熔融鹽法合成二氧化鋯納米材料的探索研究.pdf

1、二氧化鋯因具有優(yōu)異的物理及化學(xué)性能，而被認(rèn)為是一種十分重要的結(jié)構(gòu)和功能材料。作為一種過渡金屬氧化物材料，二氧化鋯具有高熔沸點(diǎn)、低導(dǎo)熱系數(shù)、強(qiáng)耐磨性及優(yōu)異的抗腐蝕性能等。由于表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等，納米結(jié)構(gòu)氧化鋯在功能應(yīng)用方面亦表現(xiàn)出良好的性能，主要體現(xiàn)在催化、電化學(xué)、氣敏元件、光學(xué)涂層等領(lǐng)域。納米結(jié)構(gòu)二氧化鋯的制備方法因此也受到普遍的重視和研究。
　　 本論文以ZrOCl2·8H2O、硼酸和蔗糖為原料通過前驅(qū)

2、體溶膠-凝膠法制備結(jié)合熱處理得到一維、二維納米結(jié)構(gòu)ZrO2。論文對前驅(qū)體溶膠-凝膠法制備工藝、前驅(qū)體熱處理工藝進(jìn)行了系統(tǒng)研究。利用TG-DSC、FT-IR、XRD、SEM、FESEM、TEM等對材料組成和形貌進(jìn)行分析表征，并在此基礎(chǔ)上探討了二氧化鋯納米結(jié)構(gòu)材料的形成機(jī)理。
　　 通過溫度的控制及雙氧水氧化HCl去除Cl-離子，促進(jìn)ZrOCl2·8H2O水解，加入適量蔗糖與水解產(chǎn)物形成凝膠，提前加入H3BO3確?；旌暇鶆颍ㄟ^加入

3、NH3·H2O調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)膒H控制凝膠的速度。冷凍干燥使?jié)衲z脫水形成干凝膠。
　　 H2/Ar混合氣氛處理結(jié)果表明:微還原氣氛處理過程中，H3BO3最終脫水形成B2O3，二氧化鋯前驅(qū)體[Zr(O-R)4]n逐漸脫水形成C包裹ZrO2。由于C的固化作用及還原氣氛的影響，低溫時(shí)形成無定型向四方晶型轉(zhuǎn)變的ZrO2細(xì)小粒子。當(dāng)溫度升高時(shí)，B2O3的軟化提供一個(gè)高溫熔融鹽環(huán)境，處于四方納米粒子(111)面的碳粒子由于較弱的結(jié)合作用溶入熔鹽

4、，通過Ostwald熟化機(jī)制以及B2O3對四方ZrO2的(111)面生長促進(jìn)作用，四方型ZrO2沿[111]方向生長為納米線狀材料，產(chǎn)物長度約為0.5～2μm，直徑約為20～60nm。通過對產(chǎn)物的物相，形貌與物料組成、熱處理溫度關(guān)系的研究，確定了最佳物料組成為物料質(zhì)量比ZrO2∶蔗糖∶H3BO3=5.23∶7.13∶4，熱處理工藝:H2/Ar（含5％體積份數(shù)H2）氣氛、熱處理溫度900℃、保溫時(shí)間3h。
　　 在空氣氣氛下熱處理

5、結(jié)果表明，低溫時(shí)與H2/Ar氣氛下處理過程相似，包括B2O3及C混合無定型ZrO2粒子結(jié)構(gòu)的形成。當(dāng)溫度升高時(shí)B2O3熔化，同時(shí)C逐漸被溶解和氧化，四方ZrO2納米粒子兩個(gè)維度上失去C的固化作用且處于熔融鹽環(huán)境，ZrO2粒子尺寸長大及較少的氧空位使其晶型轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡?，由熔鹽及結(jié)構(gòu)影響，以O(shè)stwald熟化機(jī)制主導(dǎo)形成納米片狀結(jié)構(gòu)，其厚度約為40～60nm，片寬約0.4～0.6μm。通過對產(chǎn)物物相，形貌與物料組成、處理溫度關(guān)系的研究，確定了