【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于氧化鋁粉體制備領(lǐng)域，具體涉及一種低溫制備球狀al2o3納米晶粒的方法。
技術(shù)介紹
1、納米α-al2o3作為氧化鋁中最穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)，具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性和較高的熔點，由于其絕緣性好、機械強度高、硬度大等優(yōu)異性能被廣泛應(yīng)用于陶瓷、電子、和化工等領(lǐng)域。研究表明，al2o3制品的性能除了與晶型有關(guān)，還與al2o3粉體顆粒的微觀形貌、尺寸和分散性有較大關(guān)系。由于原料與制備工藝的不同，al2o3粉體的形貌有很多，包括棒狀、花狀、片狀、球狀以及紡絲狀等。在al2o3的眾多晶型和形貌中，球形納米α-al2o3粉體由于其形貌規(guī)則、堆積密度大、流動性高且燒結(jié)特性好的優(yōu)異特性，可顯著改善產(chǎn)品的使用性能。當(dāng)粉體顆粒的尺寸減小至納米量級(＜100nm)后，顆粒的表面原子占比大幅提升，使得納米材料具有許多新特性，如量子尺寸效應(yīng)、體積效應(yīng)和表面效應(yīng)等，這些新特性使納米材料在表面涂層、電子布線、復(fù)合材料、生物醫(yī)學(xué)及光學(xué)器件等眾多領(lǐng)域表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能。
2、國內(nèi)外學(xué)者對球形納米α-al2o3粉體的制備方法進行了大量研究，現(xiàn)階段常用的球形納米氧化鋁的制備方法主要有噴霧熱解法、均相沉淀法、微乳液法以及高能球磨法等，然而通過上述相關(guān)制備方法獲得的氧化鋁粉體，一方面存在粒度分布不均勻，尺寸不易調(diào)控；另一方面是完成α-al2o3的晶型轉(zhuǎn)化需要很高的溫度，高溫煅燒容易使球形粉體間產(chǎn)生燒結(jié)現(xiàn)象，從而導(dǎo)致粉體分散性變差，并破壞球形形貌。現(xiàn)有技術(shù)cn103663523b一種球形氧化鋁納米晶及其制備方法，公開了通過將羧基取代的鋁氧烷的有機金屬前驅(qū)體干
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為了解決上述
技術(shù)介紹
中提及的技術(shù)問題，本專利技術(shù)以勃姆石為鋁源，采用特定的方法制備含有羧基的多孔材料，利用多孔材料的吸附性能將勃姆石吸附在孔道內(nèi)，利用羧酸取代鋁氧烷前驅(qū)體，通過后續(xù)的一步熱解獲得尺寸可控的球形納米氧化鋁。
2、本專利技術(shù)中所述低溫制備球狀al2o3納米晶粒的方法主要包括如下步驟
3、s1：多孔材料的制備；
4、s2：羧基前驅(qū)體的制備；
5、s3：氧化鋁前驅(qū)體的制備；
6、s4：前驅(qū)體煅燒獲得球形納米氧化鋁。
7、進一步的，所述多孔材料采用懸浮聚合方式進行制備，懸浮聚合體系中油相：水相質(zhì)量比為1:3。
8、進一步的，油相中聚合單體為二乙烯苯、甲基丙烯酸甲酯，引發(fā)劑為過氧化苯甲酰，致孔劑為正庚烷，二乙烯苯與甲基丙烯酸甲酯的質(zhì)量比為0.5-1:1，引發(fā)劑用量為聚合單體總質(zhì)量的0.1-0.5％，致孔劑與聚合單體的質(zhì)量比為2-3:1。
9、在聚合過程中，致孔劑的存在導(dǎo)致聚合物相和致孔劑相之間的不相容性，從而引發(fā)相分離，這種相分離是形成孔隙結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，相分離后致孔劑被移除，留下孔隙，致孔劑的種類和用量在很大程度上能夠影響孔徑的大小及分布，本申請中采用的致孔劑為非良溶劑，其會導(dǎo)致體系較早地出現(xiàn)相分離，從而形成較大的孔容和平均孔徑，如采用其他溶劑難以達到本專利技術(shù)預(yù)期的孔徑大小及分布，進而影響孔徑的尺寸篩分作用。
