專利名稱：液相化學(xué)還原法制備包覆有分散穩(wěn)定劑的鋁納米粒子的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬鋁納米材料的制備，涉及液相化學(xué)還原法制備包覆有分散穩(wěn)定劑的鋁納米粒子的方法。制得的鋁納米粒子適用于火箭推進劑、火炸藥和太陽能背板，以及其它高技術(shù)領(lǐng)域中。
背景技術(shù)：
與傳統(tǒng)的含能材料相比，鋁納米粒子(以下簡稱為AlNPs)由于其能量密度大、耗氧量低、反應(yīng)活性高，以及具有更好的抗凝聚性能和點火性能、能提高推進劑燃燒穩(wěn)定性、降低燃速壓強指數(shù)等優(yōu)點，使其成為獨特的火箭推進劑和火炸藥配方；鋁顆粒越小，熔點越低，越易于在一定溫度下和硅基材料形成硅鋁復(fù)合層，更有利于鋁背場的形成，并改善太陽能電池的輸出特性，因而鋁納米粒子對于太陽能電池板鋁背場的制作具有極其重要。此外，用納米鋁粒子替代貴金屬粉末制備性能優(yōu)越的電子漿料，可大大降低成本，并促進微電子工藝的優(yōu)化；利用納米鋁粒子高能量狀態(tài)和較低溫度下強的燒結(jié)能力，可制備性能優(yōu)越的燒結(jié)添加劑，改善高導(dǎo)熱陶瓷的燒結(jié)工藝，提高燒結(jié)體密度和導(dǎo)熱率等；金屬鋁納米粒子摻雜氘代聚苯乙烯或聚乙烯纖維，有望用作Z箍縮絲陣材料?，F(xiàn)有技術(shù)中，制備AlNPs的方法主要包括機械合金法、氣相冷凝法和液相化學(xué)法。機械合金法采用高能球磨有利于實現(xiàn)量產(chǎn)，但易引入雜質(zhì)，且顆粒形狀均勻性差(如含片狀等)。氣相冷凝法通過電爆炸、激光感應(yīng)、等離子體或電子束輻射等加熱方式實現(xiàn)原子蒸發(fā)，在惰性氣氛中冷凝沉積，所得產(chǎn)品純度高、結(jié)晶組織好，但設(shè)備要求高，或者存在容易受加熱源污染、產(chǎn)量小、粒度難以控制等不足。液相化學(xué)法是在溶劑體系中，將鋁烷類前驅(qū)體加熱分解，或者將鋁鹽還原實現(xiàn)AlNPs的合成；該方法對實驗設(shè)備要求不高，有利于控制體系組分，并實現(xiàn)實驗室化學(xué)合成，但存在的缺點是制備過程中產(chǎn)物易被氧化，易發(fā)生團聚，以及容易包覆副產(chǎn)物雜質(zhì)等。目前采用液相化學(xué)法制備AlNPs的實驗研究僅有少量的文獻(xiàn)報道，為了實現(xiàn)對AlNPs的保護，通常采用氟化羧酸表面鈍化或者聚合物(如聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基丙酸甲酯等)包覆的方法，但存在顆粒粒徑太大和分散性不佳等缺點。綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)的制備方法主要存在納米鋁粒子極易被氧化、吸濕和團聚，或者成本較高等一些問題，非常有必要積極開展納米鋁粒子的制備技術(shù)及表面改性與修飾技術(shù)研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供液相化學(xué)還原法制備包覆有分散穩(wěn)定劑的鋁納米粒子的方法，從而提供一種尺寸均勻、分散性較好、且具有一定活性的鋁納米粒子的制備方法。本發(fā)明的內(nèi)容是液相化學(xué)還原法制備包覆有分散穩(wěn)定劑的鋁納米粒子的方法，其特征是包括下列步驟
a、均三甲苯的純化在分液漏斗中，用濃硫酸(一般采用質(zhì)量百分比濃度為95% 98%硫酸水溶液)將市售均三甲苯洗滌至無色透明，再依次用蒸餾水、質(zhì)量百分比濃度為I 10%的NaOH水溶液、蒸餾水洗滌至中性，再用CaH2干燥，然后經(jīng)蒸餾即制得純凈的均三甲苯，加入干燥劑活化的4A分子篩(較好的是經(jīng)450 600°C處理4 6小時的活化4A分子篩)，放入干燥器中備用；
b、氯化鋁在均三甲苯中的分散按純凈的均三甲苯氯化鋁為50 200:1的質(zhì)量比取純凈的均三甲苯和氯化鋁，在無水無氧條件下，將純凈的均三甲苯加入到干燥(即無水)的反應(yīng)器中，抽排除去反應(yīng)器中的空氣，再加入氯化鋁，升溫至75 90°C，磁力攪拌下，使氯化鋁分散在均三甲苯中；
C、還原反應(yīng)
按氯化鋁氫化鋁鋰分散穩(wěn)定劑為I 2. 5:0. 5 1:0. 5 I的質(zhì)量比例取氯化鋁、氫化鋁鋰、分散穩(wěn)定劑；
