液相法制备超细粉体材料
- 格式:ppt
- 大小:9.96 MB
- 文档页数:97
液相化学方法控制超细粉体粒度和粉体形貌
液相化学法是当前超细粉体生产的常用工艺方法,下面以液相化学法微粉生产工艺为背景,介绍超细粉体生产过程中的粒度和粒型的基础控制方法——液相化学法。
一、粉体粒度控制
制备粒度均一分散的超细粉是粉末结构形貌控制的主要目标之一。
调节体系过饱和度、添加晶种控制晶核数、促进或阻碍粉体的团聚发生等,是粒度控制的主要策略。
在体系溶解度较大的情况下,Ostwald陈化也可调节颗粒粒径及其单分散性。
在化学沉淀制粉过程中,微观均匀混合是体系粒度控制的最主要内容。
各个微小区域内过饱和度微小变化将导致晶核数目大量变化,从而使晶核大小不一。
强制混合是保证微观状态一致、制取粒度均一的超细粉末的有效措施。
由于超细粉体极大的表面能,粉末颗粒的形成除了经历了成核、生长等过程外,还可能发生聚结与团聚。
如何有效地控制粉体的团聚也是超细粉末尺寸分布控制研究的一个重要内容。
二、粉体形貌控制
粒子形貌包括形状、表面缺陷、粗糙度等,但主要指形状。
纳米粉体,尤其是超微颗粒往往表现出很多形状,除了与其晶型结构有关外,还取决于其合成方法及相应的操作条件。
如在湿化学法体系中,颗粒的形状对操作条件极其敏感,溶质浓度、反应体系中阴离子的种类、反应体系是否封闭等因素均可能影响颗粒的形状。
一般认为,液相中的超微颗粒可选择性吸附溶液中的简单离子、络离子及有机化合物分子,且不同晶面上被吸附物的种类和数量均有所不同。
而溶质浓度、阴离子种类、温度、pH值等操。
液相还原法制备超细Ni粉摘要以硫酸镍为原料,水合肼为还原剂,通过液相还原法,制备出了超细Ni粉。
采用X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜分析(SEM)等对制备出粉末的物相、粒度以及形貌进行了表征。
实验结果表明:通过液相还原法成功的制备出了粒度为100nm的超细Ni粉;最佳的反应温度为90℃,温度过高会使镍颗粒发生团聚,温度低则会反应进行的速度;反应在碱性条件下发生,最佳反应的溶液pH值为11, pH值大于11时会使Ni粉产率降低;水合肼的最佳加入摩尔量n(N2H4)/n(NiSO4)为3.5。
关键词超细镍粉;水合肼;液相还原1 引言超细镍粉由于具有极大的表面效应和体积效应[1],在催化剂、烧结活化剂、导电浆料、电池、硬质合金等方面有广泛的应用前景[2-4]。
目前制备超细镍粉的方法主要有物理法,以及羰基物热离解法、电解法、高压氢还原法、真空热分解法等化学方法[5-12]。
这些方法都各有优点,但也存在一定的局限性。
其中物理法所需设备昂贵、产量低;羰基热分解法存在一定的污染问题;电解法能耗较高;加氢还原法需要高压反应釜;真空分解法则对设备要求较高。
液相还原法因具有工艺简单、成本低、粉末粒度及表面易于控制等优点,成为目前制备超细镍粉是研究热点之一[13-15]。
本文以水合肼为还原剂,系统研究了液相还原法制备超细镍粉工艺过程中反应温度,pH值和还原剂用量等对粉末性能的影响。
2实验实验所用的主要原料包括分析纯的硫酸镍(NiSO4•6H2O)、水合肼(N2H4•H2O)、氢氧化钠(NaOH)、无水乙醇(C2H5OH)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等。
实验时,首先配制一定浓度的硫酸镍溶液,加入表面活性剂(PVP),用超声分散器混合成均匀的悬浮液。
然后往均匀悬浮液中缓慢滴加水合肼溶液,用恒温水浴锅控制反应温度,氢氧化钠溶液控制反应pH值,反应过程中用电动搅拌器不断搅拌。
反应约6h后,将混合液离心分离,得到的粉末采用去离子水洗涤4次,无水乙醇洗涤3次,置于60℃恒温烘箱中干燥30min。
超细银粉的液相化学法可控制备及反应机理摘要:电子浆料作为光伏电池领域以及微电子工业领域的必要导电材料,该材料在其中得到了广泛的研究和应用。
超细银粉由于其具有比较高的比表面积以及优良的导电性能和较好的化学性能,化学稳定性较高等特性,所以通常会与粘黏剂,溶剂和助剂一起,通过机械的混合从而能够得到导电银浆。
导电银浆作为最重要的电子浆料之一,由于银粉的形貌,分散性,粒径大小以及分布范围等因素能够决导电银浆在烧结成膜后具有的接触电阻,附着力和致密性等重要参数。
所以,制备出高质量的超细银粉对于助力光伏电子产业的发展具有积极的意义。
关键词:超细银粉;液相化学法;反应机理1.超细银粉制备方法的研究液相合成法为超细银粉的制备成功带来了较大的成果。
液相合成法是以丁二酸作为分散剂,还原剂用甲醛,从而能够制备出具有高分散性的球形银粉。
研究人员仅仅用硫酸作为制备超细银粉的稳定剂,通过抗坏血酸还原硝酸银溶液,从而得到均一的超细银粉,用这种方法制备出来的超细银粉可以用于大规模的生产当中,对实际工业生产中,帮助巨大。
同时,制备超细银粉的方法还有很多,比如电化学沉淀法,微乳液法,化学气相沉积法,热解法等方法,这些方法都对于超细银粉的制备具有较大的帮助。
