中國(guó)粉體網(wǎng)訊  納米技術(shù)（nanotechnology）是研究結(jié)構(gòu)尺寸在1至100納米范圍內(nèi)材料的性質(zhì)和應(yīng)用的一種技術(shù)。納米氧化鋁其直徑微小，比表面積大，且催化效率奇高，與普通的金屬鋁相比較而言，納米氧化鋁具備著耐高溫，耐腐蝕，硬度強(qiáng)等等優(yōu)良特質(zhì)。而且納米氧化鋁工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)成熟，物美價(jià)廉。因此，在許多新材料、新能源等領(lǐng)域，納米氧化鋁具有十分誘人的應(yīng)用前景。

納米氧化鋁的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

納米氧化鋁具有優(yōu)良的尺寸穩(wěn)定性和良好的電絕緣性，熔點(diǎn)可達(dá)2015℃，莫氏硬度可以達(dá)到9，是一種無(wú)機(jī)中性氧化物。通常情況下，它所呈現(xiàn)的狀態(tài)是白色粉末，極硬，極易吸收水分但又不會(huì)導(dǎo)致潮解。

納米氧化鋁結(jié)構(gòu)示意圖

納米氧化鋁擁有著巨大的比表面積和高的比表面能，顆粒之間還有較強(qiáng)的范德華力，還因?yàn)槠浔砻娲嬖诘牧u基（-OH）和顆粒間空隙容易吸水，從而產(chǎn)生極強(qiáng)的毛細(xì)力，導(dǎo)致顆粒間容易相互吸引聚合而形成團(tuán)聚體。如果直接把團(tuán)聚狀態(tài)的納米氧化鋁加入到基底材料中去，很可能會(huì)造成納米顆粒分散不均勻，導(dǎo)致復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)缺陷，直接影響材料性能，從而難以制造出高性能納米復(fù)合材料。

納米氧化鋁的種類高達(dá)11種，不同種類的納米氧化鋁擁有著不同的性質(zhì)。比如有的納米氧化鋁不是活性氧化鋁，可是又具備惰性，耐高溫，但又沒有催化活性；而有的納米氧化鋁種類卻在具有很強(qiáng)的表面酸性的同時(shí)，還能擁有一定的表面堿性，并且較高的孔隙率，成型性也十分良好，這些性質(zhì)使得其可以當(dāng)作催化載體，甚至可以直接當(dāng)作催化劑使用。

納米氧化鋁的制備

納米氧化鋁的制備工藝會(huì)直接影響著粉體的純度、納米粒子粒徑的大小、納米顆粒的團(tuán)聚狀態(tài)、粉體中成分的分布情況等，而這些因素又會(huì)進(jìn)一步影響到成型、燒結(jié)或復(fù)合等制備步驟，甚至連最終制備出的材料性能也會(huì)因?yàn)檫@些而受到不可忽視的影響。

納米氧化鋁制備方法可大致分為三大類，分別是固相制備法、液相制備法、氣相制備法這三類。其中納米氧化鋁液相制備法是在實(shí)驗(yàn)室及工業(yè)生產(chǎn)中最為常見的制備方法。

（1）固相法

固相法制備納米氧化鋁的工藝流程主要是以鋁鹽或者鋁為原材料，將其進(jìn)行反復(fù)的煅燒和研磨處理，這樣一來就能促使固相反應(yīng)的發(fā)生，并制備出納米氧化鋁。納米氧化鋁固相制備法又被研究人員分為機(jī)械粉碎法、非晶晶化法和噴霧熱解法等。

固相法示意圖

固相法一般是采取高能球磨等機(jī)械方式，這樣原材料就能受到猛烈的撞擊而不斷的進(jìn)行攪拌和研磨，從而達(dá)到徹底粉碎的狀態(tài)，同時(shí)還能對(duì)原材料起到一定的活化作用，在此種方法下所制備的粉體之間也能夠有最大的接觸和最小擴(kuò)散長(zhǎng)度的路徑，更加有利于直接產(chǎn)生固相反應(yīng)。固相法的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)所需設(shè)備要求不高，成本也相對(duì)較低，產(chǎn)量大，但往往所制得的粉體存在著純度和細(xì)度都達(dá)不到要求，并且粒度分布不均勻，容易團(tuán)聚。

（2）液相法

納米氧化鋁主要工業(yè)生產(chǎn)采用的是化學(xué)方法，而液相法在其中又占據(jù)了極為重要的位置，它象征著納米氧化鋁的發(fā)展方向，是目前工業(yè)化生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)室制備納米氧化鋁的重要方法。根據(jù)金屬離子沉淀出來的方法不同，將液相法又分為溶膠-凝膠法，沉淀法，溶劑蒸發(fā)法和電化學(xué)法等諸多方法。其中具有代表性的就是溶膠-凝膠法。