10、進一步的，水相中包括濃度5％的pva作為分散劑，分散劑的重量占水相的8-10％。
11、進一步的，懸浮聚合攪拌轉(zhuǎn)速為280-300r/min，聚合溫度為76-78℃，保溫4-6h，反應(yīng)完成后以乙醇淋洗，獲得球狀多孔材料。
12、懸浮聚合過程中攪拌的轉(zhuǎn)速會顯著影響終產(chǎn)物的粒徑大小，本專利技術(shù)中采用高于普通懸浮聚合的轉(zhuǎn)速獲得了粒徑較小的多孔材料，較小的粒徑有助于其與勃姆石溶液均勻混合。
13、進一步的，步驟s2中羧基前驅(qū)體的制備方法為：將步驟s1獲得的球狀多孔材料在甲苯中充分溶脹，剔除溶劑后在80℃、0.5mol/l的naoh溶液中皂化反應(yīng)40h，離心洗凈分離，40℃真空烘至恒重，得到羧基前驅(qū)體。
14、進一步的，步驟s3中羧基取代的鋁氧烷的有機金屬前驅(qū)體采用如下方法制備：將勃姆石粉體超聲分散到甲苯溶劑中獲得混合物，隨后按照摩爾比(cooh：al＝0.5-2)將步驟s2獲得的羧基前驅(qū)體加入混合物中攪拌狀態(tài)下，加熱回流3-8h。反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫后過濾，并用乙醚洗滌3-5次，真空干燥，得到氧化鋁前驅(qū)體。
15、進一步的，步驟s3中摩爾比cooh：al＝1-2。
16、進一步的，步驟s4中球形納米氧化鋁具體制備方法如下：將所得的氧化鋁前驅(qū)體轉(zhuǎn)入馬弗爐中進行熱解，獲得本專利技術(shù)所述球狀納米氧化鋁。
17、進一步的，步驟s4中熱解的具體條件為：升溫速率為5-10℃/min，熱解溫度為1200-1360℃，熱解時間為8-12h。
18、本專利技術(shù)采用一步升溫程序?qū)囟壬郎刂翢峤鉁囟龋驙畹亩嗫撞牧蠒赏庀騼?nèi)逐步分解或炭化，使得多孔材料內(nèi)部包裹的有機取代基緩慢分解，分解產(chǎn)生的有機鏈段或碳化物可抑制氧化鋁顆粒過快生長，降低α-al2o3相的轉(zhuǎn)變溫度，即在低溫下煅燒即可獲得α納米氧化鋁。
19、本專利技術(shù)具備如下有益效果：
20、1、本專利技術(shù)通過將羧基接枝到多孔材料中，獲得了羧基前驅(qū)體材料，依托于多孔材料較大的比表面，將粒徑合適的勃姆石吸附在孔道表面，利用羧酸取代鋁氧烷前驅(qū)體，通過后續(xù)的一步高溫?zé)峤馐沟敏然膀?qū)體分解或炭化，部分分解的長鏈有機基團或其降解的碳化物可抑制氧化鋁顆粒過快生長，降低α-al2o3相的轉(zhuǎn)變溫度，可得到尺寸為20-30nm且呈球形的納米α-al2o3。
21、2、本專利技術(shù)所述羧基前驅(qū)體具備孔徑可調(diào)節(jié)的特性，通過調(diào)節(jié)致孔劑的種類、含量等可調(diào)節(jié)孔徑分布，前驅(qū)體材料孔徑的大小在吸附勃姆石粒子時能夠起到尺寸篩分作用，即本專利技術(shù)通過調(diào)控羧基前驅(qū)體的孔徑能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)控納米氧化鋁晶粒尺寸的效果。
22、3、本專利技術(shù)將勃姆石和羧基的取代反應(yīng)限制在羧基前驅(qū)體的孔道內(nèi)，利用孔道的物理隔絕可在很大程度上避免后續(xù)燒結(jié)過程中納米粉體的團聚；此外，將勃姆石吸附在孔道內(nèi)部，在煅燒過程中，可實現(xiàn)羧基前驅(qū)體由外向內(nèi)緩慢逐步分解，輔助降低燒結(jié)問題和調(diào)控尺寸，相比于現(xiàn)有技術(shù)僅需一步燒結(jié)，無需梯度升溫。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護點】
1.低溫制備球狀A(yù)l2O3納米晶粒的方法，其特征在于包括如下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述的低溫制備球狀A(yù)l2O3納米晶粒的方法，其特征在于，步驟S1中所述多孔材料采用懸浮聚合方式進行制備，懸浮聚合體系中油相：水相質(zhì)量比為1:3。
