纳米三氧化二铝的应用及研究进展
纳米三氧化二铝的应用及研究进展应化100130139 吕进
摘要：本文主要简述三氧化二铝的催化原理和他的结构、组成。简述其制备的方法和表征以及其使用情况。总的说来，三氧化二铝的制备分别有以下几中方法：碱法生产三氧化二铝；酸法生产三氧化二铝；电热法生产三氧化二铝。三氧化二铝的性质，包括比表面积、孔结构、晶体结构和形貌等，主要由其制备方法决定.。氧化铝包括了α型氧化铝和γ氧化铝。
关键词：三氧化二铝，催化原理，制备，表征，球花型介孔A12O3，X-射线衍射(XRD)，Pt/A12O3的制备
Nano 3 oxidation the application and research progress Applied Chemistry 100130139 LV Jin
Abstract: this paper mainly discusses the catalytic principle and his 3 oxidation 2 aluminium structure, composition. Briefly introduces the preparation and characterization of the method and the use. On the whole, the preparation of the 3 oxidation 2 aluminium respectively in the following methods: 3 oxidation 2 aluminium production process; Acid production by 3 oxidation 2 aluminium; Electric heating method production 3 oxidation 2 aluminium. 3 oxidation the properties, including specific surface area, pore structure, crystal structure and morphology, mainly by its preparation methods decision.. Alumina including α type alumina and gamma alumina.
Key words:3 oxidation 2 aluminium, catalytic principle, preparation, characterization, the ball pattern mesoporous A12O3, X-ray diffraction (XRD), Pt/A12O3 preparation
1 组成
1 活性组分:三氧化二铝2载体:负载型催化剂3助催化剂: α-A12O3，γ- A12O3
2 结构
在α型氧化铝的晶格中，氧离子为六方紧密堆积，铝离子对称地分布在氧离子围成的八面体配位中心
3 催化原理
具有良好的孔径分布、较大的孔容和比表面积以及多种晶型的不同性能
4 制备
4.1 碱法生产A12O3
碱法的基本原理是使矿石中的A12O3与碱在一定条件下生成铝酸钠进入溶液，从而与二氧化硅和氧化铁等杂质分离，然后再使纯净的铝酸钠溶液分解析出Al(oH)3，经高温锻烧制得成品A12O3。
碱法生产A12O3又可分为拜耳法、烧结法、联合法。
4.2 酸法生产A1203
酸法是用适当的无机酸处理矿石使产生的相应铝盐(如AIC13、A12(S04)3、Al州03)3)进入溶液中，矿石中的氧化硅不与酸作用而残留于渣中;将铝盐进一步净化除铁后，使之分解得到Ab03。该法需要昂贵的耐酸设备，且所使用的酸回收十分困难，所以难以
用于大规模的工业化生产
4.3 电热法生产A12O3
电热法用来处理高铁铝矿，将矿与炭还原剂配成炉料在电弧炉内高温(2000℃)下进行还原熔炼，矿石中的氧化硅和氧化铁被还原成硅铁合金，而A12O3则呈熔状态的铝酸钙渣上浮，由于比重不同而分层，所得A12O3:渣再用碱法处理，从中提取A12O3，所得硅铁合金为成品，目前还处于研究阶段。
4.4 Pt/A12O3的制备:利用上述合成的介孔A12O3为载体，以浓度为7.72x10—2mol/L 的H_2PtC1_6溶液为R前驱体，采用“等体积浸渍法”制备Pt/Al_2O_3催化剂。合成的催化剂经干燥后分别于450℃和550℃焙烧5h。所得催化剂根据CS用量不同分别记为Pt/Al_2O_3(0.5)和Pt/A12O3(1.0)，pt含量为
5.0(wt)%。
5 表征
用X-射线衍射(XRD)，氮吸附等温线，透视电镜(TEM)，红外光谱，差热分析及粒度分析等实验手段对其进行了结构表征。
(l)XRD:以Cu靶，波长入=1.5406nm，电压为40kV，电流为100mA，DS狭缝:1/2，RS狭缝:0.3mm，SS狭缝:1/2，扫描速度2/min，对介孔氧化铝(介观结构)和介孔氧化铝进行X射线衍射测试。
(2)氮吸附等温线:样品的N_2吸附一脱附等温线用Beekman Coulter SA3100系统在液氮(77K)下测定。样品的比表面积使用相对压力p/p从0.05到0.25的吸附数据，按BTE方程计算得出，在压力区间内BTE方程具有很好的线性相关性。采用等温线的吸附分支数据，按BJH( Banett--Joyner—Halenda )模型计算样品的孔径分布。
(3)透视电镜(TEM):取少部分样品用去离子水配制成0.%1的混悬液，超声振荡10min，铜网制样，进行透射电镜观测样品形貌、孔径及孔径分布。
(4)TFIR:将介孔氧化铝(介观结构)和介孔氧化铝分别在KBr粉末中研磨、压片，用Nexus--8710(Nicolet，America)红外光谱仪进行红外分析，测试范围为
400--4000cm，分辨率为4cm，测试温度为25℃。
(5)DS:C以升温速率5℃/min，测温范围50℃一800℃，对介孔氧化铝(介观结构)进行DCS 测试。
(6)粒度分析:以蒸馏水为介质在BT一9300H型激光粒度分布仪上对所制介孔氧化铝进行粒度分析。
