一種制備單分散納米α氧化鋁的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種制備單分散納米α氧化鋁的方法，首先將納米γ氧化鋁、納米氫氧化鋁或納米碳酸鋁銨顆粒分散在硫酸鉀水溶液中，并用辛基苯基聚氧乙烯醚和環(huán)己烷按一定比例混合，制備成油包水型微乳液，再將微乳液破乳、離心、干燥，得到表面具有硫酸鉀鹽殼的納米顆粒，然后在1000～1060℃煅燒，冷卻后水洗、干燥，可得到單分散納米α氧化鋁顆粒。
【專利說明】
一種制備單分散納米α氧化鋁的方法
技術領域
[0001 ]本發(fā)明屬于納米材料制備領域，涉及一種制備單分散納米α氧化鋁的方法。
【背景技術】
[0002]氧化鋁是重要的基礎原材料之一，其化學性質穩(wěn)定、硬度高、導熱性強、耐熱、耐腐蝕，廣泛應用于各種塑料、橡膠、陶瓷、電子、耐火材料等產(chǎn)品中。α相氧化鋁是所有氧化鋁晶型中使用最多的一種，由于其熔點高、耐熱性強、耐腐蝕性和耐磨性均十分優(yōu)良，因而其應用也最為廣泛。
[0003]納米氧化鋁是指尺寸在10nm以下的超細氧化鋁顆粒，由于納米顆粒的表面效應、量子尺寸效應、體積效應和宏觀量子隧道效應，納米氧化鋁具有良好的熱學、光學、電學、磁學以及化學方面的性質，因此被應用于傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)以及新材料、微電子、宇航工業(yè)等高科技領域。如納米α氧化鋁可改善陶瓷的致密性、光潔度、冷熱疲勞性、斷裂增韌性、抗蠕變性能和高分子材料產(chǎn)品的耐磨性;納米α氧化鋁可作為性能優(yōu)異的遠紅外發(fā)射材料和保溫材料應用于化纖產(chǎn)品和高壓鈉燈中；納米α氧化鋁還被用于制備YAG激光晶體和電絕緣材料。
[0004]納米氧化鋁的制備方法有鋁粉燃燒法、熱分解法、蒸發(fā)冷凝法、化學沉淀法、溶膠凝膠法、噴霧熱解法、溶劑熱法、冷凍干燥法、微乳液法等。但納米α氧化鋁的制備非常困難，其原因是α相轉變溫度在100tC以上。上述納米氧化鋁制備方法得到的納米前驅體(包括納米γ氧化鋁、納米碳酸鋁銨、納米氫氧化鋁等)必須要經(jīng)過100tC以上的高溫煅燒，而在此過程中納米顆粒將產(chǎn)生嚴重的團聚和燒結。迄今為止，尚無有效的制備單分散納米α氧化鋁的方法。
[0005]綜上所述，現(xiàn)有技術均無法避免高溫煅燒過程中納米氧化鋁顆粒之間的團聚和燒結，制備出的納米α氧化鋁也均為納米顆粒的團聚體。只有解決此問題，才能得到單分散的α
氧化鋁。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]技術問題:本發(fā)明提供了一種能有效解決高溫煅燒過程中納米氧化鋁顆粒之間燒結問題的制備單分散納米α氧化鋁的方法，可穩(wěn)定制備出單分散的納米α氧化鋁。
[0007]技術方案:本發(fā)明的制備單分散納米α氧化鋁的方法，包括以下步驟:
[0008]I)將硫酸鉀鹽溶于水，加入納米前驅體顆粒，分散成懸濁液；
[0009]2)將所述懸濁液制成油包水型微乳液；
[0010]3)向所述油包水型微乳液中加入破乳劑，進行破乳，離心，干燥，得到具有鹽殼的納米前驅體顆粒；
[0011 ] 4)將所述具有鹽殼的納米前驅體顆粒在1000?1060 V煅燒；
[0012]5)將所述步驟4)的煅燒產(chǎn)物水洗、干燥，即可得到單分散納米α氧化鋁。
[0013]進一步的，本發(fā)明方法中，所述納米前驅體為納米γ氧化鋁、納米氫氧化鋁或納米碳酸鋁銨。[OOM]進一步的，本發(fā)明方法中，所述納米前驅體顆粒的尺寸在Inm?10nm之間。
