[发明专利]制备生态功能陶瓷材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种制备陶瓷的方法，特别是制备生态功能陶瓷材料的方法，属于材料科学领域。

背景技术

随着材料制备技术的不断发展，利用天然植物材料为模板制备生态功能陶瓷材料备受研究者关注。同人工合成的材料相比，天然生长的植物结构呈现出一种自然的分级结构构造，这种分级结构是植物本身长期在大自然通过遗传进化而优化发展起来的。植物结构从其化学成分来看，均是由纤维素，半纤维素。木质素以及微量元素构成，基于植物结构从其化学成分和组织结构特点，将模板的机理引入无机材料的合成和复合材料的制备。这一过程将导致植物结构母相向新材料复制相的成分转变，同时保留原有母相植物组织的多孔或纤维状结构特点。以氧化物功能陶瓷SnO₂材料制备为例，SnO₂材料制备方法多种多样，SnO₂超细粉末材料制备的物理方法主要有：溅射法、气相沉积法、等离子体法；化学方法有溶胶-凝胶法等；SnO₂薄膜材料的制备工艺也很多，如化学气相沉积、喷涂热解工艺、真空蒸发及活性反应蒸发工艺、阴极溅射工艺等。我们在常规应用中的SnO₂材料多为超微细粉末材料或薄膜材料，很少有人研究其他形态SnO₂材料的性能。经文献检索发现，徐甲强等人在《电子元件与材料》(1999年8月)上撰文“SnO₂陶瓷材料的制备及其气敏特性”，该文介绍了锡粒的硝酸氧化法、氯化锡溶液沉淀法等制备SnO₂材料的技术方法，但是所诉工艺中普遍存在单一追求颗粒细化，通过研细过筛工序，工艺较为复杂繁琐，并且其中对SnO₂气敏特性影响因素较多等不足。

发明内容

本发明针对现有技术的不足和缺陷，提供制备生态功能陶瓷材料的方法，使其制备的具有植物分级结构的氧化物功能陶瓷材料，所得氧化物功能陶瓷材料很好的保持了天然植物原有结构形态，具有不同数量级别的孔隙分布，并且通过选配不同浸渍液的浓度、烧结温度等参数，可以控制材料的孔径分布，比表面积等指标，从而达到对特定气体进行选择性检测的目的。本发明以天然植物材料为制备模板，以金属盐溶液为浸渍剂，制备陶瓷材料，以下对制备方法具体描述，其步骤为：

(1)采用注射或浸泡的方法，将天然植物浸入金属盐溶液；

(2)将浸渍有金属离子的天然植物在烘箱中100～200℃范围内干燥5～60分钟；

(3)将干燥的天然植物置于烧结炉中300～1250℃范围内烧结，即制得具有天然植物遗态结构的生态氧化物功能陶瓷材料。

天然植物材料，如木材、椰子壳、玉米杆、甘渣、麦秸、棉纤维等，均可作为模板材料，进行生态氧化物功能陶瓷材料的制备。

本发明具有实质性的特点和显著进步，本发明工艺简单，所制备的纤维状生态功能陶瓷材料结构独特，以氧化物功能陶瓷材料SnO₂为例，所制备的纤维状SnO₂生态功能陶瓷材料，根据选取不同工艺参数可以使其具有不同比表面积，纤维直径及孔径分布等优良特性，可用于对可燃性气体，如H₂、CH₄、LPG、C₂H₅OH等，有毒气体，如H₂S、CO、NO_x等，进行高灵敏度和高选择性的检测，具有非常广阔的研究和应用前景。

具体实施方式

实施例一：配制质量百分比浓度为5％锡盐溶液，将干燥后的棉纤维浸泡在溶液中，并轻微搅拌一定时间，达到加速溶液在棉纤维中的分散速度的目的，将浸泡后的棉纤维在滤网中挤除多余溶液，然后放入干燥箱中在85℃温度范围内干燥30小时，将干燥后的棉纤维置于坩埚中，在电炉中600℃温度下烧结氧化，制得纤维状SnO₂生态功能陶瓷材料。SnO₂陶瓷纤维保留了棉纤维的形态结构，多数纤维呈扁平状，表面光洁。

实施例二：配制质量百分比浓度为25％锡盐溶液，将干燥后的棉纤维浸泡在溶液中，并轻微搅拌一定时间，达到加速溶液在棉纤维中的分散速度的目的，将浸泡后的棉纤维在滤网中挤除多余溶液，然后放入干燥箱中在105℃温度范围内干燥30小时，将干燥后的棉纤维置于坩埚中，在电炉中800℃温度下烧结氧化，制得纤维状SnO₂生态功能陶瓷材料。纤维呈中孔管状，表面光洁。

实施例三：配制质量百分比浓度为40％锡盐溶液，将锡盐溶液采用针管注射方法，使棉纤维表面沉积锡盐物质，将湿润后的棉纤维在滤网中挤除多余溶液，然后放入干燥箱中在105℃温度范围内干燥40小时，将干燥后的棉纤维置于坩埚中，在电炉中1200℃温度下烧结氧化，可以制得纤维状SnO₂生态功能陶瓷材料。纤维呈粗大中孔管状，表面沉积有SnO₂微粒。