纳米氧化铝的制备毕业论文

辽东学院2004商品检验专业毕业论文-1-第一章文献综述1.1关于纳米材料1.1.1什么是纳米材料目前，国际上将1～100纳米（1纳米＝10-3微米＝10-9米）范围内的微颗粒及其致密的聚集体，以及由纳米微晶所构成的材料，统称为纳米材料，包括金属、非金属、有机、无机和生物等多种粉末材料。纳米材料具有既不同于原子、分子，又具有不同于宏观物体的特殊性质，例如：所有的金属被细分到纳米微粒时，将失去绚丽的光彩而成为对太阳光几乎全吸收的黑体。利用此特性可进行高效光热转换，可用作微波、红外隐型材料、优良的催化剂等。无机非金属材料的光学性质亦随颗粒尺寸的减小而显著变化，例如硅片是不发光的，但纳米多孔硅却能发光；金属、玻璃与氧化物、半导体等纳米颗粒组成复合材料时，可以显著地改变力学、电学和光学性质，从而开拓新的研究与应用领域。物质到纳米级以后，具有常规粗晶粒材料不具备的奇异特性和反常特性，展现出引人注目的应用前景。如铜到纳米级就不导电，绝缘的SiO2晶体在20纳米时开始导电，高分子材料加入纳米材料制成的刃具，比金刚石制品还坚硬。目前世界上共有各种材料约百万种，其中自然材料约占1/5。纳米技术将给人类带来数10万种性能优异的材料。1.1.2纳米材料在工业中的应用1、纳米陶瓷材料陶瓷有许多优良的性能而获得广泛的应用。然而它又有性脆、烧结温度高等缺点，所以其应用受到一些限制。而纳米陶瓷材料则不同，现已证实，纳米陶瓷CaF2和TiO2在常温上具有很好的韧性和延展性能。它们在80℃～180℃范围内可产生约100%的塑性形变，而且烧结温度低，能在比大晶粒样品烧成温度低600℃的温度下烧出类似普通陶瓷硬度的产品。这些特性提供了对纳米陶瓷材料在常温或次高温下进行冷加工的可能性。如果在次高温下将纳米陶瓷颗粒加工成形，然后作表面退火处理，就可以使纳米陶瓷材料成为一种表面保持常规陶瓷材料的硬度和化学性，而内部毕业论文题目纳米氧化铝的制备刘莹仍具有纳米材料的延展性的高性能陶瓷。若在陶瓷制品中添加适量的纳米SiO2，其脆性可大大降低，而韧性可提高几倍至几十倍，光洁度也明显提高。纳米粒子的小尺寸效应和表面效应可使陶瓷在较低温度下烧制。纳米材料的低温烧制特性还被广泛用于涂漆陶瓷与陶瓷薄膜之间的焊接材料、陶瓷表面绘画、金属—陶瓷的低接合等方面。以人工合成的高纯度纳米粉末为原料可制备精细陶瓷材料。有些纳米陶瓷材料还具有能量转换、信息传递的功能。日本新技术事业团首创水热法生产纳米陶瓷材料。该方法是在高温高压有水的环境下使过氧氯化锆和氯化钇进行合成，并在沉淀中加入尿素。此法制得的粉末纯度达99.9%，平均直径在30纳米以内。用这种微粒烧结的材料具有高强度、高韧性和离子导电好的特性，可用来制造各种切削工具、模具和高级研磨材料等。２、粘合剂和密封胶粘合剂和密封胶是化学建材中的重要产品，使用范围很广。国外已将纳米材料——SiO2作为添加剂加入到粘合剂和密封胶中，使粘合剂的粘结效果和密封胶的密封性都大大提高。其作用机理是在纳米SiO2的表面包餐一层有机材料，使之具有亲水性，将它添加到密封胶中很快形成一种硅石结构，即由纳米SiO2小颗粒形成网络结构，抑制胶体流动，使固化速度加快，提高粘结效果。因其颗粒尺寸小，更增加了胶的密封性[14]。３、涂料在各类涂料中添加纳米SiO2可使其抗老化性能、光洁度及强度成倍地提高，涂料的质量和档次都得到升级。因纳米SiO2是一种抗紫外线辐射材料（即抗老化），又因其颗粒极微小，因而比表面积大，能在涂料干燥时很快形成网络结构，同时增强涂料的强度和光洁度[14]。４、新型塑料纳米粒子添加到塑料中去不仅起到补强作用，而且具有许多新的特性。纳米SiO2因其透光，粒度小，可使塑料变得致密，从而使塑料薄膜的透明度、强度和韧性、防水性都大大提高，因此可作为特殊用途的高级塑料薄膜[14]。５、有机玻璃在有机玻璃生产时加入表面经修饰的纳米SiO2，可使有机玻璃抗紫外线辐射能力增加并达到抗老化的目的。