專利名稱：一種制備莫來石納米線的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備納米線的方法，更具體地說，涉及一種制備莫來石納米線的
方法。
背景技術(shù)：
—維納米結(jié)構(gòu)的材料，包括納米管、納米棒、納米線和納米帶等，因?yàn)槠湓诠怆娂{ 米裝置、生物材料、納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的應(yīng)用引起了廣泛關(guān)注。相比于傳統(tǒng)大尺寸的晶須或 團(tuán)聚體，一維納米材料由于其單晶體的特殊結(jié)構(gòu)而有更高的彈性模量和強(qiáng)度。因此一維納 米材料被認(rèn)為是更有效的增強(qiáng)材料。另外，由于納米尺寸效應(yīng)影響原本寬帶隙半導(dǎo)體的能 帶結(jié)構(gòu)，使一維納米材料產(chǎn)生特異的光學(xué)和電學(xué)性能。如在室溫下能夠發(fā)射紫外線波段的 熒光和高溫半導(dǎo)體導(dǎo)電性能等。 莫來石材料化學(xué)穩(wěn)定性好(Al203_Si02 二元體系內(nèi)唯一穩(wěn)定化合物)，高熔點(diǎn) (1890°C )，優(yōu)異高溫力學(xué)性能(130(TC強(qiáng)度不降低)，良好的高溫抗蠕變性能，在高溫 結(jié)構(gòu)陶瓷作為基體或補(bǔ)強(qiáng)材料有著重要的應(yīng)用。同時(shí)莫來石材料具有低的熱膨脹系數(shù) (4. 5X10-6K—0，低的熱導(dǎo)率(0.06Wcm—t"，低的介電損耗(e 7)，使其在電子封裝，基 板材料以及熱防護(hù)材料有著廣泛的應(yīng)用前景。此外，有研究報(bào)道莫來石納米線具有很強(qiáng)的 光致發(fā)光特性，可作為發(fā)光二極管材料，應(yīng)用于高溫高輻射下的顯示器件。
現(xiàn)有制備一維納米莫來石材料的方法由于原料毒性，工藝復(fù)雜，流程不易控制，多 停留在實(shí)驗(yàn)室研究階段，限制了其大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，難以滿足其在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種制備莫來石納米線的方法，其制備方法原料價(jià)格低 廉，工藝簡單，流程易于控制，制備的莫來石納米線粒徑分布均勻，分散程度高，尺寸滿足一 維納米材料的要求。 本發(fā)明的一種制備莫來石納米線的方法，按照下述步驟進(jìn)行 (1)將原料進(jìn)行球磨，獲得混合均勻的粉料；所述原料按照重量百分比由31-32% 的無水硫酸鋁、3_6%的二氧化硅、0. 2-1. 5%的三氧化二硼和62-65%的無水硫酸鈉組成； [OOOS] (2)將步驟(1)制得的均勻粉料在900-1050。C下保溫3-6h ; (3)隨爐自然冷卻至室溫后，水洗，然后對所得產(chǎn)物進(jìn)行氫氟酸酸洗，烘干即得莫 來石納米線。 在本發(fā)明的步驟(1)中，所述原料按照重量百分比由31.5_32%的無水硫酸鋁、
3. 7-5. 5%的二氧化硅、0. 5-1. 1%的三氧化二硼和62. 3-64. 5%的無水硫酸鈉組成。 在本發(fā)明的步驟(1)中，所述的二氧化硅為無定形二氧化硅或者結(jié)晶二氧化硅。 在本發(fā)明的步驟(1)中，所述球磨利用高純氧化鋯球進(jìn)行干磨。 在本發(fā)明的步驟(1)中，所述球磨獲得的均勻粉料為200-500目。 在本發(fā)明的步驟(2)中，將步驟(1)制得的均勻粉料在950-100(TC下保溫5-6h。