[0015]進一步的，本發(fā)明方法中，所述懸濁液中納米前驅體顆粒的濃度在0.001?lmol/L之間，硫酸鉀鹽與納米前驅體的摩爾比彡0.1。
[0016]進一步的，本發(fā)明方法中，所述油包水型微乳液的組成為:懸濁液:表面活性劑:環(huán)己烷的體積比為X: 3:7，其中0.01彡X彡3。
[0017]進一步的，本發(fā)明方法中，表面活性劑為辛基苯基聚氧乙稀醚。
[0018]進一步的，本發(fā)明方法中，破乳劑為丙酮、甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇或叔丁醇。
[0019]本發(fā)明首先將納米前驅體顆粒分散在硫酸鉀水溶液中，并將其與辛基苯基聚氧乙烯醚、環(huán)己烷按一定比例混合，制成油包水型微乳液。此時在微乳液的水相液滴中，納米前驅體顆粒被硫酸鉀溶液包圍。在此微乳液體系中加入非極性溶劑破乳，可以在破乳的同時降低硫酸鉀水溶液的極性，使硫酸鉀在納米前驅體顆粒表面析出。再經(jīng)離心、干燥后，可得到表面具有硫酸鉀鹽殼的納米顆粒。將此顆粒在α相轉變溫度之上、硫酸鉀熔點(1069 °C)之下煅燒，納米前驅體顆?？赊D變?yōu)棣料啵瑫r由于固體硫酸鉀鹽殼的隔離作用，納米氧化鋁顆粒之間不會發(fā)生團聚和燒結長大。將高溫煅燒后的產(chǎn)物水洗、干燥，即可得到單分散的納米α氧化招。
[0020]有益效果:本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點:
[0021 ]團聚和燒結現(xiàn)象是在納米粒子制備過程中的難題。由于納米顆粒粒度小，表面能大，處于能量不穩(wěn)定狀態(tài)，在范德華力和顆粒間靜電力等的作用下，極易發(fā)生團聚。而在表面氫鍵和化學鍵等作用下，納米顆粒將發(fā)生不可回復的硬團聚。納米顆粒在干燥過程中，會受到毛細表面張力和液相橋的作用，而使顆粒進一步加劇。除這些因素外，由于納米顆粒的表面能高，在環(huán)境溫度升高時，顆粒之間極易發(fā)生燒結。
[0022]超聲分散、表面改性等措施，可以減輕納米顆粒在低溫下的團聚程度，但無法解決納米顆粒在高溫下的燒結問題。而很多納米材料在制備時無法避免高溫處理過程，如碳酸鋁銨需要經(jīng)過500°C的煅燒才能分解得到γ氧化鋁，氫氧化釔需要經(jīng)過200°C煅燒才能得到氧化釔，而α氧化鋁的相轉變溫度更是高達1000°C，在高溫煅燒過程中納米顆粒將產(chǎn)生嚴重的團聚和燒結。因此，現(xiàn)有制備技術得到的納米α氧化鋁均為納米顆粒團聚體，而不是單分散納米α氧化鋁。
[0023]本發(fā)明是在納米前驅體顆粒的表面包覆一層硫酸鉀鹽殼，而硫酸鉀的熔點高達1069°C。將此具有硫酸鉀鹽殼的納米前驅體顆粒在1000°C以上、硫酸鉀熔點之下煅燒，納米前驅體顆粒可轉變?yōu)棣料?，而且由于固體硫酸鉀鹽殼的隔離作用，有效避免了納米氧化鋁顆粒之間的團聚和燒結，最后將硫酸鉀洗掉，即可得到單分散的納米α氧化鋁。
[0024]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明可以制備出單分散納米α氧化鋁，因此具有明顯的優(yōu)越性。
【具體實施方式】
[0025]以下結合具體實施例，對本發(fā)明的制備方法做進一步具體說明。
[0026]實施例1