纳米Al2O3弥散到透明的玻璃中既不影响透明度又提高了高温冲击韧性[14]。６、功能纤维与新型橡胶以纳米SiO2和纳米TiO2经适当配比而成的复合粉体作为纤维的添加剂，可制得满足国防工业要求的抗紫外线辐射的功能纤维[20]。７、纳米复合材料在原子尺度的合金中，不同的化学组分被严格限制在与固态或熔融状态能辽东学院2004商品检验专业毕业论文-3-互溶的化学成分之间，而大多数化学组份的合金有很大的限制。但对于纳米固体，二元甚至多元的复合材料，可以把不同化学组分的超微颗粒压制成多晶固体，而不必考虑组成部分是否互熔。当然，这样获得的复合纳米相，不是原于尺度而是纳米尺度上的复合材料。但如果把颗粒做得更小，直至仅几个原子大小时，就可以将金属和陶瓷混合，把半导体材料和导电材料混合，制成性能独特的各种复合材料、例如：纳米复合多层膜在7——17GHZ频率范围内吸收电磁波的峰值高达14分贝，在10分贝水平的吸收频率宽为2GHZ。纳米合金颗粒光的反射率一般低于1%，粒度越小，吸收越强，利用这种特性，可以制造红外线检测元件、红外线吸收材料、隐形飞机上的雷达吸收材料等。８、纳米SiO2-ⅹ在陶瓷中的应用将纳米SiO2-ⅹ添加到常规Al2O3粉体中，研制出纳米复合陶瓷制品（如纳米复合陶瓷基片、陶瓷过滤网、陶瓷辊棒等），其硬度、耐磨性、韧性、光洁度、冷热疲劳等性能均大幅提高。例如专家们按莫来石组成的配方添加纳米SiO2-ⅹ后，发现在1550℃以下（低于SiO2——Al2O3最低共熔温度）全部转变成莫来石，并把骨科（较大颗粒的矿物）牢固地联结起来。纳米SiO2-ⅹ在不饱和聚酯树脂中的应用但与之相配套的纳米材料，有些还要依赖进口。针对玻璃钢制品的硬度较低、耐磨性较差等不足，专家们将纳米SiO2-ⅹ添加到胶衣树脂中，以增强玻璃钢制品的性能。国际市场纳米材料有些己进入工业应用阶段。德国、美国和日本已有纳米材料专业开发公司。日本是高新技术陶瓷应用研究、开发比较早的国家。日本和西欧生产陶瓷纳米材料的年总产值分别为71.5亿美元和15亿美元，年平均增长率分别为15.8%和18.9%。因为纳米材料具有特殊的性能，因此有良好的潜在市场[14]。我国也已建立了一些纳米材料专业生产厂，有的产品如铝粉已形成了生产规模，氧化铝、碳酸钙、氧化钛、氧化硅等材料已形成一定的生产规模。近年来我国引进了一批高新技术，进一步完善纳米材料生产过程中的不足。1.2关于荧光粉1.2.1荧光粉在世界范围的发展自GE公司的因曼博士（Inman）等1938年发明了实际应用的荧光灯到现在已有了55年的历史。虽然新型光源不断出现，但无论现在还是将来，荧光灯作为主要光源的地位都不会改变。正是由于生产技术的革新和因市场需求而开发出的新型荧光灯，确保了荧光灯的这一地位。而荧光粉技术的革新毕业论文题目纳米氧化铝的制备刘莹是开发新型荧光灯的关键[15]。随着荧光粉合成技术的不断成熟，对荧光粉的研究重点也从其光学特性逐渐转移到物理特性方面[16]。如：荧光粉的粒度及分布、颗粒形貌、比表面积等。随着等离子显示屏等高清晰度平板显示器的发展，对荧光粉的颗粒度、形貌等特性的要求日趋严格。这被认为是PDP用荧光粉的关键技术之一，相应的对荧光粉所用原料的要求也越来越高[3]。1.2.2荧光粉在我国的发展自从1982年紧凑型荧光灯在我国问世以来，我国已形成了一个独具优势的稀土紧凑型荧光灯产业[8]。我国目前已经加入WTO，为防止出口美、欧国家和地区时的技术壁垒，我们要不断创新，以优质价廉的产品占领国际市场，取得更多的销售份额[3]。稀土荧光粉的质量与其物理性能紧密相关，其中粒度及粒度分布、结晶性、比表面和外观形貌对荧光粉的性能和稳定性有很大影响，因此，近期在荧光粉合成工艺研究上也主要集中到荧光粉物理性能的控制上。我们认为在荧光粉物理性能控制上，前驱体的制备尤其重要[4]。1.3关于超细粉氧化铝1.3.1什么是超细粉氧化铝随着高科技的发展，社会对新材料越来越重视，国内外工作者对新材料的开发与应用给予了极大的关注，各种具有特殊功能的材料也得到人们的重视。