液相法的工藝流程主要是將鋁鹽調(diào)配成一定濃度的液體，隨后使用特殊的沉淀劑，使液體中的金屬離子可以自主均勻的沉淀出來，獲得沉淀物，或者結(jié)晶物以后，還需要進(jìn)行脫水處理，加熱分解形成超微粉體。液相法不僅可以在操作過程中精確控制化學(xué)組成，甚至還連顆粒的形狀、粒徑都可以精準(zhǔn)調(diào)控。除此之外，所制備出來的納米氧化鋁還具有非常良好的表面活性，但也存在著容易引入雜質(zhì)的弊端，這會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)物純度有所欠缺。

（3）氣相法

氣相法指的是將原料進(jìn)行加熱處理，這一步驟可采用激光或者電子束蒸發(fā)等方法，先將物質(zhì)轉(zhuǎn)化為氣體狀態(tài)，這樣一來就可以在氣體環(huán)境中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，等待反應(yīng)完成的時(shí)候，再加以冷卻，讓其凝聚，最終形成超細(xì)的粉體。氣相法包括火焰水解法和蒸發(fā)冷凝法這兩種方法。

氣相法制備納米氧化鋁反應(yīng)條件比較容易控制，只要能控制好氣體，就能得到理想狀態(tài)的納米粉體，而且此方法所制備的納米材料粒徑小，容易分散，但生產(chǎn)效率較低，且粉體的收集比較困難，所以此方法所需要的設(shè)備系統(tǒng)都較為龐大和復(fù)雜，并且要求極高，同時(shí)，原材料在發(fā)生反應(yīng)前必須完全氣化，這就不可避免的造成能量的損失和浪費(fèi)。

納米氧化鋁的表面改性

目前，科研人員已經(jīng)探索出諸多納米氧化鋁改性方法，主要可分為物理改性和化學(xué)改性兩大類。

（1）物理改性

物理改性不僅有球磨、超聲等機(jī)械技術(shù)，還有高壓湍流分散、吸附、包覆、輻射處理等方法來改變納米氧化鋁的表面性質(zhì)。例如機(jī)械力分散方法，主要是將納米氧化鋁進(jìn)行高速攪拌或者高速球磨，可以使納米顆粒分散均勻。而超聲分散納米氧化鋁，則是利用超聲空化原理，伴隨產(chǎn)生的強(qiáng)沖擊波或者局部的高溫，以此來作為作用力，來弱化納米氧化鋁顆粒之間存在的作用能，這樣一來，就可以防止納米氧化鋁顆粒的團(tuán)聚，進(jìn)而達(dá)到均勻分散的效果。

（2）化學(xué)改性

化學(xué)改性的原理是利用納米氧化鋁的表面存在的大量羥基參與各種化學(xué)反應(yīng)，以此來減少顆粒表面羥基的數(shù)量，從而進(jìn)一步改變顆粒表面的親疏水性。除此之外，還可以根據(jù)需求的不同，引入不同的功能基團(tuán)。化學(xué)改性的方法有很多種，比如聚合物接枝法、硅烷偶聯(lián)劑法等，其中應(yīng)用較為廣泛且技術(shù)相對(duì)成熟的是硅烷偶聯(lián)劑改性方法，此方法是通過將偶聯(lián)劑的一端進(jìn)行縮合反應(yīng)，這樣就可以與氧化鋁表面的羥基反應(yīng)形成接枝，并發(fā)生化學(xué)鍵合，從而實(shí)現(xiàn)表面改性的目的。

目前大多數(shù)化學(xué)改性法不僅具有一定的污染性和工藝復(fù)雜性，對(duì)設(shè)備的要求也非常嚴(yán)格，成本也非常的高，很難進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

小結(jié)：

納米氧化鋁具有高硬度，高強(qiáng)度，耐腐蝕，抗高溫氧化性以及催化等特性，在復(fù)合材料、精密陶瓷、電子、催化甚至醫(yī)學(xué)方面都是不可或缺的材料。在長(zhǎng)時(shí)間研究納米氧化鋁過程中，人們得到了許多種合成納米氧化鋁的方法。原始的納米氧化鋁粉體無(wú)法直接加入到各種基體材料中使用，因此，提高納米氧化鋁和基底材料之間的相容性是制備性能優(yōu)異納米復(fù)合材料的關(guān)鍵技術(shù)。而對(duì)納米氧化鋁表面進(jìn)行修飾改性，可以實(shí)現(xiàn)調(diào)控兩者之間的界面結(jié)構(gòu)，這樣就可以制備出性能優(yōu)異的納米復(fù)合材料。

參考來源：

1、陳超倫.納米α氧化鋁粉體制備及燒結(jié)性能

2、高杰.綠色物理改性納米氧化鋁及其在水性丙烯酸樹脂涂料中的應(yīng)用研究

3、聶多發(fā).淺論納米氧化鋁的制備及其發(fā)展應(yīng)用

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/青黎）

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