(7) 为了进一步考察球花型介孔A12O3的孔道有序性，并确定其晶型结构，对其做了小角和广角XRD表征。图4--7a为样品的小角XRI图，其中没有出现任何小角特征衍射峰，表明合成的球花型介孔A12O3的孔道为无序结构，这与图4--2b中TEM的表征结果一致。从图4--7b可见，球花型介孔A12O3在5~75’的广角范围内没有出现γ-A12O3的特征衍射峰，说明该球花型介孔A12O3的孔壁由无定型A12O3组成。
球花型介孔A12O3的NH3-TPD表征结果(图4--8)表明，NH3脱附峰主要集中在150~300℃的低温阶段，在400℃左右只有一个较弱的NH3脱附肩峰存在，说明合成的球花型A12O3表面酸性较弱。
6 使用情况
A12O3作为催化剂或载体主要是利用A1203良好的孔径分布、较大的孔容和比表面积以及多种晶型的不同性能。随着石油炼制、石油化工的发展，金属氧化物大量用作固体催化剂，特别是70年代后，A12O3在化工中的作用显得特别突出，广泛用于石油精炼、汽车尾气处理、氮氧化物的除去、加氢催化剂、重整反应、光催化等。
传统的A12O3以各种晶相形式存在，适合作为工业催化剂、催化剂载体、吸附剂和离子交换剂，其中γ-A12O3和β-A1203是最重要的固体酸催化剂。但由于某些缺陷(如:孔径分布较宽等)，传统A12O3的应用受到了一定的限制。介孔A12O3则由于其孔道形状和大小可以
调节等优越的性能有望能更加广泛地应用于催化剂及其载体领域。以多孔A12为代表的无机膜以其优异的机械性能以及对溶液pH值、氧化和温度的超强耐受性，在污染防治、资源利用和污水处理领域受到了人们的广泛关注。NiinaLaitine年等研究了用三氧化二铝膜处理生物处理后的水，获得了比较理想的效果。此外，采用多孔A12O3膜分离钢铁工业废水、油田采出水、生活污水均取得了较满意的结果
在α型氧化铝的晶格中，氧离子为六方紧密堆积，Al3+对称地分布在氧离子围成的八面体配位中心，晶格能很大，故熔点、沸点很高．α型氧化铝不溶于水和酸，工业上也称铝氧，是制金属铝的基本原料；也用于制各种耐火砖、耐火坩埚、耐火管、耐高温实验仪器；还可作研磨剂、阻燃剂、填充料等；高纯的α型氧化铝还是生产人造刚玉、人造红宝石和蓝宝石的原料；还用于生产现代大规模集成电路的板基
同传统的A12O3比较，m-A12O3具有孔隙率高、孔径分布窄、比表面积高的结构特点，具有良好的吸附性能、表面酸性及热稳定性，有望成为优良的催化剂载体。KF/A12O3催化剂是新型固体碱催化剂，因其实验操作简单，反应条件温和，催化活性高，选择性强等优点，在绿色有机合成中有广泛应用。其活性载体的不同而有显著差异，A120，的表面活性作用有可能对反应的立体选择有改变。在国内外己有的研究中，KF/A12O3催化剂都是以普通A12O3，和γ-A12O3为载体，通过浸泡负载制备得到。而近年来具有纳米结构的介孔Al_2O_3。由于其独特的多孔结构，具有孔隙率高、孔径分布窄、比表面积大等优点，可应用于多种催化剂的载体的制备。
7 应用
7.1 透明陶瓷：高压钠灯灯管、EP-ROM窗口。
7.2 化妆品填应用范围：原料。
7.3 单晶、红宝石、蓝宝石、白宝石、钇铝石榴石。
7.4 高强度氧化铝陶瓷、C基板、封装材料、刀具、高纯坩埚、绕线轴、轰击靶、炉管。7.5 精密抛光材料、玻璃制品、金属制品、半导体材料、塑料、磁带、打磨带。
7.6 涂料、橡胶、塑料耐磨增强材料、高级耐水材料。
7.7 气相沉积材料、荧光材料、特种玻璃、复合材料和树脂
7.8 实验催化剂。
7.9 建筑材料。
7.10在锂电池里面的主要作用是做电极涂层。
参考文献
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纳米三氧化二铝的应用及研究进展
专业：应用化学
氧化铝微纳结构材料的研究进展
氧化铝微纳结构材料的研究进展3 朱振峰,孙洪军,刘 辉,杨 冬,张建权,郭丽英 (陕西科技大学材料科学与工程学院,西安710021) 摘要 氧化铝微纳结构材料由于具有特殊的形貌、高比表面积、高介电常数、高的热和化学稳定性等特性,以及可以作为构筑单元,采用自下而上的方法合成各种超级结构材料,从而使其在吸收剂、催化剂载体、陶瓷材料、耐磨材料和新结构材料合成等诸多领域得到重要应用,已成为当前纳米材料科学领域的前沿和热点。结合近年来国内外的最新研究进展对氧化铝微纳结构材料的制备方法、表征和物性研究等进行了综述,并对其发展趋势和前景进行了展望。 关键词 氧化铝 微纳结构 制备方法R esearch Progress of Micro/N ano 2structural Alumina Materials ZHU Zhenfeng ,SUN Hongjun ,L IU Hui ,YAN G Dong ,ZHAN G Jianquan ,GUO Liying (School of Materials Science and Engineering ,Shaanxi University of Science and Technology ,Xi ’an 710021)Abstract Alumina micro/nano 2structural materials are widely used as the adsorbents ,catalyst supports ,ce 2ramics ,abrasives and the build 2blocks for synthesizing the new structural materials by bottom 2up approach ,because of its unique properties such as specific morphology ,high specific surface area and dielectric constant ,high thermal and chemical stability and so on.In this paper ,the recent development of micro/nano 2structural alumina materials are re 2viewed with respect to the preparation ,characterization ,properties and the latest developments at home and abroad in recent years.Furthermore ,the development trends and prospects of the micro/nano 2structural alumina materials are proposed. K ey w ords Al 2O 3,micro/nano 2structure ,preparation methods 3国家自然科学基金(50772064);陕西科技大学研究生创新基金资助课题 朱振峰:1963年生,教授,博士生导师,主要从事纳米粉体的合成与制备 Tel :029********* E 2mail :zhuzf @ 0 引言 随着纳米科学和技术的发展,各种具有特殊形貌的纳米结构越来越引起人们的兴趣和重视。