現(xiàn)有技術(shù)熔鹽法是一種合成莫來石晶須的方法，具有粒徑分布均勻，分散程度高， 長徑比高的優(yōu)點(diǎn)，但合成出的莫來石晶須多為束狀。在本發(fā)明的技術(shù)方案中，對熔鹽法配料 分別進(jìn)行三氧化二硼的摻雜，進(jìn)而制備莫來石納米線。利用鹽類在高溫下形成的熔體有利 于晶體的異向生長，合成按照特定方向生長的晶體。在加熱過程中硫酸鋁首先與硫酸鈉形 成二元系熔體液相，隨著溫度升高，硫酸鋁分解并與二氧化硅發(fā)生如下反應(yīng)
3Al2(S04)3+2Si02 = 3A1203 2Si02+9S03 此反應(yīng)過程中生成的莫來石在硫酸鈉高溫熔體中達(dá)到一定飽和度后析出形核。 8203的添加，降低了二氧化硅(尤其是無定形二氧化硅)在高溫下的黏度，使其能夠與硫酸 鋁在硫酸鈉高溫熔體充分接觸，有利于莫來石晶核的形成，從而形成了莫來石納米線。并 且由于黏度的降低，有利于莫來石晶核在熔體提供的液相環(huán)境下按照其晶體生長慣習(xí)面生 長，形成的莫來石納米線形貌良好。 本發(fā)明的技術(shù)方案原料價(jià)格低廉，工藝簡單，流程易于控制，對熔鹽法原有工藝進(jìn) 行改進(jìn)，通過8203的摻雜，在保留熔鹽法合成的莫來石晶須分散程度高、粒徑分布均勻、長 徑比高的優(yōu)點(diǎn)基礎(chǔ)上，獲得了形貌良好的莫來石納米線，具有良好的一維納米結(jié)構(gòu)，具有納 米材料的一般效應(yīng)，滿足在結(jié)構(gòu)、功能材料領(lǐng)域的各種要求。如說明書附圖l-3所示，X射線 衍射譜圖(XRD)表明所得產(chǎn)物為莫來石。掃描電子顯微鏡照片(SEM)顯示，生成的莫來石 納米線分散良好，長約為lPm、直徑約為30-50nm，長徑比達(dá)到20-30。透射電鏡照片(TEM) 顯示，莫來石納米線形狀筆直，表面完整、光滑、無缺陷，為單晶結(jié)構(gòu)。


圖1是利用本發(fā)明的方法制備的莫來石納米線的掃描電子顯微鏡照片(SEM)。
圖2是利用本發(fā)明的方法制備的莫來石納米線的透射電子顯微鏡照片(TEM)。
圖3是利用本發(fā)明的方法制備的莫來石納米線的X射線衍射譜線(XRD)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
實(shí)施例1 采用無水硫酸鋁3. 11g、無定形二氧化硅0. 55g、三氧化二硼0. 11g、無水硫酸鈉 6.23g，以高純氧化鋯球機(jī)械球磨4h，獲得混合均勻的粉料。獲得的粉料過200目篩，在 105(TC下保溫6h，熔燒后的粉料隨爐冷卻至室溫。所得產(chǎn)物用水反復(fù)沖洗、過濾，除去產(chǎn)物 中的硫酸鈉，直至用硝酸鋇溶液滴定不再出現(xiàn)沉淀為止，對所得產(chǎn)物進(jìn)行氫氟酸酸洗處理， 隨后在IO(TC下干燥。
實(shí)施例2 采用無水硫酸鋁3. 2g、無定形二氧化硅0. 37g、三氧化二硼0. 02g、無水硫酸鈉 6.41g，以高純氧化鋯球機(jī)械球磨5h，獲得混合均勻的粉料。獲得的粉料過400目篩，在 90(TC下保溫3h，熔燒后的粉料隨爐冷卻至室溫。所得產(chǎn)物用水反復(fù)沖洗、過濾，除去產(chǎn)物中 的硫酸鈉，直至用硝酸鋇溶液滴定不再出現(xiàn)沉淀為止，對所得產(chǎn)物進(jìn)行氫氟酸酸洗處理，隨 后在IO(TC下干燥。
實(shí)施例3
4
