Al2O3纳米颗粒的制备解析
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溶胶一凝胶法制得的颗粒粉体化学均匀性好、纯度高、颗粒细。 尽管开发出的无机盐溶胶一凝胶法工艺,避免了昂贵的醇盐和有毒的 有机溶剂,但需要对凝胶进行长时间洗涤。表1给出Al(NO3)3经各种醇 在苯溶剂中醇化制得的。
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Al2O3纳米颗粒的制备
（5）微乳液法 微乳液法是一种近年发展起来的制备Al2O3纳米颗 粒的方法,一般是以两种不相溶的物质在表面活性剂的作 用下形成乳液。Pang等人以环己胺为油相,Triton X-114 为表面活性剂,制备出了颗粒尺寸约为52 nm的α - AI2O3 纳米颗粒。 6)气相法 气相法是直接利用气体或者通过各种手段将物质变 成气体,使之在气体状态下发生物理变化或化学反应,最 后在冷却过程中凝聚长大形成纳米微粒的方法。气相法 包括蒸发凝聚法、化学气相沉积(CVD)法、等离子气相合 成(PVD)法和爆炸丝法等
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Al2O3纳米颗粒的制备
（a)7000C
(b)10000C
(c)14000C
图2 不同温度处理样品的TEM照片
11 图2为700、1000、1400度热处理后样品的TEM照片,从照片上可以看出,700度热处理样品的粒度非常小,其平均 粒径在10 nm以下,样品呈球形,规则均匀11000e热处理样品的粒度有所长大,平均粒径约15 nm,1400度热处理的
对于制备弱团聚的α - AI2O3纳米颗粒来说,是比较理想的。
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Al2O3纳米颗粒的制备
（3）化学沉淀法 将沉淀剂在一定条件下进行分解或者水解,使其释放可 以与铝盐物质反应的离子。如在一定pH值下,利用AI(NO3)3 、 Al2(S04)3、或AICI3溶液为原料,加入分散剂,利用氨水、尿 素或碳酸氢按为沉淀剂,都可沉淀出氢氧化铝沉淀,经脱水便
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Al2O3纳米颗粒的制备
高能机械球磨法主要是利用球磨机的转动和振动,为原 料提供能量,在此过程中原料可能发生化学发应变化,产物会 由于硬球对原料强烈的撞击、研磨和搅拌而被粉碎,从而制 备出尺寸在纳米级别的粉体。Karagedov等采用高能球磨法 对亚微米α-AI2O3粉体进行研磨,制备出无团聚的α-AI2O3纳 米 颗粒,粉体粒径在18-40 nm。但是改种方法制备的粉体纯度 较低，而且颗粒分布较广。
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Al2O3纳米颗粒的制备
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Al2O3纳米颗粒的制备
• （2）热分解法
通过化学反应制备前驱体，然后经过高温煅烧制备
α -AI2O3粉体。例如制备的前驱体NH4Al0(0H)HC03通过高
温锻烧后分解相变为α - AI2O3 由于在锻烧过程中,NH4A10(0H)HC03释放处大量的气体 ，这些气体对前期颗粒的闭聚起到了一定的隔离效果,因此
Al2O3纳米颗粒的制备
Al2O3纳米颗粒的制备
内容
Al2O3纳米颗粒的制备
Al2O3纳米颗粒的制备方法的比较
Al2O3纳米颗粒研究中存在的问题
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Al2O3纳米颗粒的制备
纳米陶瓷是指具有纳米微观结构和纳米效应的一类陶 瓷。纳米微观结构是指晶粒尺寸,缺陷尺寸,晶界宽度,第 二相分布和气孔尺寸等纳米材料的一系列微观参数均处 于纳米级别。纳米效应,是指具有小尺寸效应、宏观量子 險道效应、表面效应等。 制备纳米陶瓷分为三步：粉体制备、素胚成型和胚体烧 结 1.Al2O3纳米颗粒的制备 目前具有很多制备Al2O3颗粒的方法，具有代表性的 有： （1）高能机械球磨法
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Al2O3纳米颗粒的制备方法的比较
2.不同制备Al203纳米颗粒粉体方法的比较 综合各种制备Al203纳米颗粒粉体的方法都有其优点和 缺点.可以看出,沉淀法由于原料易得、过程简单、可大批 量生产等特点称为相对高效、廉价的方法。因此沉淀法制 备α -A12O3纳米颗粒无疑是最佳选择。但是沉淀法目前主 要存在以下几点问题： (1)在沉淀A12O3前驱体过程中,由于物料局部浓度过高 等,易造成前驱体颗粒的凝聚及颗粒形状、大小不均; (2)前驱体须经一定温度的锻烧才能得到α -A12O3纳米 颗粒,高温锻烧必将导致纳米颗粒的团聚或烧结。
Al2O3纳米颗粒的制备