氧化铝微纳结构材料 作为一种具有特殊结构和复杂形貌的纳米结构材料,是近几年来化学和材料科学前沿的一个日益重要的研究领域。设计和可控合成氧化铝微纳结构材料之所以受到研究者们的广泛关注是因为它们具有许多独特的性质,如特殊的形貌和结构、稳定性、可控性、自组装以及涉及光、电、催化、化学和生物反应能力等。氧化铝微纳结构材料还由于其特殊的形貌、高比表面积[1]、高介电常数、高的热和化学稳定性等特性,以及可以作为构筑单元,采用自下而上的方法合成各种超级结构材料的性质,从而使其在吸收剂、催化剂载体、陶瓷材料、耐磨材料和新结构材料合成等诸多领域都得到重要应用。 相对于氧化锌等其它无机材料,对氧化铝微纳结构材料的合成和性能进行研究的报道较少,是一个新兴的领域。本文结合近年来国内外最新的研究进展,就不同制备方法合成的氧化铝微纳结构材料、合成材料的形貌以及物性和应用等方面作一综述。 1 制备方法 1.1 水热法 水热法提供了一个在常温常压条件下无法得到的特殊的物理化学环境,使前驱物在反应系统中得到充分的溶解,并达到一定的过饱和度,从而形成原子或分子生长基元,进行成核结晶,由此促进反应的进行和各种形貌的形成,因此,水热法被广泛地应用于制备各种不同形貌的氧化铝微纳结构材料。在采用水热法制备氧化铝微纳结构材料的过程中,铝源的种类和物质的量、溶液的p H 值等都对最终产品的形貌有一定影响。另外,在水热过程中形成的一维结构也可以通过自组装的方法最终形成二维及三维结构。 (1)铝源的影响 在水热环境中铝源的种类及物质的量对产品的形貌有很大影响,通过改变铝源的种类及物质的量可以改变产品的形貌。J un Zhang 等[2]以AlCl 3?6H 2O 为铝源,将NaO H 水溶液逐滴加入到AlCl 3溶液中,然后将该混合溶液置于高压釜中200℃水热反应24h ,制得了直径约为60nm 、长为6～8 μm 的氧化铝纳米棒状结构。Taobo He 等[3]则以Al 2(NO 3)3?9H 2O 为铝源,通过控制Al (NO 3)3?9H 2O 的物质
关于碳纳米管的研究进展综述
关于碳纳米管的研究进展 1、前言 1985年9月，Curl、Smally和Kroto发现了一个由个60个碳原子组成的完美对称的足球状分子，称作为富勒烯。这个新分子是碳家族除石墨和金刚石外的新成员,它的发现刷新了人们对这一最熟悉元素的认识,并宣告一种新的化学和全新 的“大碳结构”概念诞生了。之后,人们相继发现并分离出C 70、C 76 、C 78 、C 84 等。 1991年日本的Iijima教授用真空电弧蒸发石墨电极时,首次在高分辨透射电子显微镜下发现了具有纳米尺寸的碳的多层管状物—碳纳米管。年,日本公司的科学家和匆通过改进电弧放电方法,成功的制备了克量级的碳纳米管。1993年，通过在电弧放电中加入过渡金属催化剂,NEC和IBM研究小组同时成功地合成了单壁碳纳米管；同年，Yacaman等以乙炔为碳源，用铁作催化剂首次针对性的由化学气相沉积法成功地合成了多壁碳纳米管。1996年,我国科学家实现了碳纳米管的大面积定向生长。1998年,科研人员利用碳纳米管作电子管阴极同年,科学家使用碳纳米管制作室温工作的场效应晶体管;中国科学院金属研究所成会明研究小组采用催化热解碳氢化合物的方法得到了较高产率的单壁碳纳米管和由多根单壁碳纳米管形成的阵列以及由该阵列形成的数厘米长的条带。1999年,韩国的一个研究小组制成了碳纳米管阴极彩色显示器样管。2000年,日本科学家制成了高亮度的碳纳米管场发射显示器样管。2001年,Schlitter等用热解有纳米图形的前驱体,通过自组装合成了单壁碳纳米管单晶,表明已经可以在微米级制得整体材料的单壁碳纳米管,并为宏量制备指出了方向。 2、碳纳米管的制备方法 获得大批量、管径均匀和高纯度的碳纳米管,是研究其性能及应用的基础。而大批量、低成本的合成工艺是碳纳米管实现工业化应用的保证。因此对碳纳米管制备工艺的研究具有重要的意义。目前,常用的制备碳纳米管的方法包括石墨电弧法、化学气相沉积法和激光蒸发法。一般来说,石墨电弧法和激光蒸发法制备的碳纳米管纯度和晶化程度都较高,但产量较低。化学气相沉积法是实现工业化大批量生产碳纳米管的有效方法,但由于生长温度较低,碳纳米管中通常含有
纳米三氧化二铝的应用及研究进展
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纳米材料的特性及相关应用
纳米材料的研究属于一种微观上的研究，纳米是一个十分小的尺度，而一些物质在纳米级别这个尺度，往往会表现出不同的特性。纳米技术就是对此类特性进行研究、控制。那么，关于纳米材料的特性及相关应用有哪些呢？下面就来为大家例举介绍一下。 一、纳米材料的特性 当粒子的尺寸减小到纳米量级，将导致声、光、电、磁、热性能呈现新的特性。比方说：被广泛研究的II-VI族半导体硫化镉，其吸收带边界和发光光谱的峰的位置会随着晶粒尺寸减小而显著蓝移。按照这一原理，可以通过控制晶粒尺寸来获得不同能隙的硫化镉，这将大大丰富材料的研究内容和可望获得新的用途。我们知道物质的种类是有限的，微米和纳米的硫化镉都是由硫和镉元素组成的，但通过控制制备条件，可以获得带隙和发光性质不同的材料。也就是说，通过纳米技术获得了全新的材料。纳米颗粒往往具有很大的比表面积，每克这种固体的比表面积能达到几百甚至上千㎡，这使得它们可作为高活性的吸附剂和催化剂，在氢气贮存、有机合成和环境保护等领域有着重要的应用前景。对纳米体材料，我们可以用“更轻、更高、更强”这六个字来概括。“更轻”是指借助于纳米材料和技术，我们可以制备体积更小性能不变甚至更好的器件，减小器件的体
