納米氧化鋁粉體的制備與應用進展

　　納米氧化鋁粉體尺寸介于1-100 nm之間，20世紀80年代中期H.Gleiter等首次制得，隨后經(jīng)過廣泛研究，對納米氧化鋁的認識不斷加深，發(fā)現(xiàn)它除了具有納米效應外，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、對光有強烈的吸收能力、熔點低、化學活性強，易發(fā)生化學反應、低溫時幾乎沒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和應用領(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，國內(nèi)外已被廣泛用作汽車尾氣催化劑、石油煉制催化劑、加氫和加氫脫硫催化劑等的載體；β-Al2O3 具有快離子導電性能，燒結(jié)體可以用于制備電池； α-Al2O3 可以制備高強度、高硬度、高韌性、高機械強度的陶瓷件，如切削工具、模具、磨料等。

　　納米氧化鋁由于表面效應、量子尺寸效應、體積效應、宏觀量子隧道效應的作用而具有良好的熱學、光學、電學、磁學以及化學方面的性質(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，隨著科學技術(shù)的迅猛發(fā)展，納米氧化鋁的應用領(lǐng)域會得到更大地拓寬，市場需求量也會日益增大，應用前景非常廣闊。

圖三 納米氧化鋁的應用

　　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，克服納米化而導致的顆粒團聚現(xiàn)象無疑是納米材料性質(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題。到目前為止，國內(nèi)外對于納米氧化鋁的 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氧化鋁的方法；熱解法是將鋁鹽經(jīng)過熱分解反應，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)過退火處理，使非晶晶化。由于非晶態(tài)在熱力學上是不穩(wěn)定的，在受熱或輻射條件下會出現(xiàn)晶化現(xiàn)象，控制適當?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)生物理或化學變化，在冷卻過程中凝聚長大形成超微粉的方法。

       2.1激光誘導氣相沉積法

　　激光誘導氣相沉積合成技術(shù)主要是利用激光產(chǎn)生高溫環(huán)境，使得反應物在瞬間發(fā)生反應，產(chǎn)生超微粒的小胚胎。然后這些小胚胎會長大，當離開激光照射區(qū)時被快速冷卻而停止生長，形成微粉進入收集器，最后進行相應的處理，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，形成氧化物。然后，對產(chǎn)物進行快速冷卻，使其形成微小顆粒即納米氧化鋁。最后，對其進行收集。

       2.3化學氣相沉積法

　　化學氣相沉積是氯化鋁在遠高于臨界反應溫度的條件下，使反應物蒸氣形成很高的飽和蒸氣壓，自動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

　　液相法是目前實驗室和工業(yè)上廣泛采用的制備超微粉的方法。其過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，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)法以及微乳液反應法。

       3.1沉淀法

　　沉淀法是在原料液中添加適當沉淀劑，使得原料液中的鋁離子形成各種形式的沉淀物，然后經(jīng)過濾、洗滌、干燥，加熱分解等工藝過程制得。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

　　此法又稱膠體化學法，是利用醇鋁鹽或無機鋁鹽的水解和聚合反應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粉，在不同的熱處理條件下鍛燒，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、反應溫度和時間等。

       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行快速蒸發(fā)從而使組分偏析最小，再經(jīng)過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 同時迅速進行，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-反膠團方法在AOT-丙烷-H2O體系中制備Al(OH)3 膠體粒子時, 使一種反應物在水核內(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Al(OH)3 粒子。