由于银制车间的工序的不同对银粉参数的要求有所不同,因此,通过改变反应条件以此来调整所制备出的银粉的每一个参数都具有重要的现实意义。
以液相化学合成法为基础,以抗凝血剂为还原剂,可控制的制多种类型的超细银粉,分析反应过程和银粉颗粒大小,形状和散射性相互之间的关系,从而为银粉在实际生产上的调节和广泛应用提供了有力的理论依据。
1.超细银粉的液相化学法可控制备实验1.实验试剂及实验仪器本次实验所用到的主要实验试剂有硝酸银,氨水,抗坏血酸,氢氧化钠,乙酸铵,无水乙醇,去离子水,聚乙烯吡咯烷酮,聚乙二醇 6000,十六烷基三甲基溴化铵,十二烷基硫酸钠,硬脂酸钠,吐温,明胶,天然松香等,实验中所用得到的水均为去离子水,还有其他实验所用耗材有小刀,滤纸,漏斗,滴管等。
液相还原法制备超细铜粉的研究进展 谭 宁1,温晓云2,郭忠诚1,陈步明1(1.昆明理工大学材料与冶金工程学院,云南 昆明 650093;2.云南铜业集团有限公司,云南 昆明 650051) 摘 要:超细铜粉由于其特殊的性能,因而应用范围很广泛。
其制备的工艺也引起了广泛的关注,其中液相还原法由于其特殊的优点,故研究的较多。
文中阐述了液相还原法制备超细铜粉的工艺的研究进展以及铜粉表面改性的工艺,并提出了问题及对未来的展望。
关键词:超细铜粉;液相还原法;表面改性中图分类号:TG144 文献标识码:A 文章编号:1006-0308(2009)02-0071-04The D evelop m en t of Ultraf i n e Copper PowderPrepara ti on by L i qu i d Pha se Reducti ve ProcessT AN N ing1,W E N Xiao-yun2,G UO Zhong-cheng1,CHEN Bu-m ing1(1.Faculty ofMaterials and Metallurgical Engineering,Kun m ing University of Science and Technol ogy,Kun m ing,Yunnan650093,China;2.Yunnan Copper Gr oup Co.,L td.,Kunm ing,Yunnan650051,China)ABSTRACT:Due t o the excep ti onal perfor mance of the ultrafine power,and thus it has a wide range of app licati on.The p r ocess of ultrafine power p reparati on by liquid phase reductive p r ocess and the copper surface modificati on p r ocess are described,and the issue and the visi on f or the future of the ultrafine copper powder is put for ward.KEY WO R D S:ultrafine copper power;liquid phase reductive p r ocess;the surface modificati on p r ocess超细铜粉由于其特殊的物理、化学性能,目前广泛应用于电学、涂料、催化、医学等领域。
doi:10 11920/xnmdzk 2023 03 004两种液相法制备超细γ-Al2O3粉体的形貌及纯度的研究张㊀茜ꎬ万㊀静(西南民族大学化学与环境学院ꎬ四川成都㊀610041)摘㊀要:超细氧化铝因其优良的机械性能及耐高温㊁耐腐蚀㊁高强度的物理性能得以广泛应用.采用液相法制备超细氧化铝粉体即通过沉淀法㊁溶胶-凝胶法制备出形貌规则㊁分散性好ꎬ粒径较小的氧化铝纳米粉体.纳米氧化铝粉体通过X射线衍射仪(XRD)ꎬ马尔文纳米粒度仪ꎬ扫描电子显微镜(SEM)等进行表征.探究使用不同方法制备的氧化铝纳米粉体的形貌㊁粒径及结晶情况之间的差异ꎬ以及相同方法加不同用量的分散剂对粉体的粒径和形貌的影响.根据表征结果发现在该条件下制备出的粉体为γ-Al2O3ꎬSEM结果表明沉淀法制备出的粉体为结晶状态较好㊁形状均匀的球形Al2O3粉体ꎬ使用溶胶凝胶法制备的粉体为蠕虫状的Al2O3粉体ꎬ但相较于沉淀法ꎬ采用溶胶凝胶法制备的粉体粒径较小.