采用高分子网络法（分散性和晶粒尺寸）制备α-Al2O3纳米颗粒 在Al(NO3)3溶液中加入丙烯酞胺单体、N,N一亚甲基丙烯酞胺,通过无机盐 溶胶一凝胶法制得10nm的α -A12O3粉体,其工艺流程如图3：
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图3 α -A12O3粉体合成工艺流程图
Al2O3纳米颗粒的制备
可获得A1203粉末
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Al2O3纳米颗粒的制备
图1沉淀法制备α-AI2O3 纳米颗粒技术路线
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Al2O3纳米颗粒的制备
图化学沉淀法得到的α -Al2O3纳米颗粒的TEM照片
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Al2O3纳米颗粒的制备
（4）溶胶凝胶法 这种方法是通过胶体化学的原理来制备颗粒的。将金 属醇盐或无机盐通过水解缩合化学发应,形成凝胶或解凝形成 溶胶,通过溶质聚合再凝胶化。将制备的凝胶干燥,烧去有机 成分,最后得到纳米陶瓷颗粒。 下图1是通过该方法获得的Al2O3纳米颗粒样品在不同 温度下的TEM照片：
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Al2O3纳米颗粒的制备
（7）爆轰法
用爆轰法处理硝酸盐、氯酸盐及有机盐可以简单快 速地制备出属氧化物、混合金属氧化物,用爆轰方法合成 氧化物纳米粉体成为爆炸力材料材料学结合的新研究方向。 代表性Al(N03)3H2O铝盐进行爆轰制得平均晶粒为25nm的 ห้องสมุดไป่ตู้12O3纳米球，反应如下：
Al(N03)3H2O+1.19C5H8N4O12→0.5Al2O3+13.75H20+5.13NO+1. 31N2↑+2233.5KJ 该方法工艺简单,但具有危险性,且粉末收集也有难度。 此外,还有喷雾法、冻结干燥法等其他制备技术。
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Al2O3纳米颗粒的制备方法的比较
因此,对Al2O3纳米颗粒粉体制备的研究应着重在以下几个方 面进行: (1)降低生产成木,有效控制氧化铝前驱体的微结构,提高其 分散性; (2)探索对粒子大小与形貌进行有效控制的方法,系统研究在 制备Al2O3前驱体时溶液的pH值、浓度、沉淀速度、沉淀的 过滤、洗涤、干烘方式等对A1203前驱体的微结构的影响; (3)改进锻烧方式,探索弱团聚的A12O3纳米粉体的低温形成
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Al2O3纳米颗粒的制备
（5）微乳液法 微乳液法是一种近年发展起来的制备Al2O3纳米颗 粒的方法,一般是以两种不相溶的物质在表面活性剂的作 用下形成乳液。Pang等人以环己胺为油相,Triton X-114 为表面活性剂,制备出了颗粒尺寸约为52 nm的α - AI2O3 纳米颗粒。 6)气相法 气相法是直接利用气体或者通过各种手段将物质变 成气体,使之在气体状态下发生物理变化或化学反应,最 后在冷却过程中凝聚长大形成纳米微粒的方法。气相法 包括蒸发凝聚法、化学气相沉积(CVD)法、等离子气相合 成(PVD)法和爆炸丝法等
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Al2O3纳米颗粒的制备
（a)7000C
(b)10000C
(c)14000C
图2 不同温度处理样品的TEM照片
11 图2为700、1000、1400度热处理后样品的TEM照片,从照片上可以看出,700度热处理样品的粒度非常小,其平均 粒径在10 nm以下,样品呈球形,规则均匀11000e热处理样品的粒度有所长大,平均粒径约15 nm,1400度热处理的
对于制备弱团聚的α - AI2O3纳米颗粒来说,是比较理想的。
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Al2O3纳米颗粒的制备
（3）化学沉淀法 将沉淀剂在一定条件下进行分解或者水解,使其释放可 以与铝盐物质反应的离子。如在一定pH值下,利用AI(NO3)3 、 Al2(S04)3、或AICI3溶液为原料,加入分散剂,利用氨水、尿 素或碳酸氢按为沉淀剂,都可沉淀出氢氧化铝沉淀,经脱水便
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Al2O3纳米颗粒的制备
高能机械球磨法主要是利用球磨机的转动和振动,为原 料提供能量,在此过程中原料可能发生化学发应变化,产物会 由于硬球对原料强烈的撞击、研磨和搅拌而被粉碎,从而制 备出尺寸在纳米级别的粉体。Karagedov等采用高能球磨法 对亚微米α-AI2O3粉体进行研磨,制备出无团聚的α-AI2O3纳 米 颗粒,粉体粒径在18-40 nm。但是改种方法制备的粉体纯度 较低，而且颗粒分布较广。