[0027]取硫酸鉀0.0Olmol，用去離子水配制成10毫升硫酸鉀溶液；取納米γ氧化鋁0.005mol，加入硫酸鉀溶液中，并超聲分散，制成懸濁液;量取辛基苯基聚氧乙烯醚30毫升，環(huán)己烷70毫升，將懸濁液與辛基苯基聚氧乙烯醚、環(huán)己烷混合、攪拌，并超聲分散成油包水型微乳液;加入丙酮并攪拌、離心，得到具有鹽殼的納米γ氧化鋁顆粒;將此顆粒烘干后在100tC煅燒，冷卻后用去離子水洗掉硫酸鉀鹽，干燥后可得單分散α氧化鋁。
[0028]實施例2
[0029]取硫酸鉀0.0Olmol，用去離子水配制成10毫升硫酸鉀溶液；取納米氫氧化鋁0.005mol，加入硫酸鉀溶液中，并超聲分散，制成懸濁液;量取辛基苯基聚氧乙烯醚30毫升，環(huán)己烷70毫升，將懸濁液與辛基苯基聚氧乙烯醚、環(huán)己烷混合、攪拌，并超聲分散成油包水型微乳液;加入丙酮并攪拌、離心，得到具有鹽殼的納米氫氧化鋁顆粒;將此顆粒烘干后在100tC煅燒，冷卻后用去離子水洗掉硫酸鉀鹽，干燥后可得單分散α氧化鋁。
[0030]實施例3
[0031]取硫酸鉀0.0Olmol，用去離子水配制成10毫升硫酸鉀溶液；取納米碳酸鋁銨0.005mol，加入硫酸鉀溶液中，并超聲分散，制成懸濁液;量取辛基苯基聚氧乙烯醚30毫升，環(huán)己烷70毫升，將懸濁液與辛基苯基聚氧乙烯醚、環(huán)己烷混合、攪拌，并超聲分散成油包水型微乳液;加入丙酮并攪拌、離心，得到具有鹽殼的納米γ氧化鋁顆粒;將此顆粒烘干后在100tC煅燒，冷卻后用去離子水洗掉硫酸鉀鹽，干燥后可得單分散α氧化鋁。
[0032]實施例4
[0033]取硫酸鉀0.0Olmol，用去離子水配制成10毫升硫酸鉀溶液；取納米碳酸鋁銨0.005mol，加入硫酸鉀溶液中，并超聲分散，制成懸濁液;量取辛基苯基聚氧乙烯醚30毫升，環(huán)己烷70毫升，將懸濁液與辛基苯基聚氧乙烯醚、環(huán)己烷混合、攪拌，并超聲分散成油包水型微乳液;加入丙酮并攪拌、離心，得到具有鹽殼的納米碳酸鋁銨顆粒;將此顆粒烘干后在100tC煅燒，冷卻后用去離子水洗掉硫酸鉀鹽，干燥后可得單分散α氧化鋁。
[0034]實施例5
[0035]取硫酸鉀0.0Olmol，用去離子水配制成10毫升硫酸鉀溶液；取納米γ氧化鋁0.005mol，加入硫酸鉀溶液中，并超聲分散，制成懸濁液;量取辛基苯基聚氧乙烯醚30毫升，環(huán)己烷70毫升，將懸濁液與辛基苯基聚氧乙烯醚、環(huán)己烷混合、攪拌，并超聲分散成油包水型微乳液;加入丙酮并攪拌、離心，得到具有鹽殼的納米γ氧化鋁顆粒;將此顆粒烘干后在1060°c煅燒，冷卻后用去離子水洗掉硫酸鉀鹽，干燥后可得單分散α氧化鋁。
[0036]實施例6
[0037]取硫酸鉀0.0Olmol，用去離子水配制成10毫升硫酸鉀溶液；取納米γ氧化鋁0.005mol，加入硫酸鉀溶液中，并超聲分散，制成懸濁液;量取辛基苯基聚氧乙烯醚30毫升，環(huán)己烷70毫升，將懸濁液與辛基苯基聚氧乙烯醚、環(huán)己烷混合、攪拌，并超聲分散成油包水型微乳液;加入乙醇并攪拌、離心，得到具有鹽殼的納米γ氧化鋁顆粒;將此顆粒烘干后在100tC煅燒，冷卻后用去離子水洗掉硫酸鉀鹽，干燥后可得單分散α氧化鋁。
[0038]實施例7
[0039]取硫酸鉀0.0Olmol，用去離子水配制成10毫升硫酸鉀溶液；取納米γ氧化鋁0.005mol，加入硫酸鉀溶液中，并超聲分散，制成懸濁液;量取辛基苯基聚氧乙烯醚30毫升，環(huán)己烷70毫升，將懸濁液與辛基苯基聚氧乙烯醚、環(huán)己烷混合、攪拌，并超聲分散成油包水型微乳液;加入甲醇并攪拌、離心，得到具有鹽殼的納米γ氧化鋁顆粒;將此顆粒烘干后在100tC煅燒，冷卻后用去離子水洗掉硫酸鉀鹽，干燥后可得單分散α氧化鋁。
[0040]實施例8
