专利名称：一种常压液相原位制备纳米硼酸锌晶须的新方法
技术领域：
本发明涉及一种硼酸锌晶须的制备方法，具体涉及一种常压低温 液相原位制备纳米硼酸锌晶须的新方法。
背景技术：
晶须是指在人工控制条件下以单晶形式生长成的一种纤维，其直 径非常小(纳米或微米数量级)，不含有通常材料中存在的缺陷(晶 界、位错、空穴等)，其原子排列高度有序，因而其强度接近于完整 晶体的理论值。由于用晶须增强的复合材料具有达到高强度的潜力，
因此晶须的研究和开发受到了高度重视。虽然上个世纪60年代己开发 了近百种不同材料晶须的实验品，但是由于技术复杂，价格高昂，很 少有实用价值。1975年从稻壳制备(3-SiC晶须，为工业生产打开局面。 20世纪80年代后实现了大规模生产SiC晶须，又开发了SiC晶须的金属 基、陶瓷基、树脂基的复合材料，发展了^203、 Si3N4、 TiN、 TiB2、 Zn-Ni等晶须新品种，晶须材料得到进一步发展。晶须除具有高强度 性能外，具有保持高温强度的性能，高温时晶须比常用的高温合金强 度损失少得多，还具有一些特殊的磁性、电性和光学性能，可开发为 功能材料。晶须主要用作复合材料的增强剂，用于航空航天飞行器构 件和部件，在机械、汽车、化工、生物医学和日用工业中也得到应用。 硼酸盐晶须增强的新型复合材料，既保留了基体材料的主要特色，又 通过晶须的增强、增韧作用改善了基体材料的性能。
近年来，国内外学者在复合材料补强方面进行了 一系列的研究工 作。他们的研究表明晶须除具有高强度性能外，具有保持高温强度的 性能，高温时晶须比常用的高温合金强度损失少得多，还具有一些特 殊的磁性、电性和光学性能，可开发为功能材料。晶须作为高分子材 料的增强组分，研究应用最多的当属晶须增强热塑性高分子材料，它是目前晶须研究应用的重点、热点之一。因为一方面晶须对基体的加 工性能影响较小，此外，晶须还能够大幅度改善基体材料的机械强度、 耐热性、抗氧化性或赋予材料某种特殊功能。硼酸盐晶须做为一种新 型的增强材料，具有高强、耐磨、耐热、防腐、绝缘、导电、减振、 阻燃、吸波等特殊性能，在各种复合材料中广泛应用，取得许多优异 的力学性能。人们已对晶须增强铝基复合材料的腐蚀行为、热膨胀、 超塑性以及晶须取向等进行了广泛的研究，但晶须增强机理，制备工 艺和结构特性还有待于进一步的研究。晶须增强铝、镁基复合材料已 在一些领域应用成功，进一步提高材料的性能，降低制造成本，加快 其产业化进程是当今研究的方向。加强成型工艺研究，包括复合体系 中偶联剂的类型及处理方法，提高增强材料的性能，并且加强晶须增 强塑料设备的研究，开发出混合效果好、剪切作用低的造粒与成型设 备都是非常迫切的，其系列产品的开发对于我国多种产品的升级换 代，提高经济效益和增强国防实力具有重要意义。
国内的一些晶须的制备方法主要有水热法和固相法，这两种方法 都具有局限性，前者对实验仪器的要求较高，需要使用反应釜来完成 实验，并且产量低，设备操作复杂，无形中加大了成本；而后者则需 要通过高温煅烧，这会不可避免地使产品的粒径增大，而且高温焙烧 能源消耗大，生产周期长，并且使用助熔剂使成本增加，同时排放的 气体易污染环境，且所得的晶须质量不如水热法。因此，这些不利因 素都会使得产品的经济效益和社会效益受到损失。