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Al2O3纳米颗粒的制备
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Al2O3纳米颗粒的制备
• （2）热分解法
通过化学反应制备前驱体，然后经过高温煅烧制备
α -AI2O3粉体。例如制备的前驱体NH4Al0(0H)HC03通过高
温锻烧后分解相变为α - AI2O3 由于在锻烧过程中,NH4A10(0H)HC03释放处大量的气体 ，这些气体对前期颗粒的闭聚起到了一定的隔离效果,因此
Al2O3纳米颗粒的制备
Al2O3纳米颗粒的制备
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Al2O3纳米颗粒的制备
Al2O3纳米颗粒的制备方法的比较
Al2O3纳米颗粒研究中存在的问题
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Al2O3纳米颗粒的制备
纳米陶瓷是指具有纳米微观结构和纳米效应的一类陶 瓷。纳米微观结构是指晶粒尺寸,缺陷尺寸,晶界宽度,第 二相分布和气孔尺寸等纳米材料的一系列微观参数均处 于纳米级别。纳米效应,是指具有小尺寸效应、宏观量子 險道效应、表面效应等。 制备纳米陶瓷分为三步：粉体制备、素胚成型和胚体烧 结 1.Al2O3纳米颗粒的制备 目前具有很多制备Al2O3颗粒的方法，具有代表性的 有： （1）高能机械球磨法
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Al2O3纳米颗粒的制备方法的比较
2.不同制备Al203纳米颗粒粉体方法的比较 综合各种制备Al203纳米颗粒粉体的方法都有其优点和 缺点.可以看出,沉淀法由于原料易得、过程简单、可大批 量生产等特点称为相对高效、廉价的方法。因此沉淀法制 备α -A12O3纳米颗粒无疑是最佳选择。但是沉淀法目前主 要存在以下几点问题： (1)在沉淀A12O3前驱体过程中,由于物料局部浓度过高 等,易造成前驱体颗粒的凝聚及颗粒形状、大小不均; (2)前驱体须经一定温度的锻烧才能得到α -A12O3纳米 颗粒,高温锻烧必将导致纳米颗粒的团聚或烧结。
Al2O3纳米颗粒的制备
采用高分子网络法（分散性和晶粒尺寸）制备α-Al2O3纳米颗粒 在Al(NO3)3溶液中加入丙烯酞胺单体、N,N一亚甲基丙烯酞胺,通过无机盐 溶胶一凝胶法制得10nm的α -A12O3粉体,其工艺流程如图3：
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图3 α -A12O3粉体合成工艺流程图
Al2O3纳米颗粒的制备
可获得A1203粉末
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Al2O3纳米颗粒的制备
图1沉淀法制备α-AI2O3 纳米颗粒技术路线
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Al2O3纳米颗粒的制备
图化学沉淀法得到的α -Al2O3纳米颗粒的TEM照片
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Al2O3纳米颗粒的制备
（4）溶胶凝胶法 这种方法是通过胶体化学的原理来制备颗粒的。将金 属醇盐或无机盐通过水解缩合化学发应,形成凝胶或解凝形成 溶胶,通过溶质聚合再凝胶化。将制备的凝胶干燥,烧去有机 成分,最后得到纳米陶瓷颗粒。 下图1是通过该方法获得的Al2O3纳米颗粒样品在不同 温度下的TEM照片：
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Al2O3纳米颗粒的制备
（7）爆轰法
用爆轰法处理硝酸盐、氯酸盐及有机盐可以简单快 速地制备出属氧化物、混合金属氧化物,用爆轰方法合成 氧化物纳米粉体成为爆炸力材料材料学结合的新研究方向。 代表性Al(N03)3H2O铝盐进行爆轰制得平均晶粒为25nm的 ห้องสมุดไป่ตู้12O3纳米球，反应如下：
Al(N03)3H2O+1.19C5H8N4O12→0.5Al2O3+13.75H20+5.13NO+1. 31N2↑+2233.5KJ 该方法工艺简单,但具有危险性,且粉末收集也有难度。 此外,还有喷雾法、冻结干燥法等其他制备技术。
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Al2O3纳米颗粒的制备方法的比较
因此,对Al2O3纳米颗粒粉体制备的研究应着重在以下几个方 面进行: (1)降低生产成木,有效控制氧化铝前驱体的微结构,提高其 分散性; (2)探索对粒子大小与形貌进行有效控制的方法,系统研究在 制备Al2O3前驱体时溶液的pH值、浓度、沉淀速度、沉淀的 过滤、洗涤、干烘方式等对A1203前驱体的微结构的影响; (3)改进锻烧方式,探索弱团聚的A12O3纳米粉体的低温形成