一種制備金屬氧化物微納米粉體的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超細(xì)Cr2O3和Al2O3粉體的制備方法，屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬氧化物微納米粒子具有量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)等納米效應(yīng),且具有潛在的熱力學(xué)、化學(xué)、電學(xué)及催化性能以及耐腐蝕、耐高溫、高硬度、抗磨損、抗氧化等物理化學(xué)性能，已在電子工業(yè)、化學(xué)化工、精密陶瓷、醫(yī)藥、遠(yuǎn)紅外材料、顏料及涂料添加劑及光學(xué)材料等方面得到了廣泛的應(yīng)用。氧化鉻又名氧化鉻綠，是鉻鹽的四大產(chǎn)品之一，屬于三方晶系，六方晶胞，軸比為4.473。氧化鉻是一種用途很廣泛的功能材料，而納米氧化鉻材料由于其具有特殊的性能用途更加廣泛。氧化鋁微納米粒子在工業(yè)上作為熱阻材料、研磨粒子、涂層/超級(jí)磨料、切割材料以及先進(jìn)陶瓷等。納米氧化鋁粉體最重要的的新用途之一是其催化性能。有孔隙的α晶型Al2O3納米粉體也用作催化劑載體/微孔濾膜以及濕度傳感器。這主要是由于納米材料比表面積較大。此外，超細(xì)研磨粒子在納米加工及納米探針中都有新的應(yīng)用。
[0003]傳統(tǒng)制備氧化鋁納米粉體的方法兩大類:1、以碳酸鋁錠或硫酸鋁按為原料的熱解法；2、以含鋁無機(jī)鹽和堿為原料的水溶液沉淀法。然而納米氧化鉻的制備方法有三種，1、固相法:把金屬氧化物或金屬鹽按配方充分混合，研磨后煅燒，發(fā)生固相反應(yīng)后直接得到氧化鉻超細(xì)粉體。張西軍等采用固相反應(yīng)法，以鉻酸酐熱分解制備Cr2O3工藝為基礎(chǔ)，制備出平均粒徑為200nm、分散性良好的Cr2O3顆粒。2、液相法:主要包括微乳液法、超臨界流體脫溶法、沉淀法、水熱法等。水熱法是指在密封的壓力容器中，以水或者乙醇為溶劑，在高壓反應(yīng)釜中合成，再經(jīng)過洗滌干燥得到納米粒子的一種方法。張鵬等采用水熱還原、法水熱合成法和溶劑熱還原法等工藝制備了不同顆粒尺寸的氧化鉻納米顆粒。3、氣相法:熊小濤等以高純氬氣為工作氣體，采用射頻反應(yīng)磁控濺射制備Cr2O3薄膜，制得的Cr2O3薄膜晶粒大小隨氧氣流量的減小而減小，當(dāng)氧氣流量為0.8cm3/min時(shí)，晶粒尺寸為lOOnm。但上述這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，例如效率低、耗能大、易引入雜質(zhì)、顆粒易團(tuán)聚、過程復(fù)雜等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是開發(fā)一種操作簡(jiǎn)單、實(shí)驗(yàn)過程重復(fù)性良好的超細(xì)Cr2O3和Al2O3粉體的制備方法，可以克服現(xiàn)有方法所存在的非晶或晶型較差、工藝復(fù)雜、條件苛刻等缺點(diǎn)。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]一種制備金屬氧化物微納米粉體的方法，所述的納米粉體為Cr2O3或Al2O3,包括以下步驟:
[0007]1、混合液的調(diào)配
[0008]將配位體和分散劑聚乙烯吡咯烷酮置于金屬硝酸鹽水溶液中，配位體為丙烯酰胺、蔗糖、乳糖或淀粉中的任意一種，磁力攪拌至溶液完全變?yōu)槌吻澹?br>[0009]2、凝膠的形成
[0010]將上一步制備的溶液于干燥箱中干燥，直至形成蓬松的凝膠；
[0011]3、煅燒
[0012]將上一步的凝膠放于馬弗爐內(nèi)煅燒。
[0013]步驟I中所述的金屬硝酸鹽為Cr(NO3)3.9H20或Al (NO3)3.9H20,其溶液的摩爾濃度為0.05-0.8mol/L ;硝酸鹽與配位體的摩爾比為1:1-1:3 ;硝酸鹽與分散劑的摩爾比為1:0.1-1:2。
[0014]步驟2中所述的干燥溫度為150-200攝氏度，干燥時(shí)間為10_20小時(shí)。
[0015]步驟3中所述的煅燒溫度為600-1200K，煅燒時(shí)間為3_5小時(shí)，升溫速率為1K/min0
