中國粉體網(wǎng)訊  納米技術(shù)是近年來科學(xué)研究新材料的重要技術(shù)，通過納米技術(shù)制得了許多具備優(yōu)良性能及廣泛應(yīng)用的材料，比如納米氧化鋁。除了具備普通氧化鋁高硬度、高強(qiáng)度、耐腐蝕、抗磨損、耐高溫、高絕緣性、高抗氧化性等許多優(yōu)良的特性以外，納米氧化鋁因其特殊的納米尺寸還具備表面積大、吸附能力強(qiáng)的特點(diǎn)，同時和橡膠、塑料等具有良好的相容性，在有機(jī)和無機(jī)領(lǐng)域都有著重要應(yīng)用。

1、納米氧化鋁的制備方法

到目前為止，國內(nèi)外對于納米氧化鋁的制備有很多種方法�？傮w上可以分為三大類，即氣相法、液相法和固相法。固相法和液相法對設(shè)備要求較高，生產(chǎn)中有一定的局限性。液相法則反應(yīng)相對溫和，是在實(shí)驗(yàn)室及工業(yè)生產(chǎn)中最為常見的制備方法。

1.1 氣相法

氣相法是指通過一定的方法使原料變?yōu)闅怏w，在氣相條件下發(fā)生反應(yīng)，經(jīng)冷卻沉積在基體上形成納米顆粒或者薄膜。鋁源通過電弧、激光、等離子體等方式加熱變?yōu)闅怏w，然后在氧化氣氛下發(fā)生反應(yīng)生成氧化鋁粉體[1]。氣相法可以分為激光誘導(dǎo)氣相沉淀法、等離子氣相合成法和化學(xué)氣相沉淀法。氣相反應(yīng)的好處是反應(yīng)條件易控制、產(chǎn)物易精制，只要控制反應(yīng)氣體及氣體的稀薄程度就可以制備出超細(xì)的氧化鋁粉體，解決了納米氧化鋁的團(tuán)聚問題，顆粒的粒徑小、分散性好、分布窄；其缺點(diǎn)是產(chǎn)率較低、對設(shè)備要求高且粉末的收集較難[2]。

1.1.1激光誘導(dǎo)氣相沉積法

激光誘導(dǎo)氣相沉積合成技術(shù)主要是利用激光產(chǎn)生高溫環(huán)境，使得反應(yīng)物在瞬間發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生超微粒的小胚胎。然后這些小胚胎會長大，當(dāng)離開激光照射區(qū)時被快速冷卻而停止生長，形成微粉進(jìn)入收集器，最后進(jìn)行相應(yīng)的處理，即可得到納米粉體[3]。

1.1.2等離子氣相合成法

鋁鹽在陰陽極板之間形成的等離子氣體氣氛下，與空氣發(fā)生氧化反應(yīng)，形成氧化鋁。然后，對產(chǎn)物進(jìn)行快速冷卻，使其形成微小顆粒即納米氧化鋁。最后，對其進(jìn)行收集[3]。

1.1.3化學(xué)氣相沉積法

化學(xué)氣相沉積法（CVD法）是氯化鋁在遠(yuǎn)高于臨界反應(yīng)溫度的條件下，使反應(yīng)物蒸氣形成很高的飽和蒸氣壓，自動凝聚形成大量的晶核，生成的固態(tài)物質(zhì)沉積在加熱的固態(tài)基體表面，最終在收集室內(nèi)得到納米氧化鋁[3]。

1.2 固相法

固相法，就是把鋁或者鋁鹽進(jìn)行研磨和煅燒，然后經(jīng)固相反應(yīng)后直接得到納米氧化鋁。固相法的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)的產(chǎn)量大，設(shè)備工藝簡單，成本低，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。這種方法的缺點(diǎn)是粉體的純度和細(xì)度達(dá)不到要求，而且粒度分布不均，容易團(tuán)聚。固相法又可以分為機(jī)械粉碎法、非晶晶化法、熱解法和燃燒法等[2]。