其中，各种物质的超细化被人们认为是材料开发研究的基础。所谓超细粉体通常是指尺度介于分子，原子和宏观物体之间，粒度在(1-100)nm范围内的微粉[2]。高纯超细氧化铝粉体是纯度在99.99%以上的超微细粉体材料，是二十一世纪新材料中产量最大、产值最高、用途最广的尖端材料之一，高纯氧化铝粉体因其纯度高，粒径小，显示出了常规材料所不具有的光、电、磁、热和机械特性，因而它作为一种新型功能材料广泛应用于光学、化工及特种陶瓷等多个领域[6]。高纯超细氧化铝粉体为高压钠灯管、荧光粉和催化剂载体的必备原料，利用其较小的一次粒子特性可降低陶瓷体烧结温度。某些场合还可制成高级坩埚代替价格昂贵的铂金坩埚。高性能的氧化铝粉体要求做到超细、高纯、有较窄的粒径分布，无严重的团聚现象和稳定的相态[19]。为达到这些性能要求，进入20世纪80年代以后科技界对高纯超细粉体的制备方法进行了深入辽东学院2004商品检验专业毕业论文-5-的研究，取得了很大的进展。现阶段超细氧化铝的制备方法主要有溶胶-凝胶法、硫酸铝铵热解法、碳酸铝铵热解法、异丙醇铝水解法、氯化汞活化水解法、等离子体法、喷雾热解法低碳、低碳烷基铝水解法、水热法、改良拜尔法、水析络合法和逐高纯铝直接水解法等[6]。超细氧化铝粉体具有颗粒尺寸小、比表面积大、反应及烧结活性高等特点，在人工晶体、微电子器件、精密陶瓷、化工催化剂及复合材料等方面都得到重要应用。目前其液相法制备主要有以铝醇盐和无机铝盐为原料的溶胶——凝胶法和沉淀法[12]。其中已无机铝盐为原料的沉淀法因具有易得、制备成本低和便于工业化应用等特点而备受关注，并一直是制备研究的热点。在沉淀法中，以硫酸铝铵为原料合成前驱物碳酸铝铵，然后热分解可制得性能优良的纳米氧化铝粉体。作为特种功能材料之一的超细氧化铝粉体，占全部超细粉体的三分之一左右，特别是α-Al2O3粉体由于具有高强度、高硬度、抗磨损、耐磨损、耐腐蚀、耐高温、抗氧化、绝缘性好、表面积大等优异的特性，所以超细氧化铝在催化、阻燃、隔音、绝缘、精细陶瓷等方面具有特殊的用途。因此氧化铝超细粉体的制备具有重要的意义[2]。1.3.2氧化铝超细粉体的应用高纯超细氧化铝其具有真比重大、莫氏硬度高、耐腐蚀、易烧结等优点，由于具有精细的结构、均匀的组织、特定的晶界结构、高温稳定性和良好的加工性能、绝缘耐热及可与多种材料复合等特性，主要用于电子工业、生化陶瓷、结构陶瓷、功能陶瓷等方面，是电子、机械、航空、化工、建材等高科技领域中的基础材料之一。1、高压钠灯发光管由高纯超细氧化铝为原料制成的精细陶瓷具有耐高温、耐腐蚀、绝缘性好、强度高等特性，是一种优良的光学陶瓷材料。由多晶不透明的氧化铝制成的氧化铝透明体，可用作高压钠灯发光管，其照明效率高[10]。2、表面防护层材料由超细Al2O3粒子组成的新型极薄的透明材料，喷涂在金属、陶瓷、塑料及硬质合金的表面上，可提高表面的硬度、耐腐蚀性和耐磨性，并且具有防污、防尘防水等功能，可以解决现代工业生产中由于易磨损部件、易腐蚀管道而间接影响设备使用寿命和加工产品精度等问题。因此可应用于机械、道具、化工管道等表面防护。其中超细Al2O3陶瓷涂层刀具结合了陶瓷材料和硬质合金材料相近的强韧性能的同时耐磨性大大提高，能达到未涂层刀具的几倍到几十倍，并且加工效率显著提高[10]。3、催化剂及其载体毕业论文题目纳米氧化铝的制备刘莹超细Al2O3粉体因其表面积大、孔容大、孔分布集中和高反应活性中心多，可以解决催化剂的高选择性和高反应活性。因此被广泛地应用于汽车尾气净化、催化燃烧、石油炼制、加氢脱硫和高分子合成方面的催化剂及其载体。但是由于催化剂领域的特殊性，不同制备方法制得的超细Al2O3粉体及其晶型有所不同，导致在催化反应中的使用不同，这为超细Al2O3粉体用于催化领域提出了新课题。4、生物及医学的应用超细粉体在生物及医学上的应用研究是近几年才开始的，这一应用领域的开创，为生命科学研究手段