积，使其更轻盈。如现在小型化了的计算机。“更高”是指纳米材料可望有着更高的光、电、磁、热性能。“更强”是指纳米材料有着更强的力学性能(如强度和韧性等)，对纳米陶瓷来说，纳米化可望解决陶瓷的脆性问题，并可能表现出与金属等材料类似的塑性。 二、纳米材料的相关应用 1、纳米磁性材料 在实际中应用的纳米材料大多数都是人工制造的。纳米磁性材料具有十分特别的磁学性质，纳米粒子尺寸小，具有单磁畴结构和矫顽力很高的特性，用它制成的磁记录材料不仅音质、图像和信噪比好，而且记录密度比γ-Fe2O3高几十倍。超顺磁的强磁性纳米颗粒还可制成磁性液体，用于电声器件、阻尼器件、旋转密封及润滑和选矿等领域。 2、纳米陶瓷材料 传统的陶瓷材料中晶粒不易滑动，材料质脆，烧结温度高。纳米陶瓷的晶粒尺寸小，晶粒容易在其他晶粒上运动，因此，纳米陶瓷材料具有极高的强度和高韧性以及良好的延展性，这些特性使纳米陶瓷材料可在常温或次高温下进行冷加工。如果在次高温下将纳米陶瓷颗粒加工成形，然后做表面退火处理，就可以使
纳米氧化铝的研究进展
1．5纳米氧化铝的研究进展 1．5．1氧化铝的性质 氧化铝是化学键力很强的离子键化合物。它有八种同质异形晶体：Q、B、Y、0、 q、8、K、X-A1203，其中主要的也是在工业中得到重要应用的是Q．A1203、B．A1203 和Y．A1203---种晶型。Y—A1203为低温稳定相，Q．A1203是熔点2050。C以下唯一的在任 何温度下都会稳定存在的相态，其它相态均为过渡相或不稳定相【74】。 Y．A1203属于立方晶系，尖晶石型结构，其中氧原子呈面心立方密堆积，铝原子不 规则地排列在由氧原子围成的八面体和四面体孔穴中。它的密度为3．30．3．639／cm3，只在 低温下稳定，在高温下不稳定，它不溶于水，但溶于酸或碱。y．A1203比表面很大，约 为200．600m2／g，具有强的吸附能力和催化活性，广泛用于吸附剂、催化剂和催化剂载体[751 O B．A1203是一种氧化铝含量很高的多铝酸盐，它的化学组成可近似地用RO．6A1203 或R20．1 1A1203来表示(RO为碱土金属氧化物，R20为碱金属氧化物)，其结构由碱土 金属或碱金属离子层尖晶石结构单元交替堆积而成，氧离子排列成立方密堆积结构，Na+ 完全包含在垂直于c轴的松散堆积平面内，在这个平面内可以很快扩散，呈现离子型导电，称钠离子导体。因此，13．A1203是一类重要的固体电解质【75J。 Q．A1203属于三方晶系，刚玉型结构，该结构可以看成氧离子按六方紧密排列，即ABABAB一二层重复型，而铝离子有序的填充于2／3的八面体间隙中，使其化学式成为A1203。Q．A1203熔点为2050。C，密度为3．90-4．019／cm3，模氏硬度为9。它的化学性质 稳定，不溶于水，也不溶于酸或碱，耐腐蚀且电绝缘性好，广泛应用于高硬度研磨材料、陶瓷材料、耐火材料和集成电路的基板等【75，76】。
纳米陶瓷涂层的典型应用领域
纳米陶瓷涂层的一些典型应用领域: 飞机发动机、燃气轮机零部件： 热障涂层（TBC）被广泛地应用在飞机发动机、涡轮机和汽轮机叶片上，保护高温合金基体免受高温氧化、腐蚀，起到隔热、提高发动机进口温度和发动机推重比作用的一种陶瓷涂层材料。8YSZ材料被用做热障涂层材料在军用发动机已应用几十年了，它的缺点是不能突破1200o C的使用温度，但现在军用发动机的使用温度已经超过1200o C，因此急需材料方面的突破。另外，地面燃气轮机的热障涂层材料基本受制于国外，也亟待国产化。国内外研究指出含锆酸盐的双陶瓷热障涂层被认为是未来发展长期使用温度高于1200o C的最有前景的涂层结构之一。用纳米结构锆酸盐粉体喂料制备的纳米结构双陶瓷型n-LZ/8YSZ热障涂层的隔热效果明显好于其它现有涂层，与相同厚度的传统微米结构单陶瓷型8YSZ 热障涂层相比，隔热效果提高了70%。而且，纳米结构的双陶瓷型涂层具有比其它两种涂层层更好的热震性能。 军舰船舶零部件： 纳米结构的热喷涂陶瓷涂层早已广泛应用于美国海军装备(包括军舰、潜艇、扫雷艇和航空母舰)上的数百种零部件。纳米结构陶瓷涂层的强度、韧性、耐磨性、耐蚀性、热震抗力等均比目前国内外商用陶瓷涂层材料中质量好、销量大的美科130涂层的性能显著提高。有着高出1倍的韧性，高出4-8倍的耐磨性，高出1-2倍的结合强度和抗热震性能和高出约10倍的疲劳性能。表1给出了纳米结构的热喷涂陶瓷涂层在美国海军舰船上的一些典型应用。 表1 一些美国海军舰船上应用的热喷涂纳米Al2O3/TiO2陶瓷涂层 零部件船上系统基体材料使用环境 水泵轴储水槽NiCu合金盐水 阀杆主柱塞阀不锈钢蒸汽 轴主加速器碳钢盐水 涡轮转子辅助蒸汽碳钢油 端轴主推进发动机青铜盐水 阀杆主馈泵控制不锈钢蒸汽 膨胀接头弹射蒸汽装置CuNi合金蒸汽 支杆潜艇舱门不锈钢盐水 流量泵燃料油碳钢燃料油 柴油机、工程机械零部件: 高性能纳米结构陶瓷涂层可以大幅度提高材料或零部件的硬度、韧性、耐磨性、抗腐蚀性和耐高温性能，因此可广泛应用于柴油发动机、工程机械等领域。如缸体、泵轴、机轴、曲轴、凸轮轴、轴瓦、连杆瓦、柱塞、阀杆、阀座、液压支杆、缸盖、活塞销、活塞和活塞环等零部件。如：纳米陶瓷涂层来大幅度提高曲轴的抗疲劳强度、硬度和耐磨性；纳米陶瓷涂层用于活塞无疑会是最具有高性价比的工艺技术；纳米陶瓷涂层将给与主轴瓦及连杆瓦以更高的强度、硬度和韧性，显著提高其耐磨性能，极大地减小曲轴的磨损、有效地防止烧瓦、抱瓦及烧
碳纳米管材料的研究现状及发展展望