采用無水硫酸鋁3. 15g、無定形二氧化硅0. 42g、三氧化二硼0. 08g、無水硫酸鈉 6.35g，以高純氧化鋯球機(jī)械球磨4h，獲得混合均勻的粉料。獲得的粉料過500目篩，在 95(TC下保溫4h，熔燒后的粉料隨爐冷卻至室溫。所得產(chǎn)物用水反復(fù)沖洗、過濾，除去產(chǎn)物中 的硫酸鈉，直至用硝酸鋇溶液滴定不再出現(xiàn)沉淀為止，對所得產(chǎn)物進(jìn)行氫氟酸酸洗處理，隨 后在IO(TC下干燥。
實(shí)施例4 采用無水硫酸鋁3. lg、結(jié)晶二氧化硅0. 45g、三氧化二硼0. 05g、無水硫酸鈉6. 4g， 以高純氧化鋯球機(jī)械球磨6h，獲得混合均勻的粉料。獲得的粉料過500目篩，在95(TC下保 溫4h，熔燒后的粉料隨爐冷卻至室溫。所得產(chǎn)物用水反復(fù)沖洗、過濾，除去產(chǎn)物中的硫酸鈉， 直至用硝酸鋇溶液滴定不再出現(xiàn)沉淀為止，對所得產(chǎn)物進(jìn)行氫氟酸酸洗處理，隨后在IO(TC 下干燥。 實(shí)施例5 采用無水硫酸鋁3. 15g、結(jié)晶二氧化硅0. 3g、三氧化二硼0. 15g、無水硫酸鈉6. 4g， 以高純氧化鋯球機(jī)械球磨4h，獲得混合均勻的粉料。獲得的粉料過400目篩，在100(TC下 保溫5. 5h，熔燒后的粉料隨爐冷卻至室溫。所得產(chǎn)物用水反復(fù)沖洗、過濾，除去產(chǎn)物中的硫 酸鈉，直至用硝酸鋇溶液滴定不再出現(xiàn)沉淀為止，對所得產(chǎn)物進(jìn)行氫氟酸酸洗處理，隨后在 IO(TC下干燥。
實(shí)施例6 采用無水硫酸鋁3. 18g、無定形二氧化硅0. 6g、三氧化二硼0. 02g、無水硫酸鈉 6.2g，以高純氧化鋯球機(jī)械球磨4h，獲得混合均勻的粉料。獲得的粉料過500目篩，在 103(TC下保溫3. 5h，熔燒后的粉料隨爐冷卻至室溫。所得產(chǎn)物用水反復(fù)沖洗、過濾，除去產(chǎn) 物中的硫酸鈉，直至用硝酸鋇溶液滴定不再出現(xiàn)沉淀為止，對所得產(chǎn)物進(jìn)行氫氟酸酸洗處 理，隨后在IO(TC下干燥。
實(shí)施例7 采用無水硫酸鋁3. 2g、結(jié)晶二氧化硅0. 58g、三氧化二硼0. 02g、無水硫酸鈉6. 2g， 以高純氧化鋯球機(jī)械球磨4h，獲得混合均勻的粉料。獲得的粉料過500目篩，在90(TC下保 溫6h，熔燒后的粉料隨爐冷卻至室溫。所得產(chǎn)物用水反復(fù)沖洗、過濾，除去產(chǎn)物中的硫酸鈉， 直至用硝酸鋇溶液滴定不再出現(xiàn)沉淀為止，對所得產(chǎn)物進(jìn)行氫氟酸酸洗處理，隨后在IO(TC 下干燥。 實(shí)施例8 采用無水硫酸鋁3. 18g、結(jié)晶二氧化硅0. 3g、三氧化二硼0. 08g、無水硫酸鈉 6.35g，機(jī)械球磨4h，獲得混合均勻的粉料。獲得的粉料過500目篩，在95(TC加熱并保溫 5h，熔燒后的粉料隨爐冷卻至室溫。所得產(chǎn)物用水反復(fù)沖洗、過濾，除去產(chǎn)物中的硫酸鈉，直 至用硝酸鋇溶液滴定不再出現(xiàn)沉淀為止，對所得產(chǎn)物進(jìn)行氫氟酸酸洗處理，隨后在IO(TC下 干燥。 實(shí)施例9 采用無水硫酸鋁3. 15g、結(jié)晶二氧化硅0. 3g、三氧化二硼0. 05g、無水硫酸鈉6. 5g， 以高純氧化鋯球機(jī)械球磨6h，獲得混合均勻的粉料。獲得的粉料過500目篩，在98(TC加熱 并保溫5h，熔燒后的粉料隨爐冷卻至室溫。所得產(chǎn)物用水反復(fù)沖洗、過濾，除去產(chǎn)物中的硫酸鈉，直至用硝酸鋇溶液滴定不再出現(xiàn)沉淀為止，對所得產(chǎn)物進(jìn)行氫氟酸酸洗處理，隨后在