[0041]取硫酸鉀0.0Olmol，用去離子水配制成10毫升硫酸鉀溶液；取納米γ氧化鋁0.005mol，加入硫酸鉀溶液中，并超聲分散，制成懸濁液;量取辛基苯基聚氧乙烯醚30毫升，環(huán)己烷70毫升，將懸濁液與辛基苯基聚氧乙烯醚、環(huán)己烷混合、攪拌，并超聲分散成油包水型微乳液;加入異丙醇并攪拌、離心，得到具有鹽殼的納米γ氧化鋁顆粒;將此顆粒烘干后在100tC煅燒，冷卻后用去離子水洗掉硫酸鉀鹽，干燥后可得單分散α氧化鋁。
[0042]實施例9
[0043]取硫酸鉀0.0Olmol，用去離子水配制成10毫升硫酸鉀溶液；取納米γ氧化鋁0.005mol，加入硫酸鉀溶液中，并超聲分散，制成懸濁液;量取辛基苯基聚氧乙烯醚30毫升，環(huán)己烷70毫升，將懸濁液與辛基苯基聚氧乙烯醚、環(huán)己烷混合、攪拌，并超聲分散成油包水型微乳液;加入叔丁醇并攪拌、離心，得到具有鹽殼的納米γ氧化鋁顆粒;將此顆粒烘干后在100tC煅燒，冷卻后用去離子水洗掉硫酸鉀鹽，干燥后可得單分散α氧化鋁。
[0044]實施例10
[0045]取硫酸鉀0.0OOlmol，用去離子水配制成10毫升硫酸鉀溶液；取納米γ氧化鋁0.005mol，加入硫酸鉀溶液中，并超聲分散，制成懸濁液;量取辛基苯基聚氧乙烯醚30毫升，環(huán)己烷70毫升，將懸濁液與辛基苯基聚氧乙烯醚、環(huán)己烷混合、攪拌，并超聲分散成油包水型微乳液;加入丙酮并攪拌、離心，得到具有鹽殼的納米γ氧化鋁顆粒;將此顆粒烘干后在100tC煅燒，冷卻后用去離子水洗掉硫酸鉀鹽，干燥后可得單分散α氧化鋁。
[0046]實施例11
[0047]取硫酸鉀0.0lmol，用去離子水配制成10毫升硫酸鉀溶液；取納米γ氧化鋁0.005mol，加入硫酸鉀溶液中，并超聲分散，制成懸濁液;量取辛基苯基聚氧乙烯醚30毫升，環(huán)己烷70毫升，將懸濁液與辛基苯基聚氧乙烯醚、環(huán)己烷混合、攪拌，并超聲分散成油包水型微乳液;加入丙酮并攪拌、離心，得到具有鹽殼的納米γ氧化鋁顆粒;將此顆粒烘干后在100tC煅燒，冷卻后用去離子水洗掉硫酸鉀鹽，干燥后可得單分散α氧化鋁。
[0048]實施例12
[0049]取硫酸鉀0.0Olmol，用去離子水配制成10毫升硫酸鉀溶液；取納米γ氧化鋁0.0Imol，加入硫酸鉀溶液中，并超聲分散，制成懸濁液;量取辛基苯基聚氧乙烯醚30毫升，環(huán)己烷70毫升，將懸濁液與辛基苯基聚氧乙烯醚、環(huán)己烷混合、攪拌，并超聲分散成油包水型微乳液;加入丙酮并攪拌、離心，得到具有鹽殼的納米γ氧化鋁顆粒;將此顆粒烘干后在100tC煅燒，冷卻后用去離子水洗掉硫酸鉀鹽，干燥后可得單分散α氧化鋁。
[0050]實施例13
[0051]取硫酸鉀0.0Olmol，用去離子水配制成10毫升硫酸鉀溶液；取納米γ氧化鋁0.0OOOlmol，加入硫酸鉀溶液中，并超聲分散，制成懸濁液;量取辛基苯基聚氧乙烯醚30毫升，環(huán)己烷70毫升，將懸濁液與辛基苯基聚氧乙烯醚、環(huán)己烷混合、攪拌，并超聲分散成油包水型微乳液;加入丙酮并攪拌、離心，得到具有鹽殼的納米γ氧化鋁顆粒;將此顆粒烘干后在100tC煅燒，冷卻后用去離子水洗掉硫酸鉀鹽，干燥后可得單分散α氧化鋁。
[0052]實施例14
[0053]取硫酸鉀0.0Olmol，用去離子水配制成25毫升硫酸鉀溶液；取納米γ氧化鋁0.005mol，加入硫酸鉀溶液中，并超聲分散，制成懸濁液;量取辛基苯基聚氧乙烯醚30毫升，環(huán)己烷70毫升，將懸濁液與辛基苯基聚氧乙烯醚、環(huán)己烷混合、攪拌，并超聲分散成油包水型微乳液;加入丙醇并攪拌、離心，得到具有鹽殼的納米γ氧化鋁顆粒;將此顆粒烘干后在100tC煅燒，冷卻后用去離子水洗掉硫酸鉀鹽，干燥后可得單分散α氧化鋁。