碳纳米管材料的研究现状及发展展望 摘要： 碳纳米管因其独特的结构和优异的物理化学性能，具有广阔的应用前景和巨大的商业价值。本文综述了碳纳米管的制备方法、结构性能、应用以及碳纳米管发展趋势。 关键词：碳纳米管；制备；性质；应用与发展 1、碳纳米管的发展历史 1985年发现了巴基球(C60)；柯尔、克罗托和斯莫利在模拟宇宙长链碳分子的生长研 究中，发现了与金刚石、石墨的无限结构不同的，具有封闭球状结构的分子C60。（1996年获得诺贝尔化学奖） 1991年日本电气公司的S. Iijima在制备C60、对电弧放电后的石墨棒进行观察时，发现圆柱状沉积。空的管状物直径0.7-30 nm，被称为Carbon nanotubes (CNTs）； 1992年瑞士洛桑联邦综合工科大学的D.Ugarte等发现了巴基葱(Carbon nanoonion)； 2000年，北大彭练矛研究组用电子束轰击单壁碳纳米管，发现了Ф0.33 nm的碳纳米管,稳定性稍差; 2003年5月，日本信州大学和三井物产下属的公司研制成功Ф 0.4 nm的碳纳米管。 2004年3月下旬, 中国科学院高能物理研究所赵宇亮、陈振玲、柴之芳等研究人员，利用一定能量的中子与C70分子相互作用，首次成功合成、分离、表征了单原子数目富勒烯 分子C141。 2004 ，曼彻斯特大学的科学家发现Graphene(石墨烯)。进一步激发了人们研究碳纳米材料的热潮。 2、碳纳米管的分类 2.1碳纳米管 碳纳米管是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的无缝、中空的管体，一般可分为单壁碳纳 米管、多壁碳纳米管。 2.2纳米碳纤维 纳米碳纤维是由碳组成的长链。其直径约50-200nm，亦即纳米碳纤维的直径介于纳米碳 管（小于100 nm）和气相生长碳纤维之间。 2.3碳球 根据尺寸大小将碳球分为：(1)富勒烯族系Cn和洋葱碳(具有封闭的石墨层结构，直径在2—20nm之间)，如C60，C70等；(2) 纳米碳粉。 2.4石墨烯 石墨烯（graphene）是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，是构建其它维度碳质材料的基本单元。 3、碳纳米管的制备 3．1电弧法
纳米三氧化二铝粉体的制备与应用进展
2011年6月北京化工大学北方学院JUN.2011 北京化工大学北方学院NORTH COLLEGE OF BEIJING UNIVERSITY OF CHEMICAL TECHNOLOGY 2008级纳米材料课程论文 题目: 纳米三氧化二铝的制备与应用进展 学院：理工学院专业：应用化学班级： 学号：姓名： 指导教师: 2011年6月6日
文献综述 前言 纳米材料一般是指在一维尺度小于100nm，并且具有常规材料和常规微细粉末材料所不具有的多种反常特性的一类材料。作为纳米材料的一种，Al2O3拥有小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应一切特殊性质，所以具备特殊的光电特性、高磁阻现象、非线性电阻现象、在高温下仍具有的高强度、高韧、稳定性好等奇异特性，从而使Al2O3近年来备受关注研究并且在催化、滤光、光吸收、医药、磁介质及新材料等领域有广阔的应用前景[1]。 近年来从用途大体可以把氧化铝分为两类：第一类是用作电解铝生产的冶金氧化铝，随着氧化铝材料的广泛应用该类氧化铝占产量的大多数；第二类为非冶金氧化铝，主要包括非冶金用的氢氧化铝和氧化铝，也是通常所说的特种氧化铝，因其作用不同而与冶金氧化铝有较大的区别，主要表现在纯度、化学成分、形貌、形态等方面。由于粒径细小，纳米氧化铝可用来制作人造宝石、分析试剂以及纳米级催化剂和载体，用于发光材料可较大的提高其发光强度，对陶瓷、橡胶增韧，要比普通氧化铝高出数倍，特别是提高陶瓷的致密性、光洁度、冷热疲劳等。纳米氧化铝已用于YGA激光器的主要部件和集成电路基板，并用在涂料中来提高耐磨性[2]。随着人们对自身健康的关注和环保意识的增强，绿色化学理念正在材料制备与应用领域备受关注[3]。
碳纳米管的研究进展
碳纳米管的研究进展* 王全杰1,2** 王延青1*** （1. 陕西科技大学资源与环境学院，陕西 西安 710021；2. 烟台大学化学生物理工学院， 山东 烟台 264005） 摘要：碳纳米管是由石墨层片卷成的管状结构的一种新型纳米材料，拥有独特的物理化学、电学、热学和机械性能以及十分诱人的应用前景。文章对碳纳米管的制备方法、性质、纯化及应用前景进行了简要的综述。 关键词：碳纳米管；合成；性能；纯化；应用 中图分类号G 311 文献标识码 A Progress of Research for Carbon Nanotubes Wang Quanjie 1,2,Wang Yanqing 1 （1.College of Resource and Environment，Shaanxi University of Science and Technology，Xi’an 710021,China；2. Chemistry and Biology College，Yantai University，Yantai 264005,China）Abstract: Carbon nanotubes are a new class of nano-material with tubular structure formed via rolling-up of coaxial sheets of graphite. They have unique physicochemical, electrical, thermal and mechanical properties, opening up various intriguing possibilities for applications. The preparation methods, properties, methods of purification and application of carbon nanotubes are briefly reviewed. Key words: carbon nanotubes；synthesis；property；purification；application 自1991年日本科学家Lijima发现碳纳米管(Carbon Nanotubes,简称CNTs)，1992年Ebbesn等人提出了实验室规模合成碳纳米管的方法后，其独特的结构和物理化学性质受到人们越来越多的关注[1]。碳纳米管因具有尺寸小、机械强度高、比表面大、电导率高、界面效应强等特点,从而使其具有特殊的机械、物化性能，在工程材料、催化、吸附、分离、储能器件电极材料等诸多领域中具有重要的应用前景。 *基金来源：山东省科技攻关项目（2008GG10003020） **第一作者简介：王全杰，男，1950年生，教授 ***通讯联系人
