一种制备金属氧化物微纳米粉体的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及超细Cr2O3和Al2O3粉体的制备方法，属于材料制备技术领域。
【背景技术】
[0002]金属氧化物微纳米粒子具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应等纳米效应,且具有潜在的热力学、化学、电学及催化性能以及耐腐蚀、耐高温、高硬度、抗磨损、抗氧化等物理化学性能，已在电子工业、化学化工、精密陶瓷、医药、远红外材料、颜料及涂料添加剂及光学材料等方面得到了广泛的应用。氧化铬又名氧化铬绿，是铬盐的四大产品之一，属于三方晶系，六方晶胞，轴比为4.473。氧化铬是一种用途很广泛的功能材料，而纳米氧化铬材料由于其具有特殊的性能用途更加广泛。氧化铝微纳米粒子在工业上作为热阻材料、研磨粒子、涂层/超级磨料、切割材料以及先进陶瓷等。纳米氧化铝粉体最重要的的新用途之一是其催化性能。有孔隙的α晶型Al2O3纳米粉体也用作催化剂载体/微孔滤膜以及湿度传感器。这主要是由于纳米材料比表面积较大。此外，超细研磨粒子在纳米加工及纳米探针中都有新的应用。
[0003]传统制备氧化铝纳米粉体的方法两大类:1、以碳酸铝锭或硫酸铝按为原料的热解法；2、以含铝无机盐和碱为原料的水溶液沉淀法。然而纳米氧化铬的制备方法有三种，1、固相法:把金属氧化物或金属盐按配方充分混合，研磨后煅烧，发生固相反应后直接得到氧化铬超细粉体。张西军等采用固相反应法，以铬酸酐热分解制备Cr2O3工艺为基础，制备出平均粒径为200nm、分散性良好的Cr2O3颗粒。2、液相法:主要包括微乳液法、超临界流体脱溶法、沉淀法、水热法等。水热法是指在密封的压力容器中，以水或者乙醇为溶剂，在高压反应釜中合成，再经过洗涤干燥得到纳米粒子的一种方法。张鹏等采用水热还原、法水热合成法和溶剂热还原法等工艺制备了不同颗粒尺寸的氧化铬纳米颗粒。3、气相法:熊小涛等以高纯氩气为工作气体，采用射频反应磁控溅射制备Cr2O3薄膜，制得的Cr2O3薄膜晶粒大小随氧气流量的减小而减小，当氧气流量为0.8cm3/min时，晶粒尺寸为lOOnm。但上述这些方法各有优缺点，例如效率低、耗能大、易引入杂质、颗粒易团聚、过程复杂等。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是开发一种操作简单、实验过程重复性良好的超细Cr2O3和Al2O3粉体的制备方法，可以克服现有方法所存在的非晶或晶型较差、工艺复杂、条件苛刻等缺点。
[0005]为了达到上述目的，本发明的技术方案如下:
[0006]一种制备金属氧化物微纳米粉体的方法，所述的纳米粉体为Cr2O3或Al2O3,包括以下步骤:
[0007]1、混合液的调配
[0008]将配位体和分散剂聚乙烯吡咯烷酮置于金属硝酸盐水溶液中，配位体为丙烯酰胺、蔗糖、乳糖或淀粉中的任意一种，磁力搅拌至溶液完全变为澄清；
[0009]2、凝胶的形成
[0010]将上一步制备的溶液于干燥箱中干燥，直至形成蓬松的凝胶；
[0011]3、煅烧
[0012]将上一步的凝胶放于马弗炉内煅烧。
[0013]步骤I中所述的金属硝酸盐为Cr(NO3)3.9H20或Al (NO3)3.9H20,其溶液的摩尔浓度为0.05-0.8mol/L ;硝酸盐与配位体的摩尔比为1:1-1:3 ;硝酸盐与分散剂的摩尔比为1:0.1-1:2。
[0014]步骤2中所述的干燥温度为150-200摄氏度，干燥时间为10_20小时。
