【纳米氧化铝的制备方法及应用现状探究8100字（论文）】

国内外研究进展1.1国内研究现状目前，国内的研究工作主要集中在对不同类型的纳米材料氧化锅的制备和应用方面的研究，其中大部分都是由中科院、中国上海两所高校联合开展的。从九十年代后期到二十一世纪初期，中国一直致力于突破西方发达国家在推进和推广纳米材料加热器的技术上的政策、突破技术上的限制，并在此基础上进行了大量的研究和开发。李继光等人将少量的亚硝酸铅加入到溶液中，然后在水中加热，滴入少量的氨水，以2%peg晶种为主要原料，合成了氧化性分散剂。Al2O3湿性凝胶经高温干燥后，经200℃的火焰点燃，得到了一定数量的含湿型纳米化碳和纳米粉体。张长栓将大量的硝酸和无溶剂的酒精溶液分别倒入乙醇混合物（通常含有少量的氨水），与之进行高温过滤，高温蒸发，再用无水乙醇进行高温洗涤，再将铝饼加热到ooopt，最后高温烘干，股烧，制备了一种新型的纳米二氧化铝，并对其性能进行了研究。吴义权等人表示，用少量的盐酸氧化亚硝基二氢铅，然后将少量的氨水加入亚硝基二氢铅的溶液中，然后将其晒干，然后用普通的方法将其加热。廖海达等人将分散的溶剂和浸泡在氨水中的混合物均匀地加入到一种含一定量的水和氨水的粉末分解液中，然后在水里完全溶于氨水，干燥，热处理，锻炼，淀粉研磨，然后将其混合在一起。在Al2O3纳米粒子的研究和应用中，重点关注催化剂的萃取和除去有毒污染物，另外，Al2O3的一个重要优势在于它可以作为各种材料的膜过滤和层析的固定相。除传统的膜过滤技术在化合物分离中得到广泛的应用之外，由于膜过滤在节能、运行费用和环保上有着很大的发展前景。为了提高膜的选择性，提高膜过滤性能，将单层硅烷（3-氨基丙基）三乙氧基硅烷直接接枝到氧化铝膜上。基于上述结果，采用二甲基硅烷直接接枝氧化铝纳米纤维，制得了残渣和纤维素酶。另外，一种改性过的氧化铝被广泛用于HPLC的化学键结合固定相支持物。通过大量的研究，人们对纳米氧化铝的了解越来越多，发现它不仅有纳米作用，而且表面张力很大，粒子间的粘附力很大，对光的吸收能力很强，熔点低，化学活性好，容易产生化学反应；由于其优良的导热性和绝缘性，其应用范围十分广泛。纳米氧化铝由于其表面效应、量子尺寸效应、体积效应和宏观量子隧道效应等特性，在传统工业（轻工、化工、建材）、新材料、微电子、航天等行业中的应用范围将进一步扩大，市场需求量将进一步扩大，应用前景不可估量。现代科技的迅速发展和广泛的运用，给我们国家的各方面带来了巨大的影响。自从八十年代提出纳米材料的概念后，国家就把它作为一个重要的课题，经过长时间的探索，它可以从纳米材料的基础上进行纳米氧化铝的生产，它的耐高温性能、硬度等性能都有了很大的提高。为了更好地推动我国的工业生产和经济发展，我国的经济发展将面临着巨大的挑战。企业技术人员应继续加大研究力度，使其具有更广泛的应用前景。1.2国外研究现状近年来，人们对聚合物/Al2O3NCS的制备进行了大量的研究。Al2O3纳米粒子在聚合物基质中的分散程度以及与聚合物基质的接触及相互作用，是提高纳米粒子的能力的重要因素。但是，近数十年来，由于聚合物和纳米金属氧化物填料的分散程度不高，且其填充物与高聚物氧化物间的接触界面较差，使其成为强化材料的性能大大受限。与此相反，采用微米级的填充剂，粒子可以在基体内均匀地分散，并分离出不同的粒子。