纳米陶瓷及其主要性能简析
纳米陶瓷 及其主要性能简析 [摘要] 纳米陶瓷的超细晶粒、高浓度晶界以及晶界原子邻近状况决定了它们具有明显区别于普通陶瓷的特异性能。本文对纳米陶瓷的这些主要的特异性能进行了阐述。 [关键词] 纳米陶瓷、显微结构、晶界、扩散、烧结、强度、韧性、超塑性 [引言] 陶瓷材料作为材料的三大支柱之一 ,在日常生活及工业生产中起着举足轻重的作用。但是 ,由于传统陶瓷材料质地较脆 ,韧性、强度较差 ,因而使其应用受到了较大的限制。随着纳米技术的广泛应用 ,纳米陶瓷随之产生 ,希望以此来克服陶瓷材料的脆性 ,使陶瓷具有象金属一样的柔韧性和可加工性。英国著名材料专家 Cahn 在《自然》杂志上撰文说：纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径。 一、纳米陶瓷及其结构简介 所谓纳米陶瓷是指在陶瓷材料的显微结构中，晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔尺寸、缺陷尺寸等都是纳米水平的一类陶瓷。 我们知道陶瓷的烧结中粉料的粒度是重要的影响因素。粒度越小，粉粒的表面积越大，表面能越大，烧结的推动力越大；同时晶界所占体积越大，扩散越容易，因而烧结速度越快。当陶瓷中晶粒尺寸减小一个数量级，晶粒的表面积及晶界的体积亦以相应的倍数增加。如晶粒尺寸为nm 6~3，晶界的厚度为nm 2~1时，晶界的体积约占整个体积的%50。由于晶粒细化引起表面能的急剧增加。 纳米陶瓷由纳米量级的粉料烧结而成，是晶粒尺寸在nm 100~1之间的多晶陶瓷。所以结构中包含纳米量级的晶粒、晶界和缺陷。由于晶粒细化，晶界数量大幅度增加。当晶粒尺寸在nm 25以下，若晶界厚度为nm 1，则晶界处原子百分数达%50~%15，单位体积晶界的面积达32/600cm m ，晶界浓度达3 19/10cm 。 纳米陶瓷这样的特殊结构，使得其具有特殊的性能。 二、纳米陶瓷的主要性能及其简析 纳米陶瓷中纳米量级的晶粒、晶界和缺陷决定了它们具有区别于普通陶瓷的特殊性能，是纳米陶瓷性能优于普通陶瓷的根本原因所在。 1、 较低的烧结温度和较快的致密化速度
碳纳米管的改性研究进展
碳纳米管的改性研究进展 摘要：碳纳米管因其独特的结构与优异的性能，在许多领域具有巨大的应用潜力而引起了广泛的关注。由于碳纳米管不溶于水和有机溶剂，极大地制约了其性能的应用，因此碳纳米管的功能化改性 就成为目前研究的热点。本文简要介绍了碳纳米管及其性质作，详细阐述了碳纳米管的改性研究进展，并对今后的研究方向进行了展望。 关键词：碳纳米管；结构与性能；功能化；共价改性；非共价改性 1. 碳纳米管及其性能简介 1.1碳纳米管的结构 碳纳米管（Carbon Nanotubes，CNTs）是1991年由日本筑波NEC公司基础研究实验室的Iijima在高分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时意外发现的一种具有一维管状结构的碳纳米材料。因其独特的准一维管状分子结构、优异的力学、电学和化学性质及其在高科技领域中潜在的应用价值，引起了世界各国科学家们的广泛关注，由此引发了碳纳米管的研究热潮和十多年来纳米科学和技术的飞速发展。 碳纳米管是单层或多层石墨片围绕中心轴按一定的螺旋角卷曲而成的无缝、中空的 微管，每层纳米管是一个由碳原子通过SP2杂化与周围3个碳原子完全键合后所构成的 六边形平面组成的圆柱面。根据构成管壁碳原子层数的不同，CNTs可以分为:单壁碳纳 米管(single-walled carbon nanotube，SWNT)和多壁碳纳米管(multi-walled carbon nanotube, MWNT)两种形式。MWNTs的层间接近ABAB堆垛，其层数从2～50不等，层间距为0.34±0.01nm，与石墨层间距（0.34nm）相当。MWNTs的典型直径和长度分别为2～30nm 和0.1～50μm；SWNTs典型的直径和长度分别为0.75～3nm和1～50μm。与MWNTs 比，SWNTs是由单层圆柱型石墨层构成，其直径的分布范围小，缺陷少，具有更高的 均匀一致性。无论是MWNTs还是SWNTs都具有很大的长径比，一般为100～1000， 最大可达到1000～10000，可以认为是一维分子。CNTs有直形、弯曲、螺旋等不同外形。在MWNTs中不同石墨层的螺旋角各不相同，由Euler定理可知，在CNTs的弯曲处，一定要有成对出现的五元环和七元环才能使碳纳米管在弯曲处保持光滑连续，而封 闭的两端半球形或多面体的圆拱形是由五元环参与形成的。但是实际制备的CNTs或多 或少存在这样那样缺陷，主要缺陷有三种类型：拓扑学缺陷，重新杂化缺陷和非完全键
纳米陶瓷技术
纳米陶瓷技术 摘要:纳米陶瓷粉体是介于固体与分子之间的具有纳米数量级尺寸的亚稳态中间物质。随着粉体的超细化，其表面电子结构和晶体结构发生变化，产生了块状材料所不具有的特殊的效应。纳米陶瓷的超细晶粒、高浓度晶界以及晶界原子邻近状况决定了它们具有明显区别于普通陶瓷的特异性能。本文对纳米陶瓷的这些主要的特异性能及其制备进行了阐述。 关键词：纳米陶瓷；性能；制备 陶瓷材料作为材料的三大支柱之一，在日常生活及工业生产中起着举足轻重的作用。但是，由于传统陶瓷材料质地较脆，韧性、强度较差，因而使其应用受到了较大的限制。所以随着纳米技术的广泛应用，纳米陶瓷随之产生，希望以此来克服陶瓷材料的脆性，使陶瓷具有像金属一样的柔韧性和可加工性。 一、纳米陶瓷 纳米陶瓷是80年代中期发展起来的先进材料。利用纳米技术开发的纳米陶瓷材料是指在陶瓷材料的显微结构中，晶粒、晶界以及它们之间的结合都处在纳米水平，使得材料的强度、韧性和超塑性大幅度提高，克服了工程陶瓷的许多不足，并对材料的力学、电学、热学、磁学、光学等性能产生重要影响，为替代工程陶瓷的应用开拓了新领域。 二、纳米陶瓷材料的性能研究 2.1 力学性能 研究表明当陶瓷材料成为纳米材料后，材料的力学性能得到极大改善，主要表现在以下三个方面: 1)断裂强度大大提高；2)断裂韧性大大提高；3)耐高温性能大大提高。与此同时，材料的硬度、弹性模量、热膨胀系数都会发生改变。 不少纳米陶瓷材料的硬度和强度比普通陶瓷材料高出4～5倍。在陶瓷基体中引入纳米分散相并进行复合，不仅可大幅度提高其断裂强度和断裂韧性，明显改善其耐高温性能，而且也能提高材料的硬度、弹性模量和抗热震、抗高温蠕变的性能。 2.2 低温超塑性 陶瓷的超塑性是由扩散蠕变引起的晶格滑移所致，扩散蠕变率与扩散系数成正比，与晶粒尺寸的3次方成反比，普通陶瓷只有在很高的温度下才表现出明显的扩散蠕变。而纳米陶瓷的扩散系数提高了3个数量级，晶粒尺寸下降了3个数量级，因而其扩散蠕变率较高，在较低的温度下，因其较高的扩散蠕变速率而对外界应力做出迅速反应，造成晶界方向的平移，表现出超塑性，使其韧性大为提高。