关键词:溶剂凝胶法ꎻ均相沉淀法ꎻ球形㊁蠕虫形氧化铝粉体中图分类号:TQ133㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀文章编号:2095 ̄4271(2023)03 ̄0262 ̄07收稿日期:2022 ̄07 ̄24通信作者:万静(1971-)ꎬ女ꎬ四川人ꎬ副教授ꎬ研究方向:无机功能材料.E ̄mail:1208300163@qq.com基金项目:中央高校科研基金研究生项目2022NYXXS086Studyonmorphologyandpurityofultrafineγ-Al2O3powderpreparedbytwoliquid-phasemethodsZHANGXiꎬWANJing(SchoolofChemistryandEnvironmentꎬSouthwestMinzuUniversityꎬChengdu610041ꎬChina)Abstract:Ultrafinealuminaiswidelyusedbecauseofitsexcellentmechanicalpropertiesandhightemperatureresistanceꎬcorro ̄sionresistanceandhighstrengthphysicalpropertie.Ultrafinealuminapowderwaspreparedbyliquidphasemethodintheformofaluminananopowderwithregularmorphologyꎬgooddispersibilityandsmallparticlesizebyprecipitationmethodandsol-gelmethod.Nano-aluminapowderswerecharacterizedbyX-raydiffractometer(XRD)ꎬMalvernnanoparticlesizeanalyzerꎬscan ̄ningelectronmicroscopy(SEM)ꎬetc.Thispaperexploredthedifferencesbetweenthemorphologyꎬparticlesizeandcrystalliza ̄tionofaluminananopowderspreparedbydifferentmethodsꎬandtheeffectsofdifferentamountsofdispersantsaddedineachmethodontheparticlesizeandmorphologyofthepowder.Accordingtothecharacterizationresultsꎬthepowderpreparedunderthisconditionwasγ-Al2O3ꎬandtheSEMresultsshowedthatthepowderpreparedbytheprecipitationmethodwasasphericalAl2O3powderwithgoodcrystallinestateanduniformshapeꎬandthepowderpreparedbythesol-gelmethodwasaworm-likeAl2O3powder.Comparedwiththeprecipitationmethodꎬthepowderpreparedbythesol-gelmethodhadasmallerparticlesize.Keywords:solventgelmethodꎻhomogeneousprecipitationmethodꎻsphericalꎬhelminthaluminapowder㊀㊀近年来ꎬ传统的Al2O3粉体在涂料㊁精密部件上有着广泛应用ꎬ而超细氧化铝粉体因其强度高㊁硬度大㊁耐高温㊁抗磨损㊁耐腐蚀㊁绝缘性好㊁抗氧化性好㊁表面积大等优点ꎬ引起人们广泛关注ꎬ并在电子㊁机械㊁化第3期张茜ꎬ等:两种液相法制备超细γ-Al2O3粉体的形貌及纯度的研究㊀工以及航天航空等领域得以应用[1 ̄2].氧化铝具备多种晶形结构ꎬ其中包括η-Al2O3㊁γ-Al2O3㊁α-Al2O3㊁θ-Al2O3等ꎬ其中α-Al2O3相具有硬度大㊁熔点高㊁稳定性好等优点ꎬ其余大多是由氢氧化铝向α-Al2O3转变的过渡相[3].粒径小的Al2O3粉体有利于制备性能高的Al2O3陶瓷材料[4].Al2O3陶瓷是目前光谱近红外和中红外区域高温的主要陶瓷材料[5]ꎬ主要是以α-Al2O3为主晶相的重要的双折射透明陶瓷ꎬ具有硬度高㊁熔点高㊁耐磨损㊁抗腐蚀及良好的介电性能和断裂韧性ꎬ因此在透明装甲㊁电磁窗㊁高压卤化物灯外壳等领域具有广阔的应用前景[6-8].而于常规陶瓷中加入少量的纳米氧化铝粉体可以改善陶瓷的韧性ꎬ降低陶瓷的烧结温度ꎬ使陶瓷材料的力学性能得以提高ꎬ例如在氧化铝㊁碳化硅微粉中添加一定量的纳米氧化铝粉体ꎬ能够降低陶瓷纤维的烧结温度ꎬ使氧化铝㊁碳化硅纤维烧结后趋于完全致密化[9 ̄10].目前对氧化铝粉体相关应用的研究已经越来越深入ꎬ但对于化学法合成氧化铝粉体晶型㊁形貌㊁纯度的报道以及对于采用球磨法制备的氧化铝陶瓷和化学法制备的氧化铝陶瓷的差异的相关报道仍然相对较少ꎬ因此在本实验中对沉淀法和溶胶凝胶法制备的超细Al2O3粉体的粒径㊁形貌进行了比较ꎬ对其纯度进行表征.并将采用化学法所制备的氧化铝陶瓷材料和商业粉制备的陶瓷材料的相对密度进行比较.通常制备氧化铝粉体采用的方法有固相法㊁气相法以及液相法[11].其中因液相法的工业化成本低ꎬ且制得的粉体粒径分布窄ꎬ形状颗粒容易控制是目前实验室及工业化生产应用最广泛的方法[12].