[0054]實施例15
[0055]取硫酸鉀0.0Olmol，用去離子水配制成0.1毫升硫酸鉀溶液；取納米γ氧化鋁
0.005mol，加入硫酸鉀溶液中，并超聲分散，制成懸濁液;量取辛基苯基聚氧乙烯醚30毫升，環(huán)己烷70毫升，將懸濁液與辛基苯基聚氧乙烯醚、環(huán)己烷混合、攪拌，并超聲分散成油包水型微乳液;加入丙酮并攪拌、離心，得到具有鹽殼的納米γ氧化鋁顆粒;將此顆粒烘干后在100tC煅燒，冷卻后用去離子水洗掉硫酸鉀鹽，干燥后可得單分散α氧化鋁。
[0056]實施例16
[0057]取硫酸鉀0.0Olmol，用去離子水配制成30毫升硫酸鉀溶液；取納米γ氧化鋁
0.005mol，加入硫酸鉀溶液中，并超聲分散，制成懸濁液;量取辛基苯基聚氧乙烯醚30毫升，環(huán)己烷70毫升，將懸濁液與辛基苯基聚氧乙烯醚、環(huán)己烷混合、攪拌，并超聲分散成油包水型微乳液;加入丙酮并攪拌、離心，得到具有鹽殼的納米γ氧化鋁顆粒;將此顆粒烘干后在100tC煅燒，冷卻后用去離子水洗掉硫酸鉀鹽，干燥后可得單分散α氧化鋁。
[0058]上述實施例僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出:對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和等同替換，這些對本發(fā)明權利要求進行改進和等同替換后的技術方案，均落入本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1.一種制備單分散納米α氧化鋁的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 1)將硫酸鉀鹽溶于水，加入納米前驅體顆粒，分散成懸濁液； 2)將所述懸濁液制成油包水型微乳液； 3)向所述油包水型微乳液中加入破乳劑，進行破乳，離心，干燥，得到具有鹽殼的納米前驅體顆粒； 4)將所述具有鹽殼的納米前驅體顆粒在1000?1060°C煅燒； 5)將所述步驟4)的煅燒產(chǎn)物水洗、干燥，即可得到單分散納米α氧化鋁。2.根據(jù)權利要求1所述的一種制備單分散納米α氧化鋁的方法，其特征在于，所述納米前驅體為納米γ氧化鋁、納米氫氧化鋁或納米碳酸鋁銨。3.根據(jù)權利要求1所述的一種制備單分散納米α氧化鋁的方法，其特征在于，所述懸濁液中納米前驅體顆粒的濃度在0.001?lmol/L之間，硫酸鉀鹽與納米前驅體的摩爾比多.0.1。4.根據(jù)權利要求1、2或3所述的一種制備單分散納米α氧化鋁的方法，其特征在于，所述油包水型微乳液的組成為:懸濁液:表面活性劑:環(huán)己烷的體積比為X: 3:7，其中0.0KxS3。5.根據(jù)權利要求1、2或3所述的一種制備單分散納米α氧化鋁的方法，其特征在于，所述表面活性劑為辛基苯基聚氧乙烯醚。6.根據(jù)權利要求1、2或3所述的一種制備單分散納米α氧化鋁的方法，其特征在于，所述破乳劑為丙酮、甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇或叔丁醇。
【文檔編號】C01F7/02GK106044816SQ201610365347
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月26日
【發(fā)明人】董巖, 宋立, 邵起越, 蔣建清
【申請人】東南大學