纳米氧化铝的研究
纳米氧化铝的研究及应用 [摘要] 纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术，纳米科学与技术将对其他学科、产业和社会产生深远的影响。文章概述了纳米氧化铝的结构、性能、用途、制备等方面，更深入地了解了纳米氧化铝材料，并展望了纳米氧化铝材料的应用前景。 [关键字] 纳米氧化铝结构性能用途制备方法 [前言] 近年来, 纳米氧化铝材料备受到人们普遍关注,其广阔的应用前景引起了世界各国科技界和产业界的高度关注，因此作为21世纪具有发展前途的功能材料和结构材料之一，纳米氧化铝材料一直都是纳米材料研究领域的热点。 1 纳米氧化铝的结构与性质 Al2O3有很多同质异晶体，常见的有三种，即：α- Al2O3、β- Al2O3、γ- Al2O3。除β- Al2O3是含钠离子的Na2O-11Al2O3外,其他几种都是Al2O3的变体。β- Al2O3、γ- Al2O3晶型在1000~1600℃条件下，几乎全部转变为α- Al2O3。 ①α-Al2O3 α- Al2O3为自然界中唯一存在的晶型，俗称刚玉。天然刚玉一般都含有微量元素杂质，主要有铬、钛等因而带有不同颜色。刚玉的晶体形态常呈桶状、柱状或板状，晶形大都完整，具玻璃光泽。α- Al2O3
属六方晶系，氧离子近似于六方密堆排列，即ABAB???二层重复型。在每一晶胞中有4个铝离子进入空隙，下图为α- Al2O3结构中铝离子填入氧离子紧密堆积所形成的八面体间隙。 由于具有较高的熔点、优良的耐热性和耐 磨性，α- Al2O3被广泛的应用在结构与功 能陶瓷中。 ②β- Al2O3 β- Al2O3是一种含量很高的多铝酸盐矿物，它不是一种纯的氧化铝，其化学组成可近似用MeO-6 Al2O3和Me2O-11Al2O3表示（MeO 指CaO、BaO、SrO等碱土金属氧化物；Me2O指的是Na2O、K2O、Li2O）。β- Al2O3(Me2O-11Al2O3)由[NaO]-层和[Al11O12]+类型尖晶石单元交叠堆积而成，氧离子排列成立方密堆积，钠离子完全包含在[Na0]-层平面内，并且可以很快扩散。适当条件下，它具有很高的离子电导率，因而被广泛地应用于电子手表、电子照相机、听诊器和心脏起博器的生产中。 ③γ- Al2O3 γ- Al2O3是最常见的过渡型氧化铝，属立方晶系，为尖晶石结构，在自然界中是不存在的物质。由氧离子形成立方密堆积，Al3+填充在间隙中。γ- Al2O3得密度为3.42～3.62g/ cm3，在1000℃时可以缓慢的转变为α- Al2O3，是水铝矿（Al2O3?H2O或Al2O3?3H2O）或氢氧化铝在加热中生成的过渡氧化铝物质。γ相粒子主要用途是作为催化剂的载体，目前多采用在γ相中添加稀土元素等微量元素来改善它的表面
碳纳米管研究进展
碳纳米管研究进展 摘要： 碳纳米管是一种具有独特结构的一维量子材料，由石墨碳原子层卷曲而成。 纳米材料被誉为21世纪的重要材料，而作为新型纳米材料的碳纳米材料因其本身所拥有的潜在优越性，在化学、物理学及材料学领域具有广阔的应用前景，成为全球科学界各级科研人员争相关注的焦点。碳纳米管因其独特的结构和优异的物理化学性能，具有广阔的应用前景和巨大的商业价值。近年来，美国、日本、德国和中国等国家相继成立了纳米材料研究机构，碳纳米管的研究进展随之加快，并在制备方面取得了突破性进展。 关键词： 碳纳米管、制备、应用、最新研究 正文： 1、碳纳米管的制备： 碳纳米管的制备方法主要有：电弧法、激光烧蚀(蒸发)法、催化裂解或催化化学气相沉积法(CCVD),以及在各种合成技术基础上产生的定向控制生长法等方法。 电弧法——石墨电弧法是最早的、最典型的碳纳米管合成方法。其原理为电弧室充惰性气体保护，两石墨棒电极靠近，拉起电弧，再拉开，以保持电弧稳定。放电过程中阳极温度相对阴极较高，所以阳极石墨棒不断被消耗，同时在石墨阴极上沉积出含有碳纳米管的产物。由于电弧放电剧烈，难以控制进程和产物，合成物中有碳纳米颗粒、无定形炭或石墨碎片等杂质，杂质很难分离。所以研究者在优化电弧法制取碳纳米管方面做了大量的工作。为减少相互缠绕的碳纳米管在阴极上的烧结，D.T.Collbert将将石墨阴极与水冷铜阴极座连接，大大减少了碳纳米管的缺陷。C.Journet等在阳极中填入石墨粉末和铱的混合物，实现了SWNTs的大量制备。研究发现，铁组金属、一些稀土金属和铂族元素或以单个金属或以二金属混合物均能催化SWNTs合成。 近年来，人们除通过调节电流、电压，改变气压及流速，改变电极组成，改进电极进给方式等优化电弧放电工艺外，还通过改变打弧介质，简化电弧装置。 催化裂解法——催化裂解法亦称为化学气相沉积法，其原理是通过烃类或含碳氧化物在催化剂的催化下裂解而成。目前对化学气相沉积法制备碳纳米管的研究表明，选择合适的催化剂、碳源以及反应温度十分关键。K.Hernadi等发现碳源的催化活化顺序为：乙炔＞丙酮＞乙烯＞正茂烷＞丙烯≥甲醇=甲苯≥甲烷。 Ren等在666℃条件下,在玻璃上通过等频磁控管喷镀法镀上厚度为40nm的金属镍,以乙炔气体作为碳源,氨气作为催化剂,采用等离子体热流体化学蒸气分解
碳纳米管纳米材料的应用要点