已知纳米颗粒有以下几点局限性：（1）其亲水性表面的化学活性高，（2）其比表面积高（每单位物质的总表面积）所以，表面能很高，所以他们往往会聚集在一起，以使表面能最小化。为了解决上述问题，我们必须研制出一种能使聚合NP最少的表面涂料。这些方法包括对含极性功能基团的表面活性剂分子进行接枝或包覆，从而减少羟基的表面张力。这样，在微粒的表面上，只要有一条有机分子被吸附或结合，就会阻碍两种微粒间的氧桥键的生成与凝聚。纳米粒子的表面修饰是为了稳定和控制其生长，改善其在各种情况下的增溶、回收性能和物理化学性能，以方便实际的应用。Al2O3纳米颗粒的表面修饰技术有以下几种。通过对Al2O3纳米粒子表面官能团的共价键进行化学功能性化，可以改善其分散的稳定性。硅烷偶联剂是一类含有氰基、羧酸和环氧基的有机化合物。此外，还探讨了其它处理Al2O3纳米粒子的方法。除上述聚合物的应用之外，还研制出多种聚合酸和它们的盐等离子体表面活性剂以分散Al2O3纳米粒子。比如，Boumed等研究人员利用聚电解质偶联剂PMMA对氧化铝进行了改性，发现添加PMMA能使Al2O3悬浮物在静电荷作用下得到稳定。此外，还报告了原位表面修饰（在纳米晶体生长中进行表面修饰）技术。通过对Al2O3纳米粒子表面官能团的共价键进行化学功能性化，可以改善其分散的稳定性。硅烷偶联剂是一类含有氰基、羧酸和环氧基的有机化合物。Konx和Pryde是第一批利用硅烷基团对氧化铝进行表面修饰的公司。在此基础上，采用硅烷偶联剂对其进行了表面修饰，从而改善了其与高分子基质的相容性，并使其具有更好的力学性能。通过对Al2O3纳米颗粒进行接枝制得高分子材料，可以达到共价化的目的。该工艺提高了有机和无机材料的化学功能，并对其表面形貌进行了优化。结果表明，在不同的条件下，不同的表面活性剂的分子量、纳米氧化铝粉的粒度都会对吸附性能产生明显的影响。Kakui等对Al2O3/酒精悬浊液的粘度进行了研究，结果表明，在一定的固相浓度下，Al2O3纳米粒子的粒度和支化聚乙烯（PEI）的分子量对其粘度的影响。研究发现，在分子量为10000的情况下，颗粒的粘度明显下降；在分子量为1800时，7纳米氧化铝颗粒的粘度最小。当固体质量分数达到数十微米时，平均表面距离显著降低。2纳米氧化铝的制备方法2.1固相法2.1.1机械球磨法研磨机是一种以高岭土为原料，在没有外界热能的情况下，用机械研磨机对不同类型的高岭土进行研磨，再用有机酸洗法将金属中的氧化铁等杂质迅速磨碎。目前广泛采用的是高效的振动式、球磨机、振动式混合式、超声波式振动式粉碎机。该方法操作简单，成本低。但这种粉体的粒度分布不均匀，对噪声和环境造成严重的影响。2.1.2化学热解法(1)硫酸铝铵热解法第一步，将氢氧化铝用硫酸钠溶解，制得盐水，再加水，再加硫酸铵，氢氧化铝（铵矾）。然后，按原料的化学、纯度，将硫酸铝铵经过多次复合、结晶，得到一种经过高温处理的硫酸铝铵，在高温下加热、分解。该工艺已得到了广泛的使用，是国内目前最常用的高纯度纳米氧化铝生产技术。其装置更简单，操作更轻松。但是，由于其在高温下分解，会直接释放出有毒的SO3、放射性气体，并对环境造成严重的污染。(2)碳酸铝铵热分解法(AACH热分解法)本方法对氨酸钠的热解工艺进行了改良。