[发明专利]一种制备无团聚纳米材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备无团聚纳米材料的方法，属于无机纳米材料 制备技术领域。

背景技术

纳米材料和纳米技术于20世纪80年代末诞生并迅速崛起后，便 成为新材料中最富有活力并被广泛关注的研究领域，对推动国民经济 发展和未来社会进步具有不可替代的作用和举足轻重的地位。纳米材 料因其小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等 使其在力、热、声、磁、光、电、催化、敏感等方面表现出许多与其 传统大晶体材料截然不同的独特性能，诸如烧结温度降低、化学活性 增大、耐腐蚀性增强、密度降低、热导率降低、弹性模量降低、电导 率升高、热膨胀系数提高等等，这些独特魅力无疑会给精细化工带来 福音，使纳米材料被用作催化剂、润滑剂、导电填料、敏感元件、烧 结助剂、感光材料、磁性材料等。

至今为止，纳米材料已被广泛应用于众多研究和应用领域，而且 仍蕴藏着巨大的潜能。然而，由于小尺寸、高表面能以及粒间引力的 存在，很容易引起纳米材料粒子间的团聚。若是经高温环境下制备， 团聚程度更是明显加剧，甚至出现结块和长大的现象，降低了纳米材 料的活性以致严重影响其性能，同时给共混、均化、包装以及应用都 带来极大不便，使其发展前景遇到了瓶颈。尤其是一些经某种气氛下 高温煅烧制备的纳米材料，团聚的发生在很大程度上限制了其发展和 应用，杜尚丰等利用共沉淀-煅烧法制备了镓掺杂氧化锌导电粉体(J. Am.Ceram.Soc.2006，89，2440)，其电导率随着煅烧温度的升高而 增加，然而，温度高于540℃后，团聚现象也随着温度的升高而加剧， 无法得到纳米级的导电粉体。类似的问题如纳米材料的性能随着煅烧 温度的升高而优化，但随着煅烧温度的升高，纳米材料团聚的倾向也 越来越严重，使其本该拥有的优良性能大幅下降甚至消失。如果我们 能够解决更高温度的团聚问题，便能得到性能更加优良的纳米材料。

人们为了解决这个问题，也发展了一些防止纳米材料团聚的制备 方法，中国专利CN 101028584A公开了一种防止纳米材料高温煅烧时 团聚和颗粒长大的方法，具体是将一定粒径的纳米粉体浸泡在一定浓 度的磷酸或磷酸盐溶液中一定时间，然后抽滤、洗涤、烘干，所得粉 体在200-800℃高温煅烧后，得到无团聚的纳米颗粒，但是这种方法 容易在纳米晶格中引入除不掉的杂质。中国专利CN1288085C公开了 一种无团聚纳米α-Al₂O₃粉体的制备方法，先将纳米炭黑分散在铝盐 溶液中，然后加碱反应并陈化，过滤洗涤后，滤饼先在惰性气氛中 1000-1200℃下处理，然后在600-800℃的空气炉罐中煅烧至表面包 覆物除尽，考虑到纳米炭黑不易均匀分散在纳米材料中间，需要高强 度的机械搅拌，这种方法在工业生产中会受到很大程度的限制。王宝 和等提供了一种均匀沉淀-超临界二氧化碳干燥法来制备纳米氧化 镁，具体是在水溶液中采用均匀沉淀法制备氢氧化镁沉淀，用乙醇置 换出沉淀中的水，再采用超临界二氧化碳干燥法除去沉淀中的乙醇， 乙醇经分离器析出回收，二氧化碳可以循环利用，高温煅烧干燥后的 氢氧化镁得到纳米级氧化镁粉体。该方法解决了制备纳米粉体干燥时 的团聚问题，但是设备复杂，步骤繁琐，加大了工业化的成本。中国 专利CN 10033998C提供了一种高分子保护制备超细纳米氧化镁的方 法，以硝酸镁和六次甲基四胺为原料，在有机试剂聚乙二醇-400和 N，N-二甲基甲酰胺的保护下，硝酸镁和六次甲基四胺反应，制备出氧 化镁的前驱物，真空恒温干燥，最后在高温下煅烧，制得超细纳米氧 化镁。这种方法成功的获得了团聚程度小，粒子分布均匀的纳米氧化 镁，丰富了无团聚纳米材料的制备技术。李强等将碱式碳酸锌沉淀用 NH₄OH的水溶液进行洗涤，通过改变其电位来改善ZnO粉体在高温煅 烧时的团聚程度(无机材料学报，1999，14(5)：813-817)，可惜这 种方法只能改善粉体的分散性，并不能完全解决高温环境中纳米粉体 的团聚问题，并且对纳米材料没有普遍意义。于是，开发一种简单易 行，成本低廉，并且具有普遍推广意义的解决纳米材料在高温煅烧中 团聚的方法，便成为人们翘首企盼的事情了。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种制备无团聚纳米 材料的方法，该方法在防止纳米材料于高温煅烧的制备过程中团聚方 面具有普遍意义。

制备无团聚纳米材料的步骤和条件如下：