功能氧化物納米晶的液相制備.pdf

1、納米有序結(jié)構(gòu)材料是當(dāng)今納米材料領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)，各種功能氧化物納米晶由于其自身優(yōu)異的本征特性和晶粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)的高度均一，是自組裝制備無機(jī)納米有序結(jié)構(gòu)材料極具潛力的結(jié)構(gòu)單元。因此高質(zhì)量功能氧化物納米晶的制備開始受到人們極大的關(guān)注。 本文在總結(jié)和概述納米晶的各種液相制備方法的基礎(chǔ)上，對(duì)納米晶液相制備的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)原理進(jìn)行了分析，并選擇了熱溶劑法、自燃燒法、氣相控制溶膠凝膠法進(jìn)行了ZnO-Fe2O3系氧化物納米晶和PT(PbTiO3)

2、與PZT(PbZr0.52Ti0.48O3)納米晶制備的研究，其主要研究?jī)?nèi)容包括： 一、ZnO-Fe2O3系氧化物納米晶的熱溶劑法制備 1）首次提出用價(jià)格低廉的切片石蠟替代昂貴的1-十八烯作為熱溶劑法的高溫溶劑來制備氧化物納米晶，研究了在不同溫度下通過回流來去除石蠟中的低溫餾分，通過N2氣氛保護(hù)以抑制石蠟在高溫下氧化；2）在300~340℃的石蠟溶劑中，研究了油酸鐵直接熱解制備四氧化三鐵納米晶過程中反應(yīng)物連續(xù)注入的方式對(duì)納米晶

3、的粒度和形貌的影響規(guī)律；3）在320~340℃的石蠟溶劑中，在乙醇催化的條件下通過油酸鋅熱解制備氧化鋅納米晶，研究了熱解溫度較高的金屬油酸鹽制備氧化物納米晶的反應(yīng)條件；4）首次采用油酸鐵和油酸鋅按比例同時(shí)注入的方法，在乙醇催化的條件下，制備Zn0.5Fe2.5O4納米晶，研究了用熱溶劑法制備復(fù)合氧化物所必須的條件。 二、PT/PZT鐵電納米晶的自燃燒法制備 分別研究了1）溶膠-凝膠過程中檸檬酸的加入量、pH值、凝膠形成溫度等條

4、件對(duì)凝膠均勻性的影響，2）檸檬酸與金屬離子的摩爾比C/M及氧化度對(duì)體系所能達(dá)到的最高溫度和合成產(chǎn)物單相性與結(jié)構(gòu)的影響，3）除去包裹在納米晶表面殘余碳的有效方法，4）影響自燃燒方法制備的納米晶平均粒度的各種因素。 三、PT納米晶的氣相控制sol-gel法制備 通過載氣的方式控制醇鹽水解速度和水解反應(yīng)時(shí)間，從而達(dá)到對(duì)納米膠粒尺寸分布的調(diào)控，研究了載氣流速與載氣管口徑對(duì)納米晶粒度的影響規(guī)律。 主要研究結(jié)果： 一、在采

5、用熱溶劑法時(shí)，于N2氣氛保護(hù)的高溫石蠟溶劑中可實(shí)現(xiàn)金屬油酸鹽分解所需要的溫度環(huán)境，可替代目前價(jià)格高昂的1－十八烯等應(yīng)用于熱溶劑法制備納米晶的高沸點(diǎn)有機(jī)溶劑。采用反應(yīng)物連續(xù)注入的方式可制備出單相、形貌規(guī)則、平均粒徑在24~60nm、標(biāo)準(zhǔn)偏差在11~13％的Fe3O4、ZnO和Zn0.5Fe2.5O4納米晶。熱溶劑溫度在一定范圍內(nèi)對(duì)納米晶尺寸影響不大，納米晶的平均尺寸隨著反應(yīng)物注入速度的提高而減小。向體系中加入乙醇，由于酯化反應(yīng)的發(fā)生，可降

6、低熱解溫度較高的油酸鋅分解溫度，制得ZnO納米晶。乙醇與油酸鐵反應(yīng)的活性比與油酸鋅的反應(yīng)活性大，向體系中加入大量乙醇才能促使油酸鋅和油酸鐵同時(shí)熱解，制備得到Zn0.5Fe2.5O4納米晶。 二、采用自燃燒方法時(shí)，在溶膠－凝膠過程中，檸檬酸的加入量、溶液的pH值、凝膠化溫度是影響凝膠中各金屬離子均勻分布的重要因素。反應(yīng)體系可達(dá)到的最高溫度隨體系中的檸檬酸/金屬離子摩爾比（C/M）和氧化度（Q）增加而增加，并有較好的線性關(guān)系。利用自

7、燃燒方法合成PT或PZT納米晶，僅在適當(dāng)溫度范圍內(nèi)才能得到單一PT或PZT相。調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)參數(shù)，可制得平均粒度在35~70nm、標(biāo)準(zhǔn)偏差在19％左右、形貌較為規(guī)則的PT和PZT鐵電納米晶。通過實(shí)驗(yàn)和熱力學(xué)計(jì)算證明，300℃空氣中熱處理20h可將自燃燒產(chǎn)物中的殘余碳完全除去且不引起晶粒粗化。納米晶尺寸受體系中檸檬酸/金屬離子摩爾比（C/M）和凝膠化溫度的影響較大，隨C/M值的增大而減小，隨凝膠化溫度的增大而減小。 三、采用氣相控制溶膠