3.如權(quán)利要求2所述的低溫制備球狀A(yù)l2O3納米晶粒的方法，其特征在于，油相中聚合單體為二乙烯苯、甲基丙烯酸甲酯，引發(fā)劑為過氧化苯甲酰，致孔劑為正庚烷，二乙烯苯與甲基丙烯酸甲酯的質(zhì)量比為0.5-1:1，引發(fā)劑用量為聚合單體總質(zhì)量的0.1-0.5％，致孔劑與聚合單體的質(zhì)量比為2-3:1。
4.如權(quán)利要求2所述的低溫制備球狀A(yù)l2O3納米晶粒的方法，其特征在于，水相中包括濃度5％PVA作為分散劑，分散劑的重量占水相的8-10％。
5.如權(quán)利要求2所述的低溫制備球狀A(yù)l2O3納米晶粒的方法，其特征在于，懸浮聚合攪拌轉(zhuǎn)速為280-300r/min，聚合溫度為76-78℃，保溫4-6h，反應(yīng)完成后以乙醇淋洗，獲得球狀多孔材料。
6.如權(quán)利要求1所述的低溫制備球狀A(yù)l2O3納米晶粒的方法，其特征在于，步驟S
7.如權(quán)利要求1所述的低溫制備球狀A(yù)l2O3納米晶粒的方法，其特征在于，步驟S3中氧化鋁前驅(qū)體的制備方法為：將勃姆石粉體超聲分散到甲苯溶劑中獲得混合物，隨后按照摩爾比COOH：Al＝0.5-2將步驟S2獲得的羧基前驅(qū)體加入混合物中，攪拌狀態(tài)下，加熱回流3-8h，反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫后過濾，并用乙醚洗滌3-5次，真空干燥，得到氧化鋁前驅(qū)體。
8.如權(quán)利要求7所述的低溫制備球狀A(yù)l2O3納米晶粒的方法，其特征在于；步驟S3中摩爾比COOH：Al＝1-2。
9.如權(quán)利要求1所述的低溫制備球狀A(yù)l2O3納米晶粒的方法，其特征在于，步驟S4中球形納米氧化鋁具體制備方法如下：將所得的氧化鋁前驅(qū)體轉(zhuǎn)入馬弗爐中進行熱解，獲得所述球狀納米氧化鋁。
10.如權(quán)利要求9所述的低溫制備球狀A(yù)l2O3納米晶粒的方法，其特征在于，步驟S4中熱解的具體條件為：升溫速率為5-10℃/min，熱解溫度為1200-1360℃，熱解時間為8-12h。
...【技術(shù)特征摘要】
1.低溫制備球狀al2o3納米晶粒的方法，其特征在于包括如下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述的低溫制備球狀al2o3納米晶粒的方法，其特征在于，步驟s1中所述多孔材料采用懸浮聚合方式進行制備，懸浮聚合體系中油相：水相質(zhì)量比為1:3。
3.如權(quán)利要求2所述的低溫制備球狀al2o3納米晶粒的方法，其特征在于，油相中聚合單體為二乙烯苯、甲基丙烯酸甲酯，引發(fā)劑為過氧化苯甲酰，致孔劑為正庚烷，二乙烯苯與甲基丙烯酸甲酯的質(zhì)量比為0.5-1:1，引發(fā)劑用量為聚合單體總質(zhì)量的0.1-0.5％，致孔劑與聚合單體的質(zhì)量比為2-3:1。
4.如權(quán)利要求2所述的低溫制備球狀al2o3納米晶粒的方法，其特征在于，水相中包括濃度5％pva作為分散劑，分散劑的重量占水相的8-10％。
5.如權(quán)利要求2所述的低溫制備球狀al2o3納米晶粒的方法，其特征在于，懸浮聚合攪拌轉(zhuǎn)速為280-300r/min，聚合溫度為76-78℃，保溫4-6h，反應(yīng)完成后以乙醇淋洗，獲得球狀多孔材料。
6.如權(quán)利要求1所述的低溫制備球狀al2o3納米晶粒的方法，其特征在于，步驟s2中羧基前驅(qū)體的制備方法為：將步驟s1...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：黃超，張禎禎，李娟娟，
申請(專利權(quán))人：河南濟源兄弟材料有限責(zé)任公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
還沒有人留言評論。發(fā)表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。