[发明专利]一种控制纳米铝粉形貌和粒径的方法及其使用的晶型控制剂

说明书

一种控制纳米铝粉形貌和粒径的方法及其使用的晶型控制剂，通过在铝材原料蒸发过程中，引入一定量的有机小分子，作为纳米铝粉结晶、成核及生长过程中的晶型控制剂，进而实现纳米铝粉材料形态的有效、精确调控。本发明得到的纳米铝粉粒度均匀且结构易于控制，形貌由球形到片状可控，生产过程消耗能量小，受外部污染小，可以实现生产过程的安全化与清洁化，可适用于其他类型金属粉末剂及复合金属超微粒子的形貌尺寸的连续控制。

技术领域

本发明涉及一种控制纳米铝粉形貌和粒径的方法及其使用的晶型控制剂，属于纳米金属粉体的形貌尺寸控制技术领域。

背景技术

铝颜料是金属颜料中用量最大的颜料之一。它调入成膜物并涂装成膜时，像落叶铺地一样与被涂物平行，互相连接，互相遮掩，多层排列，形成屏障，阻断成膜物的微细孔，阻止外界有害气体或有害液体在涂膜中的渗透，保护涂膜及被涂装物品，而且当这种片状结构平行于底材排列于涂膜中时，外观可呈现平光、银白到像镀铬膜一样的高亮度。

物理气相沉积法（PVD），又称蒸发-冷凝法，1963年提出采用蒸发-冷凝法制备纳米铝粒子，其原理是在高真空下和低压惰性气体（Ar、He）中，通过蒸发源的加热作用，使铝块蒸发气化，然后在基片表面冷凝沉积形成薄膜，收集、粉碎得到纳米铝粉．该法的特点是设备简单，易于操作，制备的铝粉粒径分布范围窄，铝粉的径厚比大，铝片表面平整光滑，铝粉粒径易于控制，蒸发速度快，效率高，易于实现大规模、连续化的生产，但容易受加热源污染。

有机释放膜过渡法需先在基片上涂一层可溶性合成树脂，形成有机释放膜，再用物理气相沉积法使铝丝或铝块气化，沉积在合成树脂上形成铝膜，然后将铝膜放入有机溶剂中使树脂溶解，得到表面光滑的片状铝粉，最后对铝粉进行粉碎、净化、分级和改性操作，即得到厚度为纳米级的铝颜料。

在真空下充入纯净的惰性气体，高频感应加热使原料蒸发，产生原物质烟雾，惰性气体的流动驱动烟雾向下移动，并接近冷却装置。在蒸发过程中，原物质烟雾原子与气体原子碰撞失去能量而迅速冷却，这种有效的冷却过程在原物质蒸气中造成很高的局域过饱和而均匀成核，在接近冷却装置的过程中，原物质蒸气首先形成原子团簇，然后形成单个纳米微粒，纳米微粒随气流经分级进入收集区内而获得纳米粉末，在晶体生长过程中添加适宜的晶型控制剂，改变晶体各晶面间相对生长速度。当晶体在平衡的条件下形成时，其生长习惯决定于构成晶体的不同晶面的表面能，表面能高的晶面生长速度较快而表面能低的晶面生长速度较慢，随着晶体生长的进行，生长速度较快的晶面将逐渐减小直至消失，生长速度较慢的晶面则逐渐增大，最终形成由低表面能晶面形成的稳定晶体（Bravais定律）。若在晶体生长过程中添加适宜的晶型控制剂，晶体各晶面间表面能高低的相对顺序将被改变。由于吸附稳定性的各向异性，配位剂在特定晶面的吸附会比其他晶面要强，这种优先吸附将降低被吸附晶面的表面能，阻止垂直于该晶面方向的晶体生长，从而改变晶体的最终形态。

发明内容

本发明目的在于提供一种控制纳米铝粉形貌和粒径的方法及其使用的晶型控制剂。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种控制纳米铝粉形貌和粒径的晶型控制剂，所述晶型控制剂为乙酸、乙二酸、柠檬酸、乙二胺四乙酸、乙醇、乙二醇、三乙醇胺、聚乙二醇400中的至少一种。

优选的技术方案为：所述晶型控制剂为乙酸或乙二酸或两者构成的混合物，以控制生产球形纳米铝粉。

优选的技术方案为：所述晶型控制剂为乙二酸、柠檬酸、乙二胺四乙酸、乙二醇、三乙醇胺、聚乙二醇400中的至少一种，以控制生产片状纳米铝粉。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种控制纳米铝粉形貌和粒径的方法，将纯度在99.99％以上的铝材清洗去油，打磨去掉表面的氧化层，然后加入权利要求1~3任一权利要求所述的晶型控制剂在铝材表面分布均匀，接着送至蒸发舟；在将要沉积铝膜的基片表面涂上一层隔离剂以形成有机释放膜。