将旧的碱式甲基硫酸氢铵加热后，将其与之发生化学反应，形成新的碱式甲基碳酸氢铵，再经化学沉淀，经陈化、过滤、洗涤、干燥，最后将高纯度的碱式碳酸铝铵焙烧，以得到α-Al2O3。碱法碳酸铝铵的焙烧工艺为：碱式碳酸铝铵→不定形Al2O3→γ-Al2O3→α-Al2O3。(3)喷雾热解法喷雾热解法是在高温环境下，以雾状喷射金属盐，使其水分蒸发，使金属盐发生热分解，沉淀为固体，可直接使用纳米氧化铝陶瓷粉末。该工艺的最大缺点是工艺复杂，在热分解过程中会产生腐蚀性气体，难以控制颗粒大小和形状。2.2液相法2.2.1沉淀法沉淀法是一种常用的沉淀法，它是一种特殊的沉淀法，它可以将不同的物质和不同的金属离子混合在一起，然后用水冲滤、洗涤、干燥等工艺来实现。(1)铝和硝酸铝+铝和碳酸铵复合体系以铝和硝酸铝体系为主要合成原料，宋晓岚等以铝和碳酸铵体系为主要原料沉淀催化剂，通过在水中快速加入少量的金属表面化学活性剂，将其分解获得一种前驱体，经过多次高温高压热处理后也就可以制得到一种高纯活性剂和γ型态的纳米金属氧化铝研究制造设备后经生产后得出一种粒径大小厚度不得大于100nm的纳米氧化铝结晶粉末。(2)硫酸铝铵+碳酸氢铵体系将（NH4)2CO3作为主要沉淀剂，采用新型高分子离心剂，通过沉淀法合成了一种新型的纳米氧化铝粉末。它是一种具有5-6nm的粒径范围的球状纳米氧化铝结晶粉末。(3)无机盐+尿素均相沉淀体系以活性氯化铝(AlCl3·6H2O)和氯化氨水(NH4OH)产物为主要研磨原料，采用快速、高强度的化学机械研磨混合液相化学沉淀研磨方法在各种室温、常压下进行研磨配制出一个小粒径(厚度平均2nm)的透明无色稳定型活性氢氧化铝结晶纳米粉体。经9O0℃的高温焙烧，获得多相离子共存的一种纳米级二氧化铝。2.2.2溶胶-凝胶法该工艺已广泛应用于纳米氧化剂的制备与加工。采用无机铝盐或铝醇盐进行水解聚合，得到一种均一的氢氧化铝溶胶，经干燥、浓缩、稳定后，将其置于膜内，经不同加热处理环境的高温烘烤，可以得到具有不同晶体结构的纳米氧化铝。在溶胶固化过程中，溶液pH值、相应浓度、温度和反应时间是影响溶胶固化过程的主要因素。通过改变生产工艺，可以制备出具有较小颗粒尺寸和较窄分布的纳米材料，并能根据工艺条件获得多种形状的产品。2.2.3微乳液法这种控制方法的基本原则是，通过将两种不同的乳状溶液中的一种进行微量的混合，分散到另一种液体中，最后形成一种乳状液，并利用乳状液的微量液体的滴注形式，将其用作微分子反应器，从而控制不同的乳状粒子的外观形状、粒度、结构和化学成分。其应用领域包括：制备微细纳米乳液的混合系统、氢氧化铝聚酯的制备、制备和两种复合系统。在搅拌和混合后，先用大量的超声波快速搅拌，形成一种微纳米型的、透明的乳状物，在高速搅拌的同时，迅速加入大量的氨气，使其具有极高的吸收性。整个生产过程要经过长时间的严密监控，很难在现代工业中实现。2.2.4水热合成法该技术是一种将无机或有活性的有机物与水在100~350℃之间的高温高压下发生化学反应，并以不同的方式发生化学反应。通过脱水、过滤、洗涤、干燥等方法，可以制备出一种新型的纳米无机材料。2.2.5相转移分离法该方法的固体制粒法的基本原则是：先从纳米空气中迅速转移到纳米油相中，然后将其压缩脱水，在纳米油相涂料上加热，使溶解物在高温下被加热，从而得到纳米氢氧化铝。