1.2.1 機(jī)械粉碎法

機(jī)械粉碎法是通過相關(guān)的機(jī)械設(shè)備將含有氧化鋁的原材料（如氧化鋁、高嶺土等）進(jìn)行直接研磨粉碎，當(dāng)粉碎至一定程度后，通過相關(guān)的工藝進(jìn)行雜質(zhì)分離，最終得到粉末狀納米氧化鋁。G.R.Karagedov[5]以氫氧化鋁和納米α-Al2O3為原料，將納米α-Al2O3作為晶種與氫氧化鋁混合后在行星式球磨機(jī)中進(jìn)行球磨制得尺寸在50-100nm范圍內(nèi)的微晶α-Al2O3。這種機(jī)械粉碎法所制備的納米氧化鋁粉末顆粒難以保持均勻狀態(tài)，并且生產(chǎn)噪音相對較大，對于長期操作的人員身體容易造成傷害[4]。

1.2.2 非晶晶化法

非晶晶化法指對于非晶態(tài)的化合態(tài)的鋁進(jìn)行一個退火處理使其晶化穩(wěn)定，控制反應(yīng)條件即可得到目標(biāo)產(chǎn)物。通常實(shí)驗(yàn)中會使用硫酸鋁銨熱解得到產(chǎn)物納米氧化鋁，但在反應(yīng)的過程中產(chǎn)生了二氧化硫等有害氣體污染環(huán)境，若對其處理不當(dāng)也會對設(shè)備造成一定程度的腐蝕甚至氣體中毒危害人體健康[6]。

1.2.3熱解法

熱解法是指在高溫環(huán)境下將鋁鹽以霧狀噴出，水分迅速蒸發(fā)，鋁鹽發(fā)生熱分解生成納米氧化鋁[6]。

1.2.3.1硫酸鋁銨熱解法

首先對硫酸鋁銨進(jìn)行多次提純，然后加熱分解，得到納米氧化鋁。在制備過程中，會產(chǎn)生一些有害氣體，容易造成環(huán)境污染[3]，正逐漸被碳酸鋁銨熱解法所取代。

1.2.3.2碳酸鋁銨熱分解法

此法是硫酸鋁銨熱解法的改進(jìn)，省去了其中多次提純的工藝流程。申小清[7]等利用碳酸鋁銨熱分解法制備得到了球形納米α-Al2O3。

1.2.4 爆炸燃燒法

爆炸燃燒法是將鋁源與炸藥混合或采用快速加熱的方式，使鋁源在高溫下瞬間生成氧化鋁的方法[1]。這種方法優(yōu)點(diǎn)是得到的產(chǎn)物雜質(zhì)含量較少，得到的粉體超細(xì)，能夠生產(chǎn)高活性的亞穩(wěn)態(tài)產(chǎn)物。用爆炸燃燒方法能得到粒徑小于20nm的納米氧化鋁，缺點(diǎn)是爆炸燃燒具有一定的危險(xiǎn)性，燃燒的溫度不好控制，產(chǎn)物的收集也具有一定的難度[2]。V.SabariGiri等[8]采用線爆法制備了平均粒徑在30nm左右的氧化鋁粉體。實(shí)驗(yàn)將鋁線連接到特定電路中，電容器充電后在導(dǎo)線上放電，產(chǎn)生巨大熱量，導(dǎo)線溫度達(dá)到沸點(diǎn)，過熱，直至導(dǎo)線爆炸變?yōu)闅鈶B(tài)。爆炸的導(dǎo)線以膠體形式存在，氧氣與金屬氣溶膠顆粒反應(yīng)生成氧化物，沉降后收集產(chǎn)物。

1.3 液相法

液相法是指按照不同材料的組成情況，調(diào)制溶液，采用可溶性鋁鹽，使各種元素呈現(xiàn)離子態(tài)，通過水解、升華、蒸發(fā)等工藝，使用合適沉淀劑，使氧化鋁金屬離子沉淀出去，將結(jié)晶物脫水最終得到納米氧化鋁超微粉體[9]。液相法又分為沉淀法，溶膠凝膠法，水熱合成法，微乳液法和電化學(xué)法等。

1.3.1 沉淀法

沉淀法是指通過添加合適的沉淀劑，使鋁離子從原料液中形成沉淀物，經(jīng)過加熱分解、干燥、洗滌、過濾等工藝，得到納米氧化鋁顆粒。沉淀法有水解沉淀法、均勻沉淀法和直接沉淀法。沈丹陽等[10]采用直接沉淀法將碳酸鈉沉淀劑加到鋁鹽溶液中，得到的氧化鋁前驅(qū)體沉淀物經(jīng)500～1200℃熱處理獲得不同晶型的納米氧化鋁顆粒。

