.5ml去離子水當(dāng)中，在80_82°C下攪拌使其溶解，形成B溶液，取1/3的B溶液加入到上述A溶液當(dāng)中，攪拌反應(yīng)30min后，緩慢加入剩余的B溶液，繼續(xù)攪拌4h，形成C溶液，稱取Ig聚乙烯吡咯烷酮，加入到20ml的異丙醇中，在80-82°C下攪拌至溶解，形成D溶液，將D溶液緩慢的加入到C溶液當(dāng)中，繼續(xù)攪拌4h。將所得溶液置于通風(fēng)櫥中，待其溶劑完全蒸發(fā)后，在110Γ下干燥2h，使其水分完全蒸發(fā)，得到疏松的前驅(qū)體。將干燥完全的前驅(qū)體放于剛玉坩禍中并將剛玉坩禍放于KSL-1400X-A4型馬弗爐中，升溫速率設(shè)定為5°C /min。升溫至1000°C，在該溫度下保溫2h，隨后馬弗爐開始降溫，在1000°C至500°C的溫度區(qū)間內(nèi)，降溫速率控制為ΙΟΚ/min。溫度降為500°C以下時(shí)，降溫速率約為5°C /min。溫度降為室溫時(shí)，關(guān)閉馬弗爐，取出產(chǎn)物。X射線衍射分析(圖2)的結(jié)果表明，所制得的樣品的衍射峰與α-Al2O3標(biāo)準(zhǔn)卡完全吻合，無其它雜峰。掃描電子顯微鏡(圖3)和透射電子顯微鏡(圖4)表明所制得到的a -Al2O3粉體粒徑較小，<50nm，并且分散性較好，硬團(tuán)聚不明顯。
[0030]改變實(shí)施例1中的反應(yīng)溫度，其他參數(shù)保持不變，當(dāng)反應(yīng)溫度低于80°C時(shí)，異丙醇鋁溶解不完全，制備得到的a -Al2O3粒徑不均勻，當(dāng)反應(yīng)溫度高于82°C時(shí)，會(huì)造成溶劑的蒸發(fā)，反應(yīng)過程中固體粉末析出，制備得到的a -Al2O3粒徑較大，且不均勻。
[0031]實(shí)施例2: a -Al2O3粉體的制備
[0032]將54ml的甲苯和18ml的異丙醇在80_82°C下攪拌均勻，稱取15g異丙醇鋁和0.50g a -Al2O3粉體，加入到上述混合溶劑中，攪拌待異丙醇鋁完全溶解，形成A溶液，稱取4.5g葡萄糖，加入到4.5ml去離子水當(dāng)中，80_82°C下攪拌使其溶解，形成B溶液，取1/3的B溶液加入到上述A溶液當(dāng)中，攪拌反應(yīng)30min后，緩慢加入剩余的B溶液，繼續(xù)攪拌4h，形成C溶液，稱取Ig聚乙烯吡咯烷酮，加入到20ml的異丙醇中，在80-82°C下攪拌至溶解，形成D溶液，將D溶液緩慢的加入到C溶液當(dāng)中，繼續(xù)攪拌4h.將所得溶液置于通風(fēng)櫥中，待其溶劑完全蒸發(fā)后，在110°C下干燥2h，使其水分完全蒸發(fā)，得到疏松的前驅(qū)體。將干燥完全的前驅(qū)體放于剛玉坩禍中并將剛玉坩禍放于KSL-1400X-A4型馬弗爐中，升溫速率設(shè)定為50C /min。升溫至1000°C，在該溫度下保溫2h，隨后馬弗爐開始降溫，在1000°C至500°C的溫度區(qū)間內(nèi)，降溫速率控制為10°C /min。溫度降為500°C以下時(shí)，降溫速率約為5°C /min。溫度降為室溫時(shí)，關(guān)閉馬弗爐，取出產(chǎn)物。掃描電子顯微鏡(圖5)可以看出所制的a -Al2O3粒徑較小，<50nm，硬團(tuán)聚不明顯。
[0033]將54ml的甲苯和18ml的異丙醇在80_82°C下攪拌均勻，稱取15g異丙醇鋁和
0.50g a -Al2O3粉體，加入到上述混合溶劑中，攪拌待異丙醇鋁完全溶解，形成A溶液，將Ig聚乙烯吡咯烷酮和4.5g葡萄糖先混合，配置成水溶液，記為B溶液，將1/3的B溶液加入到A溶液中，攪拌反應(yīng)0.5h，將剩下的B溶液加入到上述溶液中，繼續(xù)攪拌反應(yīng)8h。在110°C下干燥2h，使其水分完全蒸發(fā)，得到疏松的前驅(qū)體。其它實(shí)驗(yàn)參數(shù)與實(shí)施例2相同。該方法得到的a -Al2O3粉體同實(shí)施例2中所制得的α -Al 203粉體相比，粒徑較大，團(tuán)聚較嚴(yán)重。
