[发明专利]一种制备莫来石纳米线的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备纳米线的方法，更具体地说，涉及一种制备莫来石纳米线的方法。

背景技术

一维纳米结构的材料，包括纳米管、纳米棒、纳米线和纳米带等，因为其在光电纳米装置、生物材料、纳米结构复合材料的应用引起了广泛关注。相比于传统大尺寸的晶须或团聚体，一维纳米材料由于其单晶体的特殊结构而有更高的弹性模量和强度。因此一维纳米材料被认为是更有效的增强材料。另外，由于纳米尺寸效应影响原本宽带隙半导体的能带结构，使一维纳米材料产生特异的光学和电学性能。如在室温下能够发射紫外线波段的荧光和高温半导体导电性能等。

莫来石材料化学稳定性好(Al₂O₃-SiO₂二元体系内唯一稳定化合物)，高熔点(1890℃)，优异高温力学性能(1300℃强度不降低)，良好的高温抗蠕变性能，在高温结构陶瓷作为基体或补强材料有着重要的应用。同时莫来石材料具有低的热膨胀系数(4.5×10-6K^-1)，低的热导率(0.06Wcm^-1K^-1)，低的介电损耗(ε～7)，使其在电子封装，基板材料以及热防护材料有着广泛的应用前景。此外，有研究报道莫来石纳米线具有很强的光致发光特性，可作为发光二极管材料，应用于高温高辐射下的显示器件。

现有制备一维纳米莫来石材料的方法由于原料毒性，工艺复杂，流程不易控制，多停留在实验室研究阶段，限制了其大规模工业化生产，难以满足其在生产生活中的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备莫来石纳米线的方法，其制备方法原料价格低廉，工艺简单，流程易于控制，制备的莫来石纳米线粒径分布均匀，分散程度高，尺寸满足一维纳米材料的要求。

本发明的一种制备莫来石纳米线的方法，按照下述步骤进行：

(1)将原料进行球磨，获得混合均匀的粉料；所述原料按照重量百分比由31-32％的无水硫酸铝、3-6％的二氧化硅、0.2-1.5％的三氧化二硼和62-65％的无水硫酸钠组成；

(2)将步骤(1)制得的均匀粉料在900-1050℃下保温3-6h；

(3)随炉自然冷却至室温后，水洗，然后对所得产物进行氢氟酸酸洗，烘干即得莫来石纳米线。

在本发明的步骤(1)中，所述原料按照重量百分比由31.5-32％的无水硫酸铝、3.7-5.5％的二氧化硅、0.5-1.1％的三氧化二硼和62.3-64.5％的无水硫酸钠组成。

在本发明的步骤(1)中，所述的二氧化硅为无定形二氧化硅或者结晶二氧化硅。

在本发明的步骤(1)中，所述球磨利用高纯氧化锆球进行干磨。

在本发明的步骤(1)中，所述球磨获得的均匀粉料为200-500目。

在本发明的步骤(2)中，将步骤(1)制得的均匀粉料在950-1000℃下保温5-6h。

现有技术熔盐法是一种合成莫来石晶须的方法，具有粒径分布均匀，分散程度高，长径比高的优点，但合成出的莫来石晶须多为束状。在本发明的技术方案中，对熔盐法配料分别进行三氧化二硼的掺杂，进而制备莫来石纳米线。利用盐类在高温下形成的熔体有利于晶体的异向生长，合成按照特定方向生长的晶体。在加热过程中硫酸铝首先与硫酸钠形成二元系熔体液相，随着温度升高，硫酸铝分解并与二氧化硅发生如下反应：

3Al₂(SO₄)₃+2SiO₂＝3Al₂O₃·2SiO₂+9SO₃

此反应过程中生成的莫来石在硫酸钠高温熔体中达到一定饱和度后析出形核。B₂O₃的添加，降低了二氧化硅(尤其是无定形二氧化硅)在高温下的黏度，使其能够与硫酸铝在硫酸钠高温熔体充分接触，有利于莫来石晶核的形成，从而形成了莫来石纳米线。并且由于黏度的降低，有利于莫来石晶核在熔体提供的液相环境下按照其晶体生长惯习面生长，形成的莫来石纳米线形貌良好。