[0016]與現(xiàn)有的方法相比，本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于:
[0017](I)本發(fā)明采用是的配位分解法，該方法通過改變不同的反應(yīng)物(配位體的種類)、硝酸鋁與配位體的摩爾比、熱處理溫度和時(shí)間等因素可以很好地控制氧化鋁的晶型。
[0018](2)本方法生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，易于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，整個(gè)工藝不產(chǎn)生含鉻廢棄物，是一種對(duì)環(huán)境清潔友好的制備氧化鉻納米材料的方法。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中超細(xì)Al2O3粉體的XRD圖。
[0020]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中超細(xì)Al2O3粉體的SEM圖。
[0021]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中超細(xì)Al2O3粉體的EDS圖。
[0022]圖4為本發(fā)明實(shí)施例2中超細(xì)Al2O3粉體的XRD圖。
[0023]圖5:為本發(fā)明實(shí)施例3中超細(xì)Al2O3粉體的XRD圖。
[0024]圖6為本發(fā)明實(shí)施例4中納米Cr2O3粒子的XRD圖。
[0025]圖7為本發(fā)明實(shí)施例4中納米Cr2O3粒子的TEM圖。
[0026]圖8為本發(fā)明實(shí)施例5中納米Cr2O3粒子的XRD圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合實(shí)例和附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0028]實(shí)施例1:首先將3.7892g九水合硝酸鋁溶解在10mL的水中，然后稱取2.1540g丙烯酰胺加入上述溶液中，磁力攪拌，待丙烯酰胺完全溶解之后再向溶液中加入0.5550g分散劑聚乙烯吡咯烷酮，繼續(xù)攪拌直至分散劑完全溶解，將混合溶液在水浴條件下加熱I小時(shí)，再將溶液放于干燥箱中在150°C下干燥20小時(shí)，得到疏松多孔、不含水分的前驅(qū)體，然后將前驅(qū)體放于馬弗爐中煅燒，煅燒溫度為600K，控制馬弗爐的升溫速率為ΙΟΚ/min，煅燒時(shí)間為5小時(shí)。圖1為樣品的XRD圖，XRD圖上出現(xiàn)三個(gè)衍射峰，分別對(duì)應(yīng)Y-Al2O3的(311)、(400)和(440)晶面，表明產(chǎn)物為Y-Al2O3超細(xì)粉體粒。圖2是樣品的SEM圖，可以看出超細(xì)氧化鋁為片狀結(jié)構(gòu)，分散均勻。圖3是樣品的X射線能譜(EDS)分析結(jié)果，從圖3可以看出樣品表面除了 Al和O兩種元素以外，還含有少量的C，其來源為丙烯酰胺的高溫分解產(chǎn)物，且Al與O的原子比為1.718，與產(chǎn)物結(jié)論基本相符。
[0029]實(shí)施例2:將30.3136g九水合硝酸鋁溶解在10mL的水中，然后稱取5.7740g丙烯酰胺加入上述溶液中，磁力攪拌，待丙烯酰胺完全溶解之后再向溶液中加入0.8880g分散劑聚乙烯吡咯烷酮，繼續(xù)攪拌直至分散劑完全溶解，將混合溶液在水浴條件下加熱I小時(shí)，再將溶液放于干燥箱中在200°c下干燥10小時(shí)，得到疏松多孔、不含水分的前驅(qū)體，然后將前驅(qū)體放于馬弗爐中煅燒，煅燒溫度為1200K，控制馬弗爐的升溫速率為ΙΟΚ/min，煅燒時(shí)間3小時(shí)。圖4為樣品的XRD圖，經(jīng)過jade軟件分析可以推斷出產(chǎn)物為a -Al2O3超細(xì)粉體。
[0030]實(shí)施例3:將15.1568g九水合硝酸鋁溶解在10mL的水中，然后稱取27.3841g蔗糖加入上述溶液中，磁力攪拌，待蔗糖完全溶解之后再向溶液中加入0.8880g分散劑聚乙烯吡咯烷酮，繼續(xù)攪拌直至分散劑完全溶解，將混合溶液在水浴條件下加熱I小時(shí)，再將溶液放于干燥箱中在170°C下干燥15小時(shí)，得到疏松多孔、不含水分的凝膠，然后將凝膠放于馬弗爐中煅燒，煅燒溫度為800K，控制馬弗爐的升溫速率為ΙΟΚ/min，煅燒時(shí)間4小時(shí)。圖5為樣品的XRD圖，XRD圖上出現(xiàn)三個(gè)衍射峰，分別對(duì)應(yīng)Y -Al2O3的(311)、(400)和(440)晶面，表明產(chǎn)物為Y -Al2O3超細(xì)粉體粒。