2.3气相法2.3.1化学气相沉积法在这种情况下，A1C13溶液会产生一个非常高的电压，该电压可以很好地避开电子热力学，而且可以准确地计算出它的温度，它会与大量的氧气体发生反应，从而产生大量的惰性结晶。在高温下，这些细小的晶体会不断的熔化，最终变成细小的粒子；当热风逐渐向某些低温干燥区域流动时，粒子会慢慢融化、长大，晶核的聚集和融化后的移动也会随之而止；最终，在一年的时间里，将会在物料收集室中形成晶体粉末。2.3.2激光诱导气相沉积法一种由霓虹灯、砷、氙气组成的激光器驱动的仪器，它可以向一种叫做“电子转动”的单元提供一定的能量和频率，然后把它集中到一个铝制的靶子上，通过加热使其融化，变成铝制的靶材。本发明是一种大规模的热-催化工艺，它主要用于对化学反应进行加热的大规模的激光加工，需要在较高的温度下进行快速的加热，而在较高的温度下，反应的气体不会停留在较高的温度下进行加热，从而可以快速地进行反应，并且在反应之前和在加热期间，由原料和其它各种化学反应气体直接加热，从而减少了反应过程中的空气污染。2.3.3等离子气相合成法这些方法大致可分为：直流电、高频、高频电弧、高频电弧处理、高频电弧法和复合高频电弧处理。直流电弧等离子化过程中，电弧之间的温度较高，使电极发生熔融和汽化。高频等离子体法存在着能源利用率低下、反应产品化学稳定性差等问题。复合直流等离子法的主要特点是将上述两种工艺技术进行交互结合，使得系统在生产过程中无需再采用直流电弧，从而避免了由于电极主体中的化学成分被迅速溶解或加热蒸发而导致的其它化学杂质直接从产品中导入；同时，直流、高频等离子体的直流电弧和光束也能有效地避免由于其它电子材料的直接腐蚀和其它材料的直接撞击而对该系统的元件产生直接的影响，因此，可以使该制造系统具有较好的纯度、制备率和处理运行效率。3纳米氧化铝的应用3.1陶瓷材料就当下来看，氧化陶瓷材料的综合利用性能主要表现在化学平衡、稳定性、机械性能和耐热性能等方面，是当今陶瓷材料中应用最广泛的纳米级氧化铅材料，它可以提高陶瓷材料的初始性、增强陶瓷材料的韧性、提高陶瓷材料超强塑性、改善陶瓷材料的多种性能。人们尤其需要注意的是，在纳米氧化陶瓷制品中，具有较低的烧结温度、高初性以及高强度的特性。何佳等研究人员较系统地研究了纳米氧化铅陶瓷的制备技术，并将其与其它传统的纳米氧化铅陶瓷的工艺及方法进行了比较。赵军等采用不同掺量的纳米氧化锅，对氧化剂的机械性能进行了实验研究。3.2材料表面防护具有优异特性的表面保护涂层纳米材料是一种新型的、轻盈的、透明的、具有良好的表面强度、耐腐蚀性和耐磨损的特性，可以直接喷涂在具有良好弹性的合金、金属、陶瓷和其他塑料表面上，大大提高和改进了表面的强度、耐腐蚀性和耐磨性能，同时还可以增强对空气、土壤和水的特殊防护效果。在代工生产中，由于管道易腐蚀，零件不易磨损，会直接造成设备的使用寿命减少，从而影响到产品的加工精度。纳米氧化釜在化工行业中的各种管道设备、机械设备、工具等的表面防护中得到了广泛的应用。3.3聚合物改性利用一种新型的金属氧化物对多晶石锰酸锂电池进行了多层包覆放电改性，发现在高速充电和放电周期中，电池的容量有较小的下降，只有0.06%/次的效率。利用高温静电催化溶液激光喷涂工艺，经过热水浸泡和烘焙，可以获得光触媒。