金屬氧化物基納米材料的制備及性能研究.pdf

1、近些年，經(jīng)過科學(xué)家們不懈地研究發(fā)現(xiàn)，利用一些新的技術(shù)以及新的方法，可以達(dá)到人與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的雙贏狀態(tài)。而納米技術(shù)的發(fā)展，標(biāo)志著人類利用自然、改造自然的能力又進(jìn)入到一個新階段。納米材料由于粒徑尺寸上的特殊性，使得納米材料具有與傳統(tǒng)材料不一樣的特殊性質(zhì)。
　　在眾多的納米材料中，金屬氧化物納米材料由于其特殊的性質(zhì)受到廣大科學(xué)工作者的青睞，被廣泛應(yīng)用于催化劑、復(fù)合材料、熒光材料、陶瓷及半導(dǎo)體等眾多領(lǐng)域。在金屬氧化物研究領(lǐng)域中，含能材料以

2、及四價金屬氧化物納米材料的發(fā)展尤為迅速。含能材料具有很高的能量密度，廣泛應(yīng)用于我國國防事業(yè)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)之中。鋁熱劑是一種很重要的含能材料，自十八世紀(jì)俄國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)鋁熱反應(yīng)以來，鋁熱劑已經(jīng)發(fā)展了二百年。鋁熱劑作為一種高質(zhì)量密度、高能量密度及高安全性能的含能材料一直受到科學(xué)家們的關(guān)注。除了含能材料，四價金屬氧化物納米材料是另一種很重要的金屬氧化物納米材料。例如ZrO2、CeO2、TiO2等四價金屬氧化物納米材料。被廣泛的用于陶瓷、電子、光學(xué)、

3、生物、機(jī)械、航空航天及化學(xué)等領(lǐng)域。。ZrO2具有很高的熱穩(wěn)定性以及很高的化學(xué)穩(wěn)定性。更重要的是，氧化鋯是一種同時具有酸性中心和堿性中心，而且同時具有氧化性和還原性的金屬氧化物。由于這些性質(zhì)，ZrO2在催化領(lǐng)域的應(yīng)用得到很多科學(xué)家的認(rèn)可。
　　本文首先針對傳統(tǒng)方法制備的鋁熱劑金屬氧化物納米材料成本高、熱值不高、點火點高，而且釋放速率也不容易控制等缺點，設(shè)計出一種核殼結(jié)構(gòu)Al@金屬氧化物納米復(fù)合材料，創(chuàng)制一種核殼結(jié)構(gòu)Al@金屬氧化物納

4、米復(fù)合材料制備的新方法。以電爆法制備的納米級Al作為鋁源，采用獨特的還原-氧化路線，實現(xiàn)多種金屬氧化物在Al核表面的均勻包覆，制備系列核殼結(jié)構(gòu)Al@金屬氧化物納米復(fù)合材料，實現(xiàn)對復(fù)合材料物質(zhì)組成、粒度分布、以及鋁核和金屬氧化物殼質(zhì)量的精確控制，制備出的鋁熱劑納米材料熱值高，點火點低而且熱釋放速率可控，為核殼結(jié)構(gòu)Al@金屬氧化物納米復(fù)合材料的設(shè)計和合成提供一種新的思路和科學(xué)依據(jù)。
　　針對傳統(tǒng)方法制備的ZrO2納米材料，為了解決其催

5、化反應(yīng)條件比較苛刻（反應(yīng)溫度高、反應(yīng)壓力高等）、制備成本較高、制備工藝復(fù)雜等缺陷，研究出一種新的合成方法，使用硼氫化鈉(NaBH4)作為沉淀劑，不需要添加任何表面活性劑也不需要使用任何模板，更不需要經(jīng)過高溫煅燒，直接一步合成了所需的四價金屬氧化物。這種方法制備的ZrO2納米材料制備成本較低，工藝簡單而且催化反應(yīng)條件（反應(yīng)溫度較低、反應(yīng)壓力較低等）比較溫和。之后以ZrO2納米材料作為研究對象，首先對材料進(jìn)行XRD及Raman分析，表征了材