[0031 ] 實(shí)施例4:將2.02g Cr (NO3) 3.9H20溶解在10mL的水中，然后稱取5.77g乳糖和
0.8900g聚乙烯吡咯烷酮加入Cr (NO3) 3溶液中，磁力攪拌直至完全溶解，得到淡綠色澄清溶液。將混合溶液在水浴條件下加熱I小時(shí)，再放入170°C的干燥箱內(nèi)干燥15小時(shí)，得到干凝膠。然后將凝膠放于馬弗爐中煅燒，煅燒溫度為600K，控制馬弗爐的升溫速率為10K/min，煅燒時(shí)間4小時(shí)。圖7為樣品的TEM圖，從圖中可以看出納米Cr2O3粒子的大小為20_40nm，且不團(tuán)聚，分散性良好。
[0032]實(shí)施例5:將4.04g Cr (NO3) 3.9H20溶解在10mL的水中，然后稱取1.6200g淀粉和1.1lOOg聚乙烯吡咯烷酮加入Cr(NO3)3溶液中，磁力攪拌直至完全溶解，得到淡綠色澄清溶液。將混合溶液在水浴條件下加熱I小時(shí)，再放入150°C的干燥箱內(nèi)干燥20小時(shí)，得到干凝膠。然后將凝膠放于馬弗爐中煅燒，煅燒溫度為650K，控制馬弗爐的升溫速率為1K/min,煅燒時(shí)間3時(shí)，得到納米Cr2O3粒子。圖8為樣品的XRD圖，經(jīng)過分析可知產(chǎn)物為Cr2O3納米晶。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種制備金屬氧化物微納米粉體的方法，其特征在于，所述的納米粉體為Cr2O3或Al2O3，制備步驟如下: 步驟1、混合液的調(diào)配 將配位體和分散劑聚乙烯吡咯烷酮置于金屬硝酸鹽水溶液中，配位體為丙烯酰胺、蔗糖、乳糖或淀粉中的任意一種，磁力攪拌至溶液完全變?yōu)槌吻澹? 步驟2、凝膠的形成 將上一步制備的溶液于干燥箱中干燥，直至形成蓬松的凝膠； 步驟3、煅燒 將上一步的凝膠放于馬弗爐內(nèi)煅燒。2.如權(quán)利要求1所述的制備金屬氧化物微納米粉體的方法，其特征在于，步驟I中所述的金屬硝酸鹽為Cr (NO3)3.9Η20或Al (NO3)3.9Η20，其水溶液的摩爾濃度為0.05-0.8mol/L ；金屬硝酸鹽與配位體的摩爾比為1:1-1:3 ;金屬硝酸鹽與分散劑的摩爾比為1:0.1-1:2。3.如權(quán)利要求1所述的制備金屬氧化物微納米粉體的方法，其特征在于，步驟2中所述的干燥溫度為150-200攝氏度,干燥時(shí)間為10-20小時(shí)。4.如權(quán)利要求1所述的制備金屬氧化物微納米粉體的方法，其特征在于，步驟3中所述的煅燒溫度為600-1200K，煅燒時(shí)間為3-5小時(shí)，升溫速率為10K/min。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種制備金屬氧化物微納米粉體的方法。該方法是將一定配比的硝酸鹽、配位劑和分散劑依次加入到100mL的水中，攪拌至完全溶解，再經(jīng)過干燥和煅燒處理，即可得到Cr2O3或Al2O3微納米粉體。制得的納米Cr2O3粒徑尺寸為20-40nm，且分散性良好。本方法與其它方法相比具有對(duì)氧化鋁晶型控制精準(zhǔn)、操作簡(jiǎn)單、初期反應(yīng)條件溫和而且實(shí)驗(yàn)過程中不出現(xiàn)對(duì)環(huán)境有影響的有毒氣體等一系列優(yōu)勢(shì)。制得的Cr2O3和Al2O3微納米粉體有望應(yīng)用于電子工業(yè)、窗口材料、化學(xué)化工、人工晶體、精密陶瓷等領(lǐng)域。
【IPC分類】B82Y40/00, C01G19/00, C01F17/00
【公開號(hào)】CN105565356
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410536106
【發(fā)明人】姜煒, 張朋, 李平云, 李鳳生, 王玉姣
【申請(qǐng)人】南京理工大學(xué)
【公開日】2016年5月11日
【申請(qǐng)日】2014年10月11日