1.3.2 溶膠凝膠法

溶膠凝膠法早在二十世紀(jì)六七十年代就已經(jīng)出現(xiàn)并發(fā)展起來，其原理是鋁鹽溶液在水解后又聚合形成氫氧化鋁膠體，（使鋁鹽溶液溶膠-凝膠的過程），氫氧化鋁膠體再通過濃縮，抽真空等的條件下進(jìn)行低溫干燥得到超細(xì)小粉末（氫氧化鋁），最后在不同的高溫度條件下進(jìn)行煅燒工藝就可得到各種不同晶型的目標(biāo)產(chǎn)物納米氧化鋁。此法中鋁鹽溶液在溶膠-凝膠過程中容易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象需要后續(xù)處理[6]。

1.3.3 水熱合成法

水熱法是以水溶液為反應(yīng)介質(zhì)，在一定的密閉系統(tǒng)中，通過對反應(yīng)器加熱創(chuàng)造一個高溫高壓的環(huán)境，使通常狀態(tài)下不溶或者難溶的物質(zhì)溶解并且重結(jié)晶的方法[11]。這種方法的優(yōu)勢在于避免了煅燒后氫氧化物轉(zhuǎn)化成氧化物這一容易形成硬團(tuán)聚的步驟，所制備的粉體團(tuán)聚程度很低。水熱法的另一個優(yōu)點(diǎn)是可以制備出不同微結(jié)構(gòu)和不同形貌的產(chǎn)物。

1.3.4微乳液法

微乳液是由油、水、表面活性劑和助表面活性劑組成的各相同性的、熱力學(xué)穩(wěn)定的、外觀透明或半透明的分散體系。微乳液可以分為O/W型(水包油型)、W/O型(亦稱反相微乳液，油包水型)兩種不同的結(jié)構(gòu)。微乳液法制備納米粒子具有實(shí)驗(yàn)裝置簡單、顆粒大小和形狀可控等優(yōu)點(diǎn)，但添加物易與納米產(chǎn)物混合，影響產(chǎn)物純度[11]。張慧勇[12]在傳統(tǒng)方法上進(jìn)行改進(jìn)，將純凈水、吐溫－80與乙醇制成透明的水相，由AlCl3、環(huán)己烷、與乙醇構(gòu)成油相，將油相在攪拌作用下加入水相，使其形成穩(wěn)定的水包油鋁鹽微乳液，然后用氨水調(diào)節(jié)pH值，60℃水浴反應(yīng)，加入PEG6000，經(jīng)離心、洗滌、干燥、煅燒制備出了粒徑為10.9nm的γ-Al2O3粒子。

1.3.5 電化學(xué)法

將反應(yīng)物放入特定的容器中，在電場的作用下，發(fā)生一系列的電化學(xué)反應(yīng)，生成氧化鋁的前驅(qū)體，這種前驅(qū)體在不同的溫度下煅燒時將得到不同晶型的納米氧化鋁，用這種方法來制取納米氧化鋁稱為電化學(xué)法[2]。徐淑麗等[13]用電化學(xué)法成功制備出粒徑小且分布窄的納米氧化鋁。

2、 納米氧化鋁的發(fā)展前景

納米氧化鋁除了具有納米材料的基本性能外，在某些方面顯現(xiàn)出一系列優(yōu)異性能，使其在陶瓷、傳感器、材料表面防腐蝕、半導(dǎo)體材料、催化劑載體、研磨材料、聚合物改性、吸附材料等方面得到廣泛的應(yīng)用。而高性能氧化鋁粉體的制備是其廣泛應(yīng)用的前提，但我國納米氧化鋁目前制備方法還存在著一定的污染和局限性，需對已有制備工藝和方法進(jìn)行改進(jìn)，開發(fā)出新的制備工藝和方法，降低生產(chǎn)成本和環(huán)境污染，提高生產(chǎn)效率并建設(shè)合理綠色化學(xué)，推動經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

另外，考慮到納米氧化鋁的優(yōu)異性能，探索其新的應(yīng)用領(lǐng)域及開發(fā)新型功能材料也是一大研究方向。

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（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）

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