液相法中包括沉淀法㊁溶胶凝胶法㊁溶液蒸发法㊁水热法以及微乳液法.本文主要采用沉淀法以及溶胶-凝胶法进行纳米氧化铝的制备ꎬ其中溶胶凝胶法具有成分控制精确ꎬ加工温度低ꎬ成本低ꎬ相分布均匀等优点[13].1㊀实验部分1.1㊀试剂与仪器聚乙二醇(分子量200ꎬ分析纯ARꎬ成都市新都区木兰镇工业开发区)ꎻ氨水(分析纯ARꎬ成都金山化学试剂有限公司)ꎬ尿素(分析纯ARꎬ西陇科学股份有限公司)ꎻ九水硝酸铝(分析纯ARꎬ成都市科隆化学品有限公司)ꎻ柠檬酸(分析纯ARꎬ成都市科隆化学品有限公司)ꎻ碳酸氢铵(分析纯ARꎬ成都市科隆化学品有限公司).X射线衍射分析仪(AT1103Mꎬ北京普析通用仪器有限责任公司)ꎻ超声波清洗仪(GT-1730QTSꎬ成都宜恒实验仪器有限公司)ꎻ电子天平(FA1004Bꎬ成都宜恒实验仪器有限公司)ꎻ烘箱(DHG-9240Aꎬ上海一恒科技有限公司)ꎻ马尔文纳米粒度及ZETA电位分析仪(ZEN3690+MPTZꎬ马尔文公司)ꎬ扫描电子显微镜(SEM)(JEOL-JSM-7500ꎬ日本电子).1.2㊀实验方法1.2.1㊀均相沉淀法制备氧化铝纳米粉体根据实验原理CO(NH2)2+3H2O=CO2+2NH3 H20㊀氨水电离:NH3 H2O=NH4++OH-产生氢氧化铝沉淀:3OH-+Al3+=Al(OH)3ꎬ高温制备氧化铝:2Al(OH)3=Al2O3+3H2O可得尿素与九水硝酸铝的摩尔比为3ʒ2ꎬ据报道使用过量尿素制备氧化铝时ꎬ出现氢氧化铝的速率会加快ꎬ制备出的氧化铝沉淀的分散性和结晶性也会更好ꎬ所以本实验采取尿素ʒ九水硝酸铝=10ʒ1ꎬ由此计算出应称取6.007g尿素和3.75g的九水硝酸铝ꎬ将其分别溶于25mL去离子水ꎬ于九水硝酸铝溶液中加入不同剂量的聚乙二醇200(PEG200)作为分散剂ꎬ加入剂量分别为1mL㊁3mL㊁5mL㊁7mL㊁9mL.将加入聚乙二醇200的九水硝酸铝溶液和尿素溶液置于超声清洗仪中超声5minꎬ将尿素溶液缓慢注入九水硝酸铝溶液中并超声10minꎬ超声后置于100ħ的水浴锅中水浴3~4h(水浴至成凝胶状即可)ꎬ离心分离3~4次ꎬ干燥4h左右ꎬ样品置于马弗炉中950ħ煅烧3h[14].1.2.2㊀溶胶-凝胶法制备纳米氧化铝粉体溶胶凝胶法制备纳米氧化铝粉体[15 ̄16]ꎬ采用70g九水硝酸铝溶于250mL去离子水中ꎬ取出50mL九水硝酸铝溶液ꎬ加入10mL0.05mol/L的柠檬酸溶液使其在65ħ的水浴锅中搅拌至溶胶状即呈现丁达尔效应ꎬ加碳酸氢铵调至pH=3后加入一定量的所需分散剂ꎬ再加氨水调至pH=8并陈化12hꎬ离心分离2~3次后冷冻ꎬ干燥3~4hꎬ马弗炉950ħ煅烧3h.1.2.3㊀热等静压(HIP)制备Al2O3陶瓷煅烧后的Al2O3粉末经过200目筛分后ꎬ在不锈钢模具中用20MPa的压力干压成Φ20mm的圆盘ꎬ冷等静压后在1600ħꎬ200MPa下热等静压2h.362西南民族大学学报(自然科学版)第49卷2㊀结果与讨论2.1㊀不同方法制备的Al2O3粉体的XRD表征图1为分别使用溶胶-凝胶法和沉淀法加入聚乙二醇200分散剂制备的Al2O3粉体的XRD图谱.从图中看出ꎬ在2θ=36.3ʎ㊁45.59ʎ㊁66.89ʎ等处出现了γ-Al2O3晶体(JSPDS卡片10-0425)的特征衍射峰ꎬ这说明该粉体为高活性的γ-Al2O3晶相[17 ̄18].从图中可知ꎬ沉淀法以聚乙二醇200做分散剂其衍射峰强度相对较高ꎬ样品结晶较好[19]ꎬ对比溶胶凝胶法加聚乙二醇200做分散剂ꎬ以及不加分散剂的图谱发现ꎬ不加分散剂的XRD图谱衍射峰强度更高结晶效果更好ꎬ而结晶峰强度只与烧结的温度和时间有关ꎬ在本实验中样品的烧结温度和时间一致ꎬ因此造成样品XRD图谱衍射峰强度结果差异可能是因为分散剂在烧结过程中分解耗能ꎬ造成对结晶温度不够ꎬ所导致的结果是晶型稍微差一些.图1㊀不同方法加同一分散剂的Al2O3粉体的XRD对比图Fig.1㊀ComparisonofXRDpatternsofAl2O3powdersaddedwiththesamedispersantbydifferentmethods2.2㊀Al203粉体粒径测试2.2.1㊀溶胶凝胶法制备的纳米氧化铝粉体粒径分析图2为溶胶凝胶法加入不同量的PEG200作分散剂的粒径图ꎬ从图中可以看出加入3mL聚乙二醇200做分散剂的Al2O3粉体的粒径图相较于加其他含量的PEG200做分散剂的Al2O3相比粒径有显著优势ꎬ对比加入不同PEG200分散剂制备的Al2O3粉体粒径图ꎬ不加分散剂的氧化铝粒径最大ꎬ而加入少量的PEG200做分散剂起不到较好的分散作用ꎬ加入过多的分散剂反而会使氧化铝粒径图分布较宽ꎬ粒径分布范围较广ꎬ样品开始团聚.图2㊀sol-gel法加入不同量PEG200做分散剂的Al2O3粉体粒径图Fig.2㊀ParticlesizediagramofAl2O3powderwithdifferentamountsofPEG200addedbysol-gelmethodasdispersant462第3期张茜ꎬ等:两种液相法制备超细γ-Al2O3粉体的形貌及纯度的研究㊀2.2.2㊀沉淀法制备的氧化铝粒径测试㊀㊀在表1所示的实验条件下探究不同pH下的Al2O3粉体粒径.