納米氧化鋁粉體的制備與應(yīng)用進(jìn)展

　　納米氧化鋁粉體尺寸介于1-100 nm之間，20世紀(jì)80年代中期H.Gleiter等首次制得，隨后經(jīng)過(guò)廣泛研究，對(duì)納米氧化鋁的認(rèn)識(shí)不斷加深，發(fā)現(xiàn)它除了具有納米效應(yīng)外，還具有表面積非常大、表面張力極大、顆粒間的結(jié)合力非常大、對(duì)光有強(qiáng)烈的吸收能力、熔點(diǎn)低、化學(xué)活性強(qiáng)，易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)、低溫時(shí)幾乎沒(méi)有熱的絕緣性等特性。

　　氧化鋁存在多種晶型，不同晶型的納米氧化鋁還具有各自的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。納米 γ-Al2O3 比表面積大、活性高，可以顯著提高催化效果，廣泛用于高效催化領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外已被廣泛用作汽車(chē)尾氣催化劑、石油煉制催化劑、加氫和加氫脫硫催化劑等的載體；β-Al2O3 具有快離子導(dǎo)電性能，燒結(jié)體可以用于制備電池； α-Al2O3 可以制備高強(qiáng)度、高硬度、高韌性、高機(jī)械強(qiáng)度的陶瓷件，如切削工具、模具、磨料等。

　　納米氧化鋁由于表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、體積效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)的作用而具有良好的熱學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)以及化學(xué)方面的性質(zhì)，因此它被廣泛用于傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)（輕工、化工、建材等）以及新材料、微電子、宇航工業(yè)等高科技領(lǐng)域，如下表所列，隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，納米氧化鋁的應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)得到更大地拓寬，市場(chǎng)需求量也會(huì)日益增大，應(yīng)用前景非常廣闊。

圖三 納米氧化鋁的應(yīng)用

　　納米粒子的優(yōu)異性能，很大程度上取決于顆粒粒徑的大小。因此如何顆粒小，克服納米化而導(dǎo)致的顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象無(wú)疑是納米材料性質(zhì)穩(wěn)定、功能發(fā)揮的關(guān)鍵，目前已有不少制備方法能解決上述問(wèn)題。到目前為止，國(guó)內(nèi)外對(duì)于納米氧化鋁的 制備方法總體上可以分為三大類，即氣相法、液相法和固相法。

       1、固相法

　　固相法可分為燃燒法、熱解法和非晶晶化法。燃燒法是將鋁粉直接燃燒而得到的微細(xì)氧化鋁的方法；熱解法是將鋁鹽經(jīng)過(guò)熱分解反應(yīng)，再經(jīng)研磨，從而得到氧化鋁的納米粒子。非晶晶化法是先制備非晶態(tài)的化合態(tài)鋁，然后經(jīng)過(guò)退火處理，使非晶晶化。由于非晶態(tài)在熱力學(xué)上是不穩(wěn)定的，在受熱或輻射條件下會(huì)出現(xiàn)晶化現(xiàn)象，控制適當(dāng)?shù)臈l件可以得到氧化鋁的納米晶。

       2、氣相法

　　氣相法是利用各種方式將物質(zhì)變成氣體，使之在氣體狀態(tài)下發(fā)生物理或化學(xué)變化，在冷卻過(guò)程中凝聚長(zhǎng)大形成超微粉的方法。

       2.1激光誘導(dǎo)氣相沉積法

　　激光誘導(dǎo)氣相沉積合成技術(shù)主要是利用激光產(chǎn)生高溫環(huán)境，使得反應(yīng)物在瞬間發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生超微粒的小胚胎。然后這些小胚胎會(huì)長(zhǎng)大，當(dāng)離開(kāi)激光照射區(qū)時(shí)被快速冷卻而停止生長(zhǎng)，形成微粉進(jìn)入收集器，最后進(jìn)行相應(yīng)的處理，即可得到納米粉體。

       2.2等離子氣相合成法

　　鋁鹽在陰陽(yáng)極板之間形成的等離子氣體氣氛下，與空氣發(fā)生氧化反應(yīng)，形成氧化物。然后，對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行快速冷卻，使其形成微小顆粒即納米氧化鋁。最后，對(duì)其進(jìn)行收集。

       2.3化學(xué)氣相沉積法

　　化學(xué)氣相沉積是氯化鋁在遠(yuǎn)高于臨界反應(yīng)溫度的條件下，使反應(yīng)物蒸氣形成很高的飽和蒸氣壓，自動(dòng)凝聚形成大量的晶核，生成的固態(tài)物質(zhì)沉積在加熱的固態(tài)基體表面，最終在收集室內(nèi)得到納米氧化鋁。

       3、液相法

　　液相法是目前實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)上廣泛采用的制備超微粉的方法。其過(guò)程是把鋁鹽配制成一定濃度的溶液，再選擇一種合適的沉淀劑或用蒸發(fā)、升華、水解等操作將金屬離子均勻沉淀或結(jié)晶出來(lái)，最后將沉淀或結(jié)晶物脫水或者加熱分解制得超微粉。液相法可分為沉淀法、溶膠-凝膠法、溶液蒸發(fā)法以及微乳液反應(yīng)法。

       3.1沉淀法

　　沉淀法是在原料液中添加適當(dāng)沉淀劑，使得原料液中的鋁離子形成各種形式的沉淀物，然后經(jīng)過(guò)濾、洗滌、干燥，加熱分解等工藝過(guò)程制得。沉淀法又可分為直接沉淀法、均勻沉淀法和水解沉淀法等。

       3.2溶膠-凝膠法

　　此法又稱膠體化學(xué)法，是利用醇鋁鹽或無(wú)機(jī)鋁鹽的水解和聚合反應(yīng)制備氫氧化鋁均勻溶膠，再濃縮成透明凝膠，凝膠經(jīng)抽真空低溫干燥可得氫氧化鋁的超微細(xì)粉，在不同的熱處理?xiàng)l件下鍛燒，可得不同晶型的納米氧化鋁。其中控制溶膠凝膠化的主要參數(shù)為溶液的PH值、溶液濃度、反應(yīng)溫度和時(shí)間等。

       3.3溶液蒸發(fā)法

　　此法分為噴霧熱解法和冷凍干燥法。即把溶液制成小滴后進(jìn)行快速蒸發(fā)從而使組分偏析最小，再經(jīng)過(guò)加熱分解制得納米微粉。噴霧熱解法是將可溶性鋁鹽硝酸鋁、碳酸鋁按等溶液用噴霧器噴入到高溫的氣氛中，溶劑的蒸發(fā)和鋁鹽的分解 同時(shí)迅速進(jìn)行，從而制得氧化鋁粉末。冷凍干燥法是將鋁鹽溶液噴霧到低溫有機(jī)溶劑中，使其迅速冷凍，然后在低溫減壓條件下升華脫水，最后再加熱分解得氧化鋁微粉。

       3.4微乳液反應(yīng)法

　　一般情況下，我們將兩種互不相溶液體在表面活性劑作用下形成的熱力學(xué)穩(wěn)定、各向同性、外觀透明或半透明、粒徑1-100 nm的分散體系稱為微乳液。Maston等用超臨界流體-反膠團(tuán)方法在AOT-丙烷-H2O體系中制備Al(OH)3 膠體粒子時(shí), 使一種反應(yīng)物在水核內(nèi)，另一種為氣體，將氣體通入液相中，充分混合使二者發(fā)生反應(yīng)而制備納米顆粒。具體方法是采用快速注入干燥氨氣 的方法得到球形均分散的超細(xì)Al(OH)3 粒子。