[发明专利]化学法制备纳米铝的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备纳米级铝(以下简称纳米铝)的方法，具体而言，涉及利用化学方法，主要是采用热分解铝化合物的方法来制备纳米铝。本发明具有低成本、安全性高、操作简便、产品粒度可控的优点。

背景技术

铝的含量在地壳金属元素中仅次于铁的含量，位于第二。在日常生活中，各种铝制品已经被人们大量使用。而纳米铝是近年来得到广泛研究并陆续加以实用的新型材料。纳米铝在火箭推进剂、火药、药物和太阳能电池等方面的应用价值正被人们发现并得到重用，以下分别具体描述这几方面的应用。

纳米铝在在火箭推进剂中的应用：由于铝的密度高，耗氧量低，有高的燃烧焓，使得在固体推进剂中可以有较高的铝粉含量，对提高比冲的作用相当显著。再加上原材料丰富，成本较低，因此作为能量材料的添加剂被广泛应用在火箭推进剂中。与普通铝粉相比，纳米铝粉具有燃烧更快、放热量更大的特点，若在固体燃料推进剂中添加1％质量比的超微铝颗粒，燃料的燃烧热可增加1倍。国外有研究报道，在HTPB复合推进剂中，加入20％Alex(ARGONIDE公司产品纳米铝粉)，与同样含量普通铝粉相比较，燃烧速率可以提高70％。

纳米铝在火炸药中的应用：在炸药中加入高热值的金属粉末是提高炸药作功能力的途径之一。含铝炸药作为一类高密度、高爆热、高威力炸药，已被广泛应用在水中兵器和对空武器弹药中。这种由纳米铝粉与金属氧化物配合成功的高能炸药，由于其表面积要比常规铝热剂粉末大得多，因而它能够提供相当于现有火药推进剂十倍高的燃烧速度。

纳米铝在药物方面的应用：纳米铝与其他的金属氧化物纳米材料自组装后燃烧速度可达到1500-2300m/s，冲击波最大可以达到3马赫。这种纳米尺寸的“智能炸弹”可望将靶向药物输送到癌细胞，同时不损伤健康细胞。这种纳米炸弹的威力也许将会带来癌症及艾滋病药物传递的突破。首先，这种药物可用针头注射，进而扩散到全身。然后，利用瞄准肿瘤的手持装置向肿瘤发出脉冲，该脉冲诱使纳米智能炸弹产生定向冲击波，将被瞄准的细胞破开一个小洞，药物由此进入肿瘤细胞。此外，冲击波的力量能在几毫秒内将药物推入细胞。在动物组织上进行的实验表明，该方法的成功率高达99％，几乎所有细胞都可成功地接收到药物。另一方面，实验也证实该方法与化疗等传统疗法相比，对健康细胞的副作用要小得多。对于常规炸药，冲击波形成于爆炸过程中。在纳米铝热剂中，化学反应的快速传播使得在无须爆炸的情况下形成冲击波成为可能。不爆炸而能产生冲击波则是这项技术的关键所在。除了生物医学领域，纳米炸弹在地质学和地震学等其他领域也有广泛应用前景。

纳米铝在太阳能电池中的应用：随着现在太阳电池的材料以及制作水平的不断提高，太阳能电池的少子寿命也不断的增加，即少子的扩散长度不断增长，当少数载流子的扩散长度与硅片的厚度相当或超过硅片厚度时，背表面的复合速度对太阳电池特性的影响就很明显。从现在的商业太阳电池来看，为了降低太阳电池的成本，提高效率，生产厂家也在不断地减小硅片的厚度，以降低原材料的价格。因此，为了提高电池的效率，必须考虑降低电池背表面的复合速度，提高长波光谱响应。所以铝背场的好坏将直接影响到太阳能电池的输出特性。颗粒小，铝浆与硅片接触较好，颗粒大，有的区域与硅表面间存在着较大的空隙，存在空洞，铝浆与硅片接触较差，这就使得有些区域没有形成铝背场。所以铝浆的颗粒大小对于铝背场的形成和质量都有着很重要的关系。铝颗粒越小，熔点越低，越易于在一定温度下和硅基材料形成硅铝复合层，越有利于铝背场的形成并改善太阳能电池的输出特性。因此，制备纳米级的铝粉对于太阳能电池板铝背场的制作具有极其重要的意义。

但目前获得纳米铝的方法一般成本较高，而且生产过程中容易出现安全问题，并且操作繁琐，此外，获得的纳米级铝的粒度难以控制。

发明内容

如何实现低成本、高安全性、操作简便、产品可控地获得纳米铝是目前亟待解决的问题，也一直是科研人员努力的方向，具有重大的社会效益和经济效益。

本发明人经过锐意研究发现，利用化学方法，采用热分解铝化合物的方法能够制备纳米铝。本发明方法是在常压低温条件下由化学法制备纳米铝，具有低成本、安全性高、操作简便、产品粒度可控的优点。

具体而言，本发明的制备方法包括以下步骤：

步骤1)，在惰性气体保护的情况下，将原料无机铝盐化合物、氢化锂铝、和含磷添加剂以及有机溶剂加入反应器中，采用搅拌或超声的方法把原料分散到有机溶剂中；