如图3所示ꎬ用不同线形区分在不同pH下的Al2O3粉体粒径.图3中用不同线形区分在不同pH下的Al2O3粉体粒径图ꎬpH=5氧化铝纳米粉体的粒径图分布范围较窄ꎬ中心峰值在68.06nm处ꎻpH=6制备的氧化铝纳米粉体ꎬ中心峰值在78.82nm处ꎬ分布范围较窄ꎻ虽然pH=7时的氧化铝纳米粉体中心峰值在50.75nmꎬ比pH=6时粒径较小ꎬ但是氧化铝粉体的粒径图分布更宽ꎻpH=8时氧化铝纳米粉体的粒径峰ꎬ中心粒径位于50.75nm左右ꎬ与之前相比粒径分布更窄ꎬ且相比于在pH=7时制备的氧化铝粉体的粒径图分布值更高ꎬ故在以下关于沉淀法的实验中选择在pH=8的条件下完成加入不同量分散剂PEG200对Al2O3粒径影响的探究.表1㊀用沉淀法在不同pH下制备的氧化铝粉体粒径Table1㊀ParticlesizeofaluminapowderpreparedbyprecipitationmethodatdifferentpH编号分散剂体积/mL水热温度(ħ)时间(h)摩尔比pH粒径分布/nm中心粒径/nma5100410ʒ1558.77~91.2868.06b5100410ʒ1658.77~91.2878.82c5100410ʒ1737.84~58.7750.75d5100410ʒ1843.82~62.0650ꎬ75图3㊀沉淀法在不同pH下制备Al2O3粉体粒径图Fig.3㊀ParticlesizechartofaluminaatdifferentpHbyprecipitationmethod㊀㊀图4为沉淀法加入不同含量PEG200做分散剂的Al2O3粒径图ꎬ从图中可以看出ꎬ加入5mLPEG200做分散剂的Al2O3粒径图最小ꎬ而加入7mL和9mLPEG200做分散剂的Al2O3粉体的粒径较大ꎬ且粒径图分布较宽ꎬ说明粒径分布不均匀ꎬ因此在本组实验中加入5mLPEG200做分散剂为最优用量.这种现象的可能原因是聚乙二醇是一种非离子型表面活性剂易溶于水和有机溶剂ꎬ有不同的分子量ꎬ其分子式为HO-(CH2CH2OCH2CH2)n-OHꎬ其链长因分子量大小而不同ꎬ通过共价吸附或者物理吸附的方式与沉淀物结合ꎬ产生空间位阻效应ꎬ分子使胶体表面形成一层有一定厚度的薄膜并吸附在胶体颗粒表面ꎬ从而使颗粒之间彼此隔开ꎬ难以团聚.而过量的聚乙二醇会造成各长链绞合在一起ꎬ反而不利于粉体的分散.图4㊀沉淀法加入不同量PEG200作分散剂时的氧化铝粒径图Fig.4㊀ParticlesizediagramofaluminawhenaddingdifferentamountsofPEG200asdispersant562西南民族大学学报(自然科学版)第49卷2.3㊀Al2O3粉体的SEM表2.3.1㊀溶胶凝胶法制备的Al2O3粉体SEM表征㊀㊀图5是以溶胶凝胶法制备的加入了不同量的PEG200做分散剂的SEM图ꎬ从图所示ꎬ在不加分散剂时粉体团聚现象较为明显ꎬ加入1mL㊁3mLPEG200做分散剂时粉体呈不规则条状ꎬ加入3mLPEG200时粉体的颗粒性更明显ꎬ分散更为均匀ꎻ加入5mLPEG200做分散剂时ꎬ粉体呈蠕虫状ꎬ开始有明显的团聚ꎻ加入7mL㊁9mL的PEG200做分散剂粉体团聚现象更为严重.图5㊀sol-gel法加入不同PEG200所得Al2O3粒径图(a)不加分散剂㊁(b)1mL㊁(c)3mL㊁(d)5mL㊁(e)7mL㊁(f)9mLFig.5㊀ParticlesizediagramofAl2O3obtainedbyaddingdifferentPEG200bysol-gelmethod(a)withoutdispersantꎬ(b)1mLꎬ(c)3mLꎬ(d)5mLꎬ(e)7mLꎬ(f)9mL2.3.2㊀沉淀法制备的Al2O3粉体SEM表征㊀㊀图6为沉淀法加入不同量PEG200做分散剂制备的Al2O3粉体的SEM图ꎬ加入1mL㊁3mL㊁5mLPEG200做分散剂时Al2O3粉体颗粒分明ꎬ呈现规则的球形ꎬ加入7mLPEG200做分散剂时粉体开始出现团聚现象ꎬ而加入9mLPEG200做分散剂时粉体出现严重团聚的现象.图6㊀沉淀法加入不同量PEG200做分散剂的Al2O3粉体的SEM(a)1mL㊁(b)3mL㊁(c)5mL㊁(d)7mL㊁(e)9mLFig.6㊀SEMofAl2O3powderswithdifferentamountsofPEG200addedasdispersantbyprecipitationmethod(a)1mL㊁(b)3mL㊁(c)5mL㊁(d)7mL㊁(e)9mL662第3期张茜ꎬ等:两种液相法制备超细γ-Al2O3粉体的形貌及纯度的研究㊀2.3.3㊀Al2O3粉体的ICP-MS㊁EDS表征对Al2O3粉体进行了纯度测试.结果如表2所示ꎬ除微量杂质元素外ꎬAl3+含量占比最高ꎬ这与图7的EDS测试结果相符ꎬ表明γ-Al2O3相纯度高.