碳纳米管及其复合材料在储能电池中的应用摘要碳纳米管具有良好的机械性能和导电性、高化学稳定性、大表面积以及独特的一维结构，选择合适的方法制备出碳纳米管复合材料，可以使其各种物理化学性能得到增强，因而在很多领域有着极大的应用前景，尤其是在储能电池中的应用。本文分析了碳纳米管及其复合材料的特点，总结了碳纳米管的储锂机理，对其发展趋势作了展望。 关键词碳纳米管复合材料储能电池应用 Abstract carb on nano tubes(CNTs) are nano meter-sized carb on materials with the characteristics of unique one-dimensional geometric structure large surface area high electrical conductivity，elevated mechanical strength and strong chemical inertn ess. Selecti ng appropriate methods to prepare carb on nano tube composites can enhance physical and chemical properties , and these composites have a great future in many areas especially in energy storage batteries . In this paper, based on the analysis and comparis on of the adva ntages and disadva ntages of carb on nano tube composites the enhan ceme nt mecha ni sms of the CNTs catalysts are in troduced. Afterwardthe lithium ion storage properties are summarized according to the preparation methods of composite materials. Finally, the prospects and challenge for these composite materials are also discussed. Keywords carb on nano tube; composite; en ergy storage batteries; applicati on 1引言 碳纳米管(CNTs)在2004年被人们发现，是一种具有特殊结构的一维量子材料,它 的径向尺寸可达到纳米级，轴向尺寸为微米级，管的两端一般都封口，因此它有很大的强度，同时巨大的长径比有望使其制作成韧性极好的碳纤维。碳纳米管由于其独特的一维纳米形貌被作为锂离子电池负极材料广泛研究，通过对碳纳米管进行剪切，官能化及掺杂等方法进行改性处理，能有效的减少碳纳米管的首次不可逆容量，增加可逆的储锂比容量。此外，碳纳米管的中空结构也成为抑制高容量金属及金属氧化物体积膨胀理想复合基体。本文中，我们研究了碳纳米管的储锂性能，考察了碳纳米管作为锡类复合材料基体，其内部限域空间对高容量金属及金属氧化物的储锂性能促进的具体原因。该研究结果为碳纳米管以及其他具有限域空间的结构在锂离子电池中的应用提供了参考。 2碳纳米管的储锂机理和应用 相比广泛应用的石墨类材料，碳纳米管在锂离子电池负极材料中有其独特的应用优势。首先，碳纳米管的尺寸在纳米级，管内及间隙空间也都处于纳米尺寸级，因而具有纳米材料的小尺寸效应，能有效的增加锂离子在化学电源中的反应活性空间；其次，碳纳米管的比表面积较大，能增加锂离子的反应活性位，并且随着碳纳米管的管径减小其表现出非化学平衡或整数配位数的化合价，储锂的容量增大；第三，碳纳米管具有良好的导
碳纳米管的研究进展及应用
碳纳米管的研究进展及应用 一引言 1.1 纳米材料 纳米材料是近年来受到人们极大关注的新型领域，纳米材料的概念形成于20世纪80年代，在上世纪90年代初期取得较大的发展。 广义地说，纳米材料是指其中任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料[1]。当小粒子尺寸加入纳米量级时，其本身具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。 纳米材料具有四大特点: 尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子比例大。从而使其具有奇异的力学、电学、光学、热学、化学活性、催化和超导特性，使纳米材料在国防、电子、化工、催化剂、医药等各种领域具有重要的应用价值。 1.2 碳纳米管 碳是自然界分布非常普遍的一种元素。碳元素的最大的特点之一就是存在多种同素异形体，形成许许多多的结构和性质完全不同的屋子。长期以来，人们一直以为碳的晶体只有两种：石墨和金刚石。直到1985年，英国科学家Kroto 和美国科学家Smalley在研究激光蒸发石墨电极时发现了碳的第三种晶体形式 C60[2]，从此开启了人类认识碳的新阶段。 1991年，日本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家饭岛（Iijima）发现了多壁碳纳米管（MultiWalled Carbon Nanotubes ，MWNTs），直径为4-30nm，长度为1um。，最初称之为“Graphite tubular”。 1993年单壁碳纳米管也被发现（Single-Walled Carbon Nanotubes ，SWNTs），直径从0.4nm到3-4nm，长度可达几微米。碳纳米管（CNT）[3]又名巴基管，是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级、管子两端基本上都封口）的一维量子材料。 它是由单层或多层石墨片围绕中心轴按一定的螺旋角卷绕而成的无缝、中空的“微管”，每层由一个碳原子通过sp2杂化与周围3个碳原子完全键合后所构成的六边形组成的圆柱面。根据形成条件的不同，碳纳米管存在多壁碳纳米管(MWNTs)和单壁碳纳米管(SWNTs) 两种形式。