[发明专利]一种球形氧化铝纳米晶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化铝纳米晶及其制备方法，尤其涉及一种球形氧化铝纳米晶及其制备方法。

背景技术

氧化铝又称三氧化二铝，是一种重要的陶瓷材料，有α、β、γ、δ、η、θ、κ和χ等十一种晶体，具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损等优良特性，广泛应用于航空、冶金、机械等领域。作为功能陶瓷，在传感器、固定化酶载体、催化剂载体等方面也有重要的应用。纳米尺寸氧化铝粉体对于提高烧结体质量、改善性能及应用有着重要价值，因此，纳米氧化铝粉体的制备、分散和性能吸引着广泛的研究。

α晶型纳米氧化铝通常是由过渡晶型（α、θ、δ、η等）的氧化铝在1200～1400℃高温烧结得到，α晶型的晶种一经生成，颗粒快速生长并迅速长大，颗粒分散性很难控制；且高温下所得的颗粒之间团聚严重。因此，降低α-Al₂O₃纳米氧化铝的烧结温度、且使颗粒分散均匀是纳米氧化铝制备的关键因素。另外，球形化纳米氧化铝，可以提高粉体的堆积密度，增加烧结体的质量；在一些特殊的领域，比如，节能灯具所用氧化铝起到隔绝层作用，采用球形化纳米氧化铝，可以提高膜层的致密性，减少紫外光透光及抑制钠汞齐的形成，提高发光效率。

目前，纳米氧化铝的制备方法通常是在原来亚微米级氧化铝制备方法基础上发展的，主要包括：异丙醇铝水解法、金属铝水解法、硫酸铝铵热解法及碳酸铝铵（AACH）热解法等。这些方法，可得到纳米氧化铝，但杂质离子偏高、颗粒粒径偏大，团聚严重，得到的颗粒形貌各异，有杆状、类球形、多孔结构等，无法得到几个纳米到几十个纳米范围、且无团聚的纳米α型氧化铝。

纳米氧化铝球形化的方法，如喷雾法、燃烧法等（Caiut J.M.A et al.Elaboration of boehmite nano-powders by Spray-pyrolysis.Powder Technology190(2009):95-98.），可以得到约100nm的α-Al₂O₃，颗粒分布较宽，且1000℃高温烧结后，颗粒变形为类球形颗粒。如何制备得到分散均匀的纳米级球形α型氧化铝，仍然面临着技术挑战。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种以羧酸取代铝氧烷前驱体热解制备球形纳米α型氧化铝的新方法。本发明利用长链有机取代基在热解过程中缓慢裂解，抑制氧化铝晶种的生长，降低α-Al₂O₃相转变温度，可得到几个纳米到几十个纳米的球形化纳米α-Al₂O₃。本发明所提供的球形化纳米氧化铝预期在结构陶瓷、节能灯防护膜、纳米催化剂载体及生物酶固定载体等方面有潜在的应用价值。

为达上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种球形氧化铝纳米晶制备方法，将羧基取代的铝氧烷的有机金属前驱体干胶，经程序升温热解后，去除有机分子链段，得到球形氧化铝纳米晶颗粒。

本发明所述的制备方法中，所述的羧基取代的铝氧烷的有机金属前驱体为长链一元羧酸取代的铝氧烷的有机金属前驱体，其结构式为[Al(O)_x(OH)_y(OOCR)_z]_m；其中：2x+y+z=3，其中x、y、z可以为整数也可以为小数；R为C_nH_2n+1，n为5～17的整数，例如可以为5、7、9、11、14、16、17等整数；m不做具体限定，可以为1、3、5、6等。

羧基取代的铝氧烷的有机金属前驱体的制备可使用已有文献（Landry C.C.et al.From Minerals to Materials:Synthesis of Alumoxanes from the Reaction of Boehmite with Carboxylic Acids.Journal of Materials Chemistry1995,5(2),p331-341.）制备，其步骤为：将勃姆石粉体超声分散到二甲苯溶剂中，并按照摩尔COOH/Al=0.1～1比例，加入一元羧酸（C_nH_2n+1COOH，n=5～17），之后搅拌下，油浴中加热回流3～8h。反应结束后，冷却至室温。将所得的白色浆料过滤，并用乙醚洗涤3～5次，最后抽真空干燥即得。