表2㊀Al2O3粉体的ICP-MS测试中金属元素含量分析Table2㊀AnalysisofmetalelementcontentinICP-MStestofAl2O3powder元素LaCrGaCaZnSiLi含量0.0052%0.0054%0.0081%0.0111%0.0119%0.0122%0.0146%元素SnSFeKNaPAl含量0.0188%0.0165%0.0208%0.0746%0.1161%0.2639%43.5506%㊀㊀㊀㊀图7㊀Al2O3粉体的EDS表征Fig.7㊀EDScharacterizationofAl2O3powder2.4㊀Al2O3陶瓷材料的表征2.4.1㊀Al2O3陶瓷材料的XRD陶瓷材料在1600ħ㊁200MPa下热等静压(HIP)2h后通过XRD表征ꎬ从图8中可以看出ꎬ在2θ=26.16ʎ㊁35.87ʎ㊁45.83ʎ㊁57.99ʎ㊁68.67ʎ等出现了α-Al2O3晶体(PDF:10-0173)尖锐㊁清晰的特征衍射峰ꎬ与α-Al2O3的标准卡片衍射峰相对应[20].表明γ-Al2O3粉体在热等静压的高温过程中完全转变为α-Al2O3.2.4.2㊀Al2O3陶瓷材料的相对密度研究表明ꎬ分散性好且粒径尺寸较小的粉体所制备的陶瓷材料具有更高的相对密度ꎬ相对密度与陶瓷透光率的变化趋势一致ꎬ相对密度越高ꎬ陶瓷材料越可能获得更高的透光率[21].根据阿基米德排水法测试并计算该实验中Al2O3陶瓷材料的相对密度[22].ρ=AA-B(ρ水-ρL)+ρL.(1)d=ρ/ρ0ˑ100%.(2)其中取室温下去离子水密度为ρ水=0.9982g/cm3ꎬ空气密度ρL=0.0012g/cm3ꎬρ0为Al2O3的理论密度ꎬA为待测固体在空气中的质量ꎬB为待测固体在去离子水中的质量.计算得出氧化铝陶瓷的相对密度为99.25%ꎬ高于采用球磨法制备的Al2O3陶瓷的相对密度ꎬ可能的原因之一是前驱体Al2O3粉末粒径足够小ꎬ这也为后续制备Al2O3透明陶瓷提供了基础[23].图8㊀Al2O3陶瓷材料的XRDFig.8㊀XRDofAl2O3ceramicsmaterials762西南民族大学学报(自然科学版)第49卷3㊀结论㊀㊀本实验通过溶胶凝胶法和沉淀法两种方法制备Al2O3粉体ꎬ并利用XRD㊁SEM和马尔文粒度仪对粉体的结晶㊁形貌和粒径进行表征.对比了通过两种方法得出的粉体的形貌和结晶状态的差异ꎬ以及在同一方法中加入不同量的分散剂对粉体粒径的影响.实验结果表明ꎬ与溶胶凝胶法相比ꎬ通过沉淀法制备出的粉体结晶状态更好ꎬ且粉体呈现规则的球形ꎬ而通过溶胶凝胶法所得出的粉体粒径更小ꎬ粉体呈蠕虫状ꎬ相比于直接采用球磨法制备出的Al2O3陶瓷材料具有更高相对密度.同时ꎬ在同一方法中加入适量的PEG200做分散剂能起到较好的分散作用使粉体分散更均匀ꎬ而加入过量的分散剂会使粉体团聚严重ꎬ这可能是因为聚乙二醇是一种非离子型表面活性剂易溶于水和有机溶剂ꎬ有不同的分子量ꎬ其分子式为HO-(CH2CH2OCH2CH2)n-OHꎬ其链长因分子量大小而不同ꎬ通过共价吸附或者物理吸附的方式与沉淀物结合ꎬ产生空间位阻效应ꎬ分子使胶体表面形成一层有一定厚度的薄膜并吸附在胶体颗粒表面ꎬ从而使颗粒之间彼此隔开ꎬ难以团聚.而过量的聚乙二醇会造成各长链绞合在一起ꎬ反而不利于粉体的分散[24-25].参考文献[1]王红.均匀沉淀法制备超细α-Al2O3粉[D].江西景德镇:景德镇陶瓷学院ꎬ2009.[2]马征.氧化铝陶瓷精密部件制备技术的研究[D].山东青岛:青岛科技大学ꎬ2022.[3]夏尊.改性氧化铝粉体对其烧结性及导热性的影响[D].辽宁大连:大连交通大学ꎬ2020.[4]廖荣ꎬ刘英ꎬ王慧ꎬ等.氧化铝粉体对氧化铝陶瓷制品性能的影响[J].现代技术陶瓷ꎬ2001(04):35-38.[5]OPARINAIBꎬKOLMAKOVAG.Methodsforobtainingtransparentpolycrystallineceramicsfromaluminumoxide(reviewarticle)[J].Re ̄fractoriesandIndustrialCeramicsꎬ2021ꎬ62(2):196-201. [6]李金林ꎬ张鑫ꎬ王立ꎬ张煜华.特定形貌γ-Al_2O_3纳米晶的可控合成及其表征[J].中南民族大学学报(自然科学版)ꎬ2016ꎬ35(04):1-4.[7]刘军.真空冷冻干燥法制备无机功能纳米粉体的研究[D].辽宁沈阳:东北大学ꎬ2006.[8]TRUNECMꎬKLIMKEJꎬSHENZJ.Transparentaluminaceramicsden ̄sifiedbyacombinationalapproachofsparkplasmasinteringandhoti ̄sostaticpressing[J].JournaloftheEuropeanCeramicSocietyꎬ2016ꎬ36(16):4333-4337.[9]何巨龙ꎬ于栋利ꎬ刁玉强ꎬ等.γ-Al2O3纳米粉对氧化铝㊁碳化硅陶瓷纤维烧结特性的影响[J].复合材料学报ꎬ2000(04):80-83. [10]荀冬雪.