到目前为止，国内外还没有合成纳米硼酸锌晶须作为增强剂的文 献和专利报道，特别是没有原位一步沉淀法合成纳米硼酸锌晶须的研 究报道。在本发明的方法中表面修饰后的硼酸锌纳米晶须既具有晶须 的性质，又具有纳米颗粒的特点，因此其应用前景是广阔的。而原位 一步沉淀法的合成工艺简单，原材料少，对资源和能源的节约是不容 置疑的。
发明内容
本发明的目的就是提供一种生产工艺简单、成本低、反应过程无 污染，在常压低温液相中原位制备纳米硼酸锌晶须。
本发明的技术方案是将50ml浓度为0.05-02mol/l硼砂溶液置 于三口瓶中，加入阳离子表面活性剂水溶液并搅拌均匀后，再加入 浓度为l-2mo1/1的锌盐10ml，升温至50-90°C，恒温搅拌反应晶化 7-10h。将所得白色沉淀经过滤、洗涤至无其他离子存在，脱水， 50-90。C下干燥处理，得到直径为20nm-40nm，长度为500nm-l|Lmi， 长径比为25-50的纳米硼酸锌晶须粉体。
本发明方法的特点是制备工艺简单，最终可以制得纳米硼酸锌晶 须。在制备过程中不使用助熔剂，不需要高温煅烧设备进行煅烧，因 而不会产生污染。不使用反应釜，简化工艺，降低成本，大大提高了 产品的市场竞争能力。并且得到的产率高，产品质量好，具有高附加 值。这些都使得用本发明方法制备的产品具有较高的经济价值和社会 价值的优点。
下面结合具体实施例来进一步阐述本发明。
实施例l:
1. 在三口瓶中加入50ml摩尔含量为O.lmol/1的Na2B4O7'10H2O 放入70°(3水浴中；
2. 在搅拌下，加入10ml 2mo1/1的Zn(N03)2'6H20溶液；
3. 用碱调解溶液pH值；
4. 保持温度，继续搅拌7h;
5. 过滤，洗涤上述沉淀物；
6.6(TC脱水干燥，研磨后得到无规则形貌的硼酸锌晶体粉末。
实施例2:
1. 在三口瓶中加入50ml摩尔含量为O.lmol/1的Na2B4O7'10H2O 放入50°C水浴中，加入阳离子表面活性剂搅拌均匀。
2. 在搅拌下，加入10ml 2mo1/1的Zn(N03)2'6H20溶液；3. 用碱调解溶液pH值；
4. 保持温度，继续搅拌7h;
5. 过滤，洗涤上述沉淀物；
6.6(TC脱水干燥，研磨后得到片状硼酸锌晶体粉末。
1. 在三口瓶中加入50ml摩尔含量为O.lmol/1的Na2B4O7'10H2O 放入70°C水浴中，加入阳离子表面活性剂搅拌均匀。
2. 在搅拌下，加入10ml 2mo1/1的Zn(N03)2'6H20溶液；
3. 用碱调解溶液pH值；
4. 保持温度，继续搅拌7h;
5. 过滤，洗涤上述沉淀物；
6.6(TC脱水干燥，研磨后得到直径为20nm-40nm，长度为 500nm-lpm，长径比为25-50的纳米硼酸锌晶须粉体。 实施例4:
1. 在三口瓶中加入50ml摩尔含量为O.lmol/1的Na2B4O7'10H2O 放入90°C水浴中，加入阳离子表面活性剂搅拌均匀。
2. 在搅拌下，加入10ml 2mo1/1的Zn(N03)2'6H20溶液；
3. 用碱调解溶液pH值；
4. 保持温度，继续搅拌7h;
5. 过滤，洗涤上述沉淀物；
6.60'C脱水干燥，研磨后得到片状硼酸锌晶体粉末。
1. 在三口瓶中加入50ml摩尔含量为O.lmol/1的Na2B4O7'10H2O 放入70°C水浴中，加入阳离子表面活性剂搅拌均匀。
2. 在搅拌下，加入10ml 2mo1/1的Zn(N03)2'6H20溶液；
3. 用碱调解溶液pH值；
4. 保持温度，继续搅拌5h;