[0015]步骤3中所述的煅烧温度为600-1200K，煅烧时间为3_5小时，升温速率为1K/min0
[0016]与现有的方法相比，本发明优点在于:
[0017](I)本发明采用是的配位分解法，该方法通过改变不同的反应物(配位体的种类)、硝酸铝与配位体的摩尔比、热处理温度和时间等因素可以很好地控制氧化铝的晶型。
[0018](2)本方法生产工艺简单，易于工业化大规模生产，整个工艺不产生含铬废弃物，是一种对环境清洁友好的制备氧化铬纳米材料的方法。
【附图说明】
[0019]图1为本发明实施例1中超细Al2O3粉体的XRD图。
[0020]图2为本发明实施例1中超细Al2O3粉体的SEM图。
[0021]图3为本发明实施例1中超细Al2O3粉体的EDS图。
[0022]图4为本发明实施例2中超细Al2O3粉体的XRD图。
[0023]图5:为本发明实施例3中超细Al2O3粉体的XRD图。
[0024]图6为本发明实施例4中纳米Cr2O3粒子的XRD图。
[0025]图7为本发明实施例4中纳米Cr2O3粒子的TEM图。
[0026]图8为本发明实施例5中纳米Cr2O3粒子的XRD图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合实例和附图对本发明进行详细说明。
[0028]实施例1:首先将3.7892g九水合硝酸铝溶解在10mL的水中，然后称取2.1540g丙烯酰胺加入上述溶液中，磁力搅拌，待丙烯酰胺完全溶解之后再向溶液中加入0.5550g分散剂聚乙烯吡咯烷酮，继续搅拌直至分散剂完全溶解，将混合溶液在水浴条件下加热I小时，再将溶液放于干燥箱中在150°C下干燥20小时，得到疏松多孔、不含水分的前驱体，然后将前驱体放于马弗炉中煅烧，煅烧温度为600K，控制马弗炉的升温速率为ΙΟΚ/min，煅烧时间为5小时。图1为样品的XRD图，XRD图上出现三个衍射峰，分别对应Y-Al2O3的(311)、(400)和(440)晶面，表明产物为Y-Al2O3超细粉体粒。图2是样品的SEM图，可以看出超细氧化铝为片状结构，分散均匀。图3是样品的X射线能谱(EDS)分析结果，从图3可以看出样品表面除了 Al和O两种元素以外，还含有少量的C，其来源为丙烯酰胺的高温分解产物，且Al与O的原子比为1.718，与产物结论基本相符。
[0029]实施例2:将30.3136g九水合硝酸铝溶解在10mL的水中，然后称取5.7740g丙烯酰胺加入上述溶液中，磁力搅拌，待丙烯酰胺完全溶解之后再向溶液中加入0.8880g分散剂聚乙烯吡咯烷酮，继续搅拌直至分散剂完全溶解，将混合溶液在水浴条件下加热I小时，再将溶液放于干燥箱中在200°c下干燥10小时，得到疏松多孔、不含水分的前驱体，然后将前驱体放于马弗炉中煅烧，煅烧温度为1200K，控制马弗炉的升温速率为ΙΟΚ/min，煅烧时间3小时。图4为样品的XRD图，经过jade软件分析可以推断出产物为a -Al2O3超细粉体。
[0030]实施例3:将15.1568g九水合硝酸铝溶解在10mL的水中，然后称取27.3841g蔗糖加入上述溶液中，磁力搅拌，待蔗糖完全溶解之后再向溶液中加入0.8880g分散剂聚乙烯吡咯烷酮，继续搅拌直至分散剂完全溶解，将混合溶液在水浴条件下加热I小时，再将溶液放于干燥箱中在170°C下干燥15小时，得到疏松多孔、不含水分的凝胶，然后将凝胶放于马弗炉中煅烧，煅烧温度为800K，控制马弗炉的升温速率为ΙΟΚ/min，煅烧时间4小时。图5为样品的XRD图，XRD图上出现三个衍射峰，分别对应Y -Al2O3的(311)、(400)和(440)晶面，表明产物为Y -Al2O3超细粉体粒。