IO(TC下干燥。 實(shí)施例10 采用無水硫酸鋁3. 15g、無定形二氧化硅0. 3g、三氧化二硼0. lg、無水硫酸鈉 6.45g，機(jī)械球磨4h，獲得混合均勻的粉料。獲得的粉料過500目篩，在95(TC加熱并保溫 4h，熔燒后的粉料隨爐冷卻至室溫。所得產(chǎn)物用水反復(fù)沖洗、過濾，除去產(chǎn)物中的硫酸鈉，直 至用硝酸鋇溶液滴定不再出現(xiàn)沉淀為止，對所得產(chǎn)物進(jìn)行氫氟酸酸洗處理，隨后在IO(TC下 干燥。 以上對本發(fā)明做了示例性的描述，應(yīng)該說明的是，在不脫離本發(fā)明的核心的情況 下，任何簡單的變形、修改或者其他本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠不花費(fèi)創(chuàng)造性勞動(dòng)的等同替換均 落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種制備莫來石納米線的方法，其特征在于，按照下述步驟進(jìn)行(1)將原料進(jìn)行球磨，獲得混合均勻的粉料；所述原料按照重量百分比由31-32％的無水硫酸鋁、3-6％的二氧化硅、0.2-1.5％的三氧化二硼和62-65％的無水硫酸鈉組成；(2)將步驟(1)制得的均勻粉料在900-1050℃下保溫3-6h；(3)隨爐自然冷卻至室溫后，水洗，然后對所得產(chǎn)物進(jìn)行氫氟酸酸洗，烘干即得莫來石納米線。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種制備莫來石納米線的方法，其特征在于，在步驟(1)中， 所述原料按照重量百分比由31. 5-32%的無水硫酸鋁、3. 7-5. 5%的二氧化硅、0. 5-1. 1%的 三氧化二硼和62. 3-64. 5%的無水硫酸鈉組成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種制備莫來石納米線的方法，其特征在于，在步驟(1) 中，所述二氧化硅為無定形二氧化硅或者結(jié)晶二氧化硅。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種制備莫來石納米線的方法，其特征在于，在步驟(1)中， 所述球磨利用高純氧化鋯球進(jìn)行干磨。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種制備莫來石納米線的方法，其特征在于，在步驟(1) 中，所述球磨獲得的均勻粉料為200-500目。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種制備莫來石納米線的方法，其特征在于，在步驟(2) 中，將步驟(1)制得的均勻粉料在950-100(TC下保溫5-6h。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備莫來石納米線的方法，按照下述步驟進(jìn)行(1)將原料進(jìn)行球磨，獲得混合均勻的粉料；所述原料按照重量百分比由31-32％的無水硫酸鋁、3-6％的二氧化硅、0.2-1.5％的三氧化二硼和62-65％的無水硫酸鈉組成；(2)將步驟(1)制得的均勻粉料加熱到900-1050℃，保溫3-6h；(3)冷卻至室溫后，水洗，然后對所得產(chǎn)物進(jìn)行酸洗，烘干。其制備方法原料價(jià)格低廉，工藝簡單，流程易于控制，制備的莫來石納米線粒徑分布均勻，分散程度高，尺寸滿足一維納米材料的要求。
文檔編號C01B33/26GK101767793SQ20101003138
公開日2010年7月7日 申請日期2010年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月19日
發(fā)明者劉家臣, 張鵬宇, 李莎, 許睿, 賈啟輝 申請人:天津大學(xué)