5. 过滤，洗涤上述沉淀物；
6.6(TC脱水干燥，研磨后得到片状硼酸锌晶体粉末。1. 在三口瓶中加入50ml摩尔含量为O.lmol/1的Na2B4O7'10H2O 放入70°C水浴中，加入表面活性剂搅拌均匀。
2. 在搅拌下，加入10ml 2mol/l的Zn(N03)2'6H20溶液；
3. 用碱调解溶液pH值；
4. 保持温度，继续搅拌10h;
5. 过滤，洗涤上述沉淀物；
6.6(TC脱水干燥，研磨后得到片状硼酸锌晶体粉末。
1. 在三口瓶中加入50ml摩尔含量为O.lmol/1的Na2B4O7'10H2O 放入70°C水浴中，加入阳离子表面活性剂搅拌均匀。
2. 在搅拌下，加入10ml 2mol/l的Zn(N03)2'6H20溶液；
3. 用碱调解溶液pH值；
4. 保持温度，继续搅拌7h;
5. 过滤，洗涤上述沉淀物；
6.80。C脱水干燥，研磨后得到直径为20nm-40nm，长度为 500nm-l|im，长径比为25-50的纳米硼酸锌晶须粉体。
权利要求
1.本发明所涉及的常压低温液相原位制备纳米硼酸锌晶须的新方法，其步骤为将50ml浓度为0.05-02mol/l硼砂溶液置于三口瓶中，加入阳离子表面活性剂水溶液并搅拌均匀后，再加入浓度为1-2mol/l的锌盐10ml，升温至50-90℃，恒温搅拌反应晶化7-10h；将所得白色沉淀经过滤、洗涤至无其他离子存在，脱水，50-90℃下干燥处理，得到直径为20nm-40nm，长度为500nm-1μm，长径比为25-50的纳米硼酸锌晶须粉体。
2. 如权利1中所述的方法，其特征在于锌源是可溶性的锌盐， 为ZnCl2、 Zn(N03)2'6H20、 ZnS04'7H20中的一种。
3. 如权利1中所述的方法，其特征在于所述的表面活性剂是可 溶性的阳离子表面活性剂十六垸基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基氯 化铵之中的一种。
4. 如权利1、 2、 3中所述的方法，其特征在于锌盐和硼砂的摩 尔比为2:1。
5. 如权利1中所述的方法，其特征在于所述的沉淀晶化剂为氢 氧化钠、氢氧化钾、氨水。
6. 如权利l、 2、 3、 4中所述的方法，其特征在于硼酸锌的晶化 过程，即从片状的硼酸锌转化为硼酸锌晶须，是在碱性溶液中进行并 完成，其中的氢氧根起到促进晶化的作用。
7. 如权利1中所述的方法，其特征在于反应体系温度为50-90°C。
全文摘要
本发明所涉及的是一种常压低温液相原位制备纳米硼酸锌晶须的方法，其步骤为将50ml浓度为0.05-02mol/l硼砂溶液置于三口瓶中，加入阳离子表面活性剂水溶液并搅拌均匀后，再加入浓度为1-2mol/l的锌盐10ml，升温至50-90℃，恒温搅拌晶化7-10h。将所得白色沉淀经过滤、洗涤，50-90℃下干燥处理，得到直径为20nm-40nm，长度为500nm-1μm，长径比为25-50的纳米硼酸锌晶须粉体。本发明方法的特点是制备工艺简单，不使用助熔剂和高压反应釜，不需要高温煅烧，不会产生污染，成本低，产品的产率高，具有较高的经济价值和社会价值。
文档编号C30B29/62GK101298694SQ20081005025
公开日2008年11月5日 申请日期2008年1月15日 优先权日2008年1月15日
发明者刘艳华, 兵 周, 王子忱, 田玉美, 旭 赵, 郑云辉, 郭玉鹏 申请人:吉林大学