这种化学催化剂不但能使其在溶液中起到很好的脱色作用，而且能使它在溶液中的循环稳定性非常好。以九十二水基复合物硝酸铝为原料，在200℃的水热催化下，分别研制了一种新型的氧化铝激光纳米线和一氧化纳米激光器。实验结果表明：用发光二极管作激光光源，在ph=9的情况下，在90分钟内完全被吸收，并进行了光分解。3.4复合材料纳米三氧化二铝是一种具有高度分散性的纳米二氧化铝，它可以用作薄膜的助流剂。它还被广泛地用于各类高质量的喷墨印刷纸的涂料，在工业上为各类塑料印刷纸提供了崇尚光泽、优良的喷墨印刷纸质量。提高了水性涂层的热传导和耐磨性能；在粉状涂层中能促进液体的流动，增加喷粉时的作用；在卷材复合物中，它是一种广泛应用于涂层的热传导和抗紫外线辐射的保护剂；并可提高涂层粉末的导电率。通过使用不同的静电摩擦传感器或引擎来实现粉末涂层的快速施工，可以极大地加快施工粉末涂层的流动性，增加其整体正电荷携带和负电性，还因此使它可以大大小幅度地成为改善施工粉末涂料所需要采用的各种静电传感摩擦施工方法而用来快速进行粉末施工或提高涂层的流动特性。3.5吸附材料通过实验，研究了改性后的活性氧化铝在脱甲醛活性剂中的作用，发现其对空气的净化效果要比活性碳好得多。氧化铝原料来源广泛、价格低廉、工艺方法简便，因此能够大规模地用于甲醛的脱除。采用悬浮粒子浸渍法将氧化铝分散液浸渍于微孔陶瓷基质上，通过烧结，可以得到一种新型的超滤膜。而Al2O3纳米粒子的应用，则侧重于催化剂的萃取和去除，另外，Al2O3NP还具有作为膜过滤和层析的功能，可以将不同的材料进行分离。除传统的分离技术用于化合物的分离之外，膜过滤由于其在节能、运行成本和环保等方面具有潜在的应用前景而备受关注。为了改善膜的选择性，将单分子筛（3-氨基丙基）三乙氧基硅烷接枝到氧化铝奈米纤维上。以此为基础，利用硅烷接枝法制备了含纤维素的残渣和纤维素酶。另外，在HPLC中，一种修饰过的氧化铝作为支持物，用于化学键合固定相。4结语纳米材料是新世纪以来我国科技创新与应用领域中最具有创新性的高科技材料。相比于一般的非金属氧化铝材料，纳米级的氧化铝材料具有优异的耐热、耐蚀性、硬度等优异的化学特性。在国内目前的工业市场中，纳米纤维氧化铝仍有很大的市场空间，它对我国今后的产品制造业的发展将产生重大的战略影响。对两种二甲基纳米基二氧化铝的生产、应用及其优点进行了较为详尽的介绍。纳米金属氧化铝具有较小的粒径和较小的表面积，并具有极高的不同催化活性，与其它常见的金属相比，其在化学和天然的化学特性上有着很大的不同。我们现在使用的纳米陶瓷材料，都是用耐酸碱腐蚀的普通纳米材料制作而成，而不是用水来制作，因为它们非常脆弱，如果将其他的纳米材料加入到水里，那么它们的柔韧性和强度将会大大提升。现在，我们常常将很多新型的纳米陶瓷材料加入到精密的纳米陶瓷加工工具中。由于其表面体积较大，其技术优势使得其在化学上得到了广泛的应用。纳米材料在全球范围内具有独特的纳米作用，为全球许多产业、如环境、资源、经济、能源、电子、资讯等领域提供了无限的商机与挑战。纳米氧化铝在国内市场中仍有巨大的市场空间，它将为今后产品制造业的优势和迅速发展提供巨大的价值。参考文献[1]ShiraiT,WatanabeH,FujiM,TakahashiM.StructuralPropertiesandSurfaceCharacteristi