[0034]實(shí)施例3: a -Al2O3粉體的制備
[0035]將54ml的甲苯和18ml的異丙醇在80_82°C下攪拌均勻，稱取15g異丙醇鋁和
0.35g a -Al2O3粉體，加入到上述混合溶劑中，攪拌待異丙醇鋁完全溶解，形成A溶液，稱取
4.5g葡萄糖，加入到4.5ml去離子水當(dāng)中，80_82°C下攪拌使其溶解，形成B溶液，取1/3的B溶液加入到上述A溶液當(dāng)中，攪拌反應(yīng)30min后，緩慢加入剩余的B溶液，繼續(xù)攪拌4h，形成C溶液，稱取Ig聚乙烯吡咯烷酮，加入到20ml的異丙醇中，在80-82°C下攪拌至溶解，形成D溶液，將D溶液緩慢的加入到C溶液當(dāng)中，繼續(xù)攪拌4h.將所得溶液置于通風(fēng)櫥中，待其溶劑完全蒸發(fā)后，在110°C下干燥2h，使其水分完全蒸發(fā)，得到疏松的前驅(qū)體。將干燥完全的前驅(qū)體放于剛玉坩禍中并將剛玉坩禍放于KSL-1400X-A4型馬弗爐中，升溫速率設(shè)定為50C /min。升溫至1000°C，在該溫度下保溫2h，隨后馬弗爐開始降溫，在1000°C至500°C的溫度區(qū)間內(nèi)，降溫速率控制為10°C /min。溫度降為500°C以下時(shí)，降溫速率約為5°C /min。溫度降為室溫時(shí)，關(guān)閉馬弗爐，取出產(chǎn)物。X射線衍射分析(圖6)的結(jié)果表明，所制得的樣品的所有衍射峰與Ct-Al2O3標(biāo)準(zhǔn)卡完全吻合，無其它雜峰。掃描電子顯微鏡(圖7)和透射電子顯微鏡(圖8)表明所制得到的C1-Al2O3粒徑較小，為<50nm，并且分散性較好，硬團(tuán)聚不明顯。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種低溫制備納米氧化鋁的方法，其特征在于，包括如下步驟: ①配置異丙醇鋁溶液，加入a-Al2O3粉體晶種，攪拌混合均勾，其中，a -Al2O3粉體晶種質(zhì)量為異丙醇鋁質(zhì)量的2% -5% ; ②兩步水解，向上述溶液中加入1/3的葡萄糖溶液，在80-82°C的溫度下攪拌0.5-lh，再加入剩余的葡萄糖溶液，在80-82 °C的溫度攪拌3-5h，其中，葡萄糖溶液的濃度為0.5-1.5g/ml，溶劑為水，其中水與異丙醇鋁的物質(zhì)的量之比為3:1 ； ③向上述溶液中加入聚乙烯吡咯烷酮溶液，在80-82°C的溫度攪拌4-8h，其中，聚乙烯吡咯烷酮溶液的濃度為0.05-0.lg/ml，溶劑為異丙醇，聚乙烯吡咯烷酮和異丙醇鋁的質(zhì)量之比為1:15 ； ④將所得溶液在室溫下溶劑蒸發(fā)完全，在100-200°C的溫度下干燥至水分完全蒸發(fā)，形成疏松的前驅(qū)體； ⑤將前驅(qū)體研磨后在空氣中煅燒熱處理，煅燒熱處理完成后隨爐冷卻至室溫，得到a -A I2O3粉體。2.如權(quán)利要求1所述的低溫制備納米氧化鋁的方法，其特征在于，步驟①中，α-Al 203粉體晶種的粒徑〈lOOnm，異丙醇鋁溶液的摩爾濃度為0.5-1.5mol/L，其溶劑為甲苯和異丙醇的混合溶液，其中，甲苯和異丙醇的體積比為3:1。3.如權(quán)利要求1所述的低溫制備納米氧化鋁的方法，其特征在于，步驟④中所述的干燥時(shí)間為2h-5h。4.如權(quán)利要求1所述的低溫制備納米氧化鋁的方法，其特征在于，步驟⑤中所述的熱處理的時(shí)間為2h-5h，熱處理溫度為1000-1200°C，升溫速率為5°C /min。
【文檔編號(hào)】B82Y30/00GK105984891SQ201510054602
【公開日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2015年2月2日
【發(fā)明人】郭效德, 嚴(yán)婷, 李鳳生, 劉宏英, 章祥, 王志祥, 吳飛, 林海勇, 李龍, 施金秋
【申請(qǐng)人】南京理工大學(xué)