氧化铝粉体的粒度及形貌调控[D].辽宁阜新:辽宁工程技术大学ꎬ2017.[11]王甲泰ꎬ王尔姣ꎬ张福波ꎬ等.氧化铝制备技术的研究进展[J].无机盐工业ꎬ2017ꎬ49(10):12-15.[12]车春霞ꎬ蔡小霞ꎬ温翯ꎬ等.液相法制备活性氧化铝粉体的研究现状[J].材料导报ꎬ2019ꎬ33(S2):147-149.[13]ALHAJIAꎬRAZAVIRSꎬGHASEMIAꎬetal.CrystallizationkineticsofMgO-Y2O3compositenanopowdersynthesizedviacombustionsol-gelmethod[J].JournalofThermalAnalysisandCalorimetryꎬ2018ꎬ132(2):1325-1332.[14]雅茹ꎬ陈姝璇ꎬ奥妮琪ꎬ等.水中氟离子去除方法的研究进展[J].三峡生态环境监测ꎬ2022ꎬ7(03):1-13.[15]陈宁ꎬ曾旭明ꎬ高广楠.柠檬酸凝胶-助熔剂法制备片状氧化铝的工艺研究[J].江苏科技信息ꎬ2017(28):32-34.[16]李新星ꎬ王红侠ꎬ于仁红ꎬ等.不同条件下溶胶-凝胶法合成氧化铝形貌的研究[J].材料导报ꎬ2014ꎬ28(22):80-84.[17]李波ꎬ邵玲玲.氧化铝㊁氢氧化铝的XRD鉴定[J].无机盐工业ꎬ2008(02):54-57.[18]孙子婷.三种制备球形氧化铝粉体工艺研究[D].辽宁大连:大连交通大学ꎬ2020.[19]苏兴华.α-Al2O3和MgAl2O4纳米颗粒的制备与表征[D].甘肃兰州:兰州大学ꎬ2010.[20]张燕.超细α-Al2O3陶瓷粉体的制备与表征[D].山东济南:济南大学ꎬ2017.[21]王蓉蓉.钇铝石榴石透明陶瓷的低温制备及致密化机理研究[D].湖北武汉:武汉理工大学ꎬ2017.[22]余海龙ꎬ廖其龙ꎬ刘来宝.MgO对Al2O3透明陶瓷显微结构和透光性能的影响[J].中国陶瓷ꎬ2013ꎬ49(11):27-29+34. [23]梁坚伟ꎬ黄梅鹏ꎬ刘伟ꎬ等.MgO与Y2O3共掺杂对透明氧化铝陶瓷组织与性能的影响[J].粉末冶金材料科学与工程ꎬ2019ꎬ24(06):557-562.[24]贾睿.球形氧化铝的制备㊁表征及性能模拟[D].辽宁沈阳:沈阳工业大学ꎬ2021.[25]魏帅.化学沉淀法制备高分散氧化铝粉体及其性能表征[D].江苏徐州:江苏师范大学ꎬ2018.(责任编辑:肖丽ꎬ付强ꎬ张阳ꎬ和力新ꎬ罗敏ꎻ英文编辑:周序林ꎬ郑玉才)862。
铂超细粉液相还原铂超细粉是一种具有很高催化活性和表面积的铂纳米颗粒,广泛应用于催化反应、电化学能源存储等领域。
而液相还原是一种制备金属纳米材料的方法。
本文将介绍铂超细粉的制备方法以及液相还原的原理和应用。
一、铂超细粉的制备方法铂超细粉的制备方法有很多种,其中一种常用的方法是液相还原法。
液相还原法是通过在溶液中还原金属离子来制备纳米颗粒。
具体制备步骤如下:将铂盐(如氯铂酸钠)加入溶剂中,形成含有金属离子的溶液。
然后,向溶液中加入还原剂(如乙二醇或甲醇),触发还原反应。
在还原反应进行的同时,控制反应条件(如温度、pH值、溶剂的种类和浓度等),可以调控纳米颗粒的尺寸和形貌。
通过离心、洗涤和干燥等步骤,得到铂超细粉。
二、液相还原的原理液相还原法是一种利用还原剂将金属离子还原成金属纳米颗粒的方法。
其中,还原剂的选择对纳米颗粒的形貌和尺寸具有很大影响。
常用的还原剂有乙二醇、甲醇、柠檬酸等。
液相还原的原理主要包括以下几个方面:1. 还原剂的选择:不同的还原剂具有不同的还原能力,可以选择适合的还原剂来控制反应的进行。
2. 溶剂的选择:溶剂的种类和浓度对反应速率和纳米颗粒的尺寸具有影响,需要根据具体需求选择合适的溶剂。
3. 温度和反应时间:温度和反应时间对反应速率和纳米颗粒的尺寸也有影响,需要进行合理控制。
4. 表面活性剂的添加:表面活性剂的添加可以调控纳米颗粒的形貌和分散性,提高其稳定性。
三、液相还原的应用液相还原法制备的铂超细粉具有较高的催化活性和表面积,广泛应用于催化反应和电化学能源存储等领域。
具体应用包括:1. 催化剂:铂超细粉可以作为催化剂应用于氧化还原反应、加氢反应、氧化反应等催化反应中。
其高催化活性和表面积使得反应速率得以显著提高。
2. 电化学能源存储:铂超细粉可以用作燃料电池和金属空气电池的催化剂,提高能源转化效率和电池性能。
3. 生物医学领域:铂超细粉还可以应用于生物传感器、药物传输和肿瘤治疗等领域,发挥其催化活性和生物相容性的优势。
液相法制备超细粉体的原理及特点一、超细粉体材料任何固态物质都有一定的形状,占有相应空间,即具有一定的大小尺寸。
我们通常所说的粉末或细颗粒,一般是指大小为1毫米以下的固态物质。
当固态颗粒的粒径在0.1μm一10μm之间时称为微细颗粒,或称为亚超细颗粒,空气中漂浮的尘埃,多数属于这个范围。
超细粉通常是指粒径为1 ~100nm的微粒子,其处于微观粒子和宏观物体之间的过渡状态。