[0031 ] 实施例4:将2.02g Cr (NO3) 3.9H20溶解在10mL的水中，然后称取5.77g乳糖和
0.8900g聚乙烯吡咯烷酮加入Cr (NO3) 3溶液中，磁力搅拌直至完全溶解，得到淡绿色澄清溶液。将混合溶液在水浴条件下加热I小时，再放入170°C的干燥箱内干燥15小时，得到干凝胶。然后将凝胶放于马弗炉中煅烧，煅烧温度为600K，控制马弗炉的升温速率为10K/min，煅烧时间4小时。图7为样品的TEM图，从图中可以看出纳米Cr2O3粒子的大小为20_40nm，且不团聚，分散性良好。
[0032]实施例5:将4.04g Cr (NO3) 3.9H20溶解在10mL的水中，然后称取1.6200g淀粉和1.1lOOg聚乙烯吡咯烷酮加入Cr(NO3)3溶液中，磁力搅拌直至完全溶解，得到淡绿色澄清溶液。将混合溶液在水浴条件下加热I小时，再放入150°C的干燥箱内干燥20小时，得到干凝胶。然后将凝胶放于马弗炉中煅烧，煅烧温度为650K，控制马弗炉的升温速率为1K/min,煅烧时间3时，得到纳米Cr2O3粒子。图8为样品的XRD图，经过分析可知产物为Cr2O3纳米晶。
【主权项】
1.一种制备金属氧化物微纳米粉体的方法，其特征在于，所述的纳米粉体为Cr2O3或Al2O3，制备步骤如下: 步骤1、混合液的调配 将配位体和分散剂聚乙烯吡咯烷酮置于金属硝酸盐水溶液中，配位体为丙烯酰胺、蔗糖、乳糖或淀粉中的任意一种，磁力搅拌至溶液完全变为澄清； 步骤2、凝胶的形成 将上一步制备的溶液于干燥箱中干燥，直至形成蓬松的凝胶； 步骤3、煅烧 将上一步的凝胶放于马弗炉内煅烧。2.如权利要求1所述的制备金属氧化物微纳米粉体的方法，其特征在于，步骤I中所述的金属硝酸盐为Cr (NO3)3.9Η20或Al (NO3)3.9Η20，其水溶液的摩尔浓度为0.05-0.8mol/L ；金属硝酸盐与配位体的摩尔比为1:1-1:3 ;金属硝酸盐与分散剂的摩尔比为1:0.1-1:2。3.如权利要求1所述的制备金属氧化物微纳米粉体的方法，其特征在于，步骤2中所述的干燥温度为150-200摄氏度,干燥时间为10-20小时。4.如权利要求1所述的制备金属氧化物微纳米粉体的方法，其特征在于，步骤3中所述的煅烧温度为600-1200K，煅烧时间为3-5小时，升温速率为10K/min。
【专利摘要】本发明公开了一种制备金属氧化物微纳米粉体的方法。该方法是将一定配比的硝酸盐、配位剂和分散剂依次加入到100mL的水中，搅拌至完全溶解，再经过干燥和煅烧处理，即可得到Cr2O3或Al2O3微纳米粉体。制得的纳米Cr2O3粒径尺寸为20-40nm，且分散性良好。本方法与其它方法相比具有对氧化铝晶型控制精准、操作简单、初期反应条件温和而且实验过程中不出现对环境有影响的有毒气体等一系列优势。制得的Cr2O3和Al2O3微纳米粉体有望应用于电子工业、窗口材料、化学化工、人工晶体、精密陶瓷等领域。
【IPC分类】B82Y40/00, C01G19/00, C01F17/00
【公开号】CN105565356
【申请号】CN201410536106
【发明人】姜炜, 张朋, 李平云, 李凤生, 王玉姣
【申请人】南京理工大学
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2014年10月11日