由于极细的晶粒大量处于晶界和晶粒内,缺陷的中心原子以及其本身具有的量子体积效应、量子尺寸效应、表面效应,介电限域效应和宏观量子隧道效应,使超细粉体材料在光、电、磁等方面表现出其他材料所不具备的特性,是重要的高科技的结构和功能材料,因而受到极大的关注,目前在冶金、化工、轻工、电子、航天、医学和生物工程等领域有着广泛的应用。
目前,超细粉的研究主要有制备、微观结构、宏观性能和应用等四个方面,其中超细粉的制备技术是关键,因为制备工艺和过程控制对纳米微粒的微观结构和宏观性能具有重要的影响。
二、液相法制备的主要特征(1)可将各种反应的物质溶于液体中,可以精确控制各组分的含量,并实现了原子、分子水平的精确混合。
(2)容易添加微量有效成分,可制成多种成分的均一粉体。
(3)合成的粉体表面活性好。
(4)容易控制颗粒的形状和粒径。
(5)工业化生产成本较低。
(6)液相法可分为物理法和化学法三、超细粉体的液相制备方法制备纳米粉体的液相方法主要有液相沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法、微乳液法等。
(一)沉淀法沉淀法是在原料溶液中添加适当的沉淀剂,使得原料液中的阳离子形成各种形式的沉淀物,然后再经过虑、洗涤、干燥,有时还需加热分解等工艺过程制得纳米粉体的方法。
沉淀法具有设备简单、工艺过程易控制、易于商业化等优点,能制取数十纳米的超细粉。
超细氧化铝粉体制备方法概述摘要:超细氧化铝粉体的制备方法制备通常使用无机盐、金属醇盐为原料,用气相法或液相法合成,现对相关合成方法、存在的优缺点进行介绍关键词:超细氧化铝;合成方法;α-Al2O3超细氧化铝,亦称纳米氧化铝,通常泛指粒径约在50-500纳米范围内的氧化铝粉体,其属于微观粒子与宏观物体的过渡区域,与一般氧化铝相比,显著特点是具有表面效应和体积效应。
超细氧化铝在催化材料、功能材料、复合材料、光学材料、精细陶瓷材料及冶金和医学生物方面有着广阔的应用前景。
目前超细氧化铝粉体的制备方法制备通常使用无机盐、金属醇盐为原料,用气相法或液相法合成,现对相关合成方法进行介绍。
1.气相反应法气相反应法是通过等离子体、激光、电子束或电弧等方式加热将物质变成气体,使之在气体状态下发生化学反应,最后在冷却过程中凝聚长大形成超细粉。
1.1 激光诱导气相沉积法(LICVD法)激光诱导气相沉积(Laser Induced Chemical Vapor Deposition)法是利用反应气体分子对特定波长激光束的吸收而产生热解或化学反应,经成核生长形成超细粉末。
整个过程实质上是一个热化学反应和晶粒成核与生长过程。
LICVD法通常采用二氧化碳激光器,加热速度快,高温驻留时间短,冷却迅速,因此可获得粒径小于10nm的均匀纳米粉体。
如G.P. Johnston等[1]利用LICVD法合成了粒度为5~10nm的球形氧化铝粉体;意大利的E. Borseua等[2]用二氧化碳激光加热反应气体得到了粒径为15~20nm 的球形α-Al2O3颗粒。
1.2 等离子体气相合成法(PCVD法)等离子体气相合成(Plasma Chemical Vapor Deposition)法是纳米陶瓷粉体制备的常用方法之一。
它具有反应温度高、升温和冷却速度快的特点,PCVD法又可分为直流电弧等离子法、高频等离子法和复合等离子法。
采用PCVD法可制得粒径为50nm的γ-Al2O3[3];粒径为20 -40nm的δ-Al2O3[4];粒径为5~150nm 的无定形γ-Al2O3。
书山有路勤为径,学海无涯苦作舟
纳米钛白粉粉体的生产方法--液相法
广,产品的成本较低;缺点是工艺路线长,自动化程度低,各个工序的工艺参数需严格控制,否则难以得到分散性较好的纳米钛白粉产品。
3.钛醇盐水解法该法为溶胶一凝胶法的一种,以钛醇盐为原料,通过水解和缩聚反应制得溶胶。
再进一步缩聚得到凝胶。
凝胶经干燥、锻烧得到纳米钛白粉。
其反应如下:
这种工艺原料的纯度较高:整个过程不引进杂质离子,可通过严格控制工艺条件,制得纯度高、粒径小、粒度分布窄的纳米粉体,且产品质量稳定。
缺点是原料成本高,干燥、锻烧时凝胶体积收缩大,易造成纳米钛白粉颗粒间的团聚。
4.水热合成法近年来,将微波技术和电极埋弧等新技术引入水热法,合成了一系列纳米级陶瓷粉末,使水热法成为最有前景的纳米钛白粉合成技术之一。
其基本操作是:在内衬耐腐蚀材料的密闭高压釜中加人纳米钛白粉的前驱体(充填度为60%~80%),按一定的升温速度加热,待高压釜达所需的温度值,恒温一段时间,卸压后经洗涤、干燥即可得到纳米级的钛白粉。
水热法为二氧化钛前驱体的反应、溶解、结晶提供了一种特殊的物理和化学环境。
水热法制备的纳米钛白粉粉体具有晶粒发育完整、原始粒径小、分布均匀、颗粒团聚较少的特点。
特别是用水热法制备纳米钛白粉,又可能避免为了得到金红石型钛白粉而经历的高温锻烧,从而有效地控制了纳米钛白粉微粒间团聚和晶粒长大。
水热法合成纳米钛白粉的关键问题是设备要经历高温、高压,因而对材质和安全要求较严,而且成本较高。
5.胶溶一萃取法胶溶一萃取法为相转移法的一种,其化学原理为:。