所述分散穩(wěn)定劑是聚乙二醇(即PEG)或聚乙二醇二甲醚(即NHD)；
在通氮氣的條件下，依次向步驟b所述的反應(yīng)器中加入分散穩(wěn)定劑聚乙二醇或聚乙二醇二甲醚和氫化鋁鋰，在164 166°C的溫度，劇烈攪拌反應(yīng)12 24h后，停止加熱，攪拌下自然冷卻，制得包覆有分散穩(wěn)定劑的鋁納米粒子的反應(yīng)產(chǎn)物；其反應(yīng)式如下
權(quán)利要求
1.液相化學(xué)還原法制備包覆有分散穩(wěn)定劑的鋁納米粒子的方法，其特征是包括下列步驟 a、均三甲苯的純化在分液漏斗中，用濃硫酸將市售均三甲苯洗滌至無色透明，再依次用蒸餾水、質(zhì)量百分比濃度為I 10%的NaOH水溶液、蒸餾水洗滌至中性，再用CaH2干燥，然后經(jīng)蒸餾即制得純凈的均三甲苯，加入干燥劑活化的4A分子篩，放入干燥器中備用； b、在均三甲苯中分散氯化鋁按純凈的均三甲苯氯化鋁為50 200:1的質(zhì)量比取純凈的均三甲苯和氯化鋁，在無水無氧條件下，將純凈的均三甲苯加入到干燥的反應(yīng)器中，抽排除去反應(yīng)器中的氧氣，再加入氯化鋁，升溫至75 90°C，磁力攪拌下使氯化鋁在均三甲苯中分散； C、還原反應(yīng) 按氯化鋁氫化鋁鋰分散穩(wěn)定劑為I 2. 5:0. 5 1:0. 5 I的質(zhì)量比例取氯化鋁、氫化鋁鋰、分散穩(wěn)定劑； 所述分散穩(wěn)定劑是聚乙二醇或聚乙二醇二甲醚； 在通氮氣的條件下，依次向步驟b所述的反應(yīng)器中加入分散穩(wěn)定劑聚乙二醇或聚乙二醇二甲醚和氫化鋁鋰，在164 166°C的溫度下，攪拌下反應(yīng)12 24h后，停止加熱，攪拌下自然冷卻，制得包覆有分散穩(wěn)定劑的鋁納米粒子的反應(yīng)產(chǎn)物； d、純化制備包覆有分散穩(wěn)定劑的鋁納米粒子在攪拌下，將步驟c所得包覆有分散穩(wěn)定劑的鋁納米粒子的反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)離心分離后，棄去上層清液，放入真空干燥箱中除去剩余的均三甲苯溶劑，得到粗產(chǎn)物；再用低溫甲醇作為溶劑洗滌粗產(chǎn)物，再經(jīng)超聲洗滌、離心分離、棄去上層清液，所得下層物料經(jīng)真空干燥，即制得包覆有分散穩(wěn)定劑的鋁納米粒子產(chǎn)物。
2.按權(quán)利要求1所述液相化學(xué)還原法制備包覆有分散穩(wěn)定劑的鋁納米粒子的方法，其特征是步驟c所述分散穩(wěn)定劑的加入量與還原反應(yīng)生成的Al的理論質(zhì)量的質(zhì)量比為1:1o
3.按權(quán)利要求1或2所述液相化學(xué)還原法制備包覆有分散穩(wěn)定劑的鋁納米粒子的方法，其特征是步驟c所述聚乙二醇是分子量為4000的聚乙二醇，所述聚乙二醇二甲醚是分子量為250的聚乙二醇二甲醚。
4.按權(quán)利要求1所述液相化學(xué)還原法制備包覆有分散穩(wěn)定劑的鋁納米粒子的方法，其特征是步驟d所述低溫甲醇是溫度為一 25 0°C的甲醇。
5.按權(quán)利要求1所述液相化學(xué)還原法制備包覆有分散穩(wěn)定劑的鋁納米粒子的方法，其特征是步驟d所述用低溫甲醇作為溶劑洗滌粗產(chǎn)物的次數(shù)為2 10次。
6.按權(quán)利要求1或5所述液相化學(xué)還原法制備包覆有分散穩(wěn)定劑的鋁納米粒子的方法，其特征是步驟d所述用低溫甲醇作為溶劑洗滌粗產(chǎn)物時，低溫甲醇的體積為粗產(chǎn)物體積的I 10倍。
7.按權(quán)利要求1所述液相化學(xué)還原法制備包覆有分散穩(wěn)定劑的鋁納米粒子的方法，其特征是步驟d所述真空干燥是在30 55°C的溫度下及O. 01 O.1OMPa的壓力下真空干燥24 48小時。
全文摘要
本發(fā)明公開了液相化學(xué)還原法制備包覆有分散穩(wěn)定劑的鋁納米粒子的方法，其特征是純化市售均三甲苯；在均三甲苯中分散氯化鋁；按氯化鋁:氫化鋁鋰:分散穩(wěn)定劑為1～2.5:0.5～1:0.5～1的質(zhì)量比，在通氮氣的條件下，向分散有氯化鋁的均三甲苯中加入分散穩(wěn)定劑聚乙二醇或聚乙二醇二甲醚和氫化鋁鋰，在164～166℃的溫度下，攪拌反應(yīng)12～24h后，冷卻，離心分離，棄去上層清液，除去剩余的均三甲苯溶劑，再用低溫甲醇洗滌，經(jīng)超聲洗滌、離心分離、棄去上層清液，所得下層物料經(jīng)真空干燥，即制得尺寸均勻、分散性較好且具有一定活性的包覆有分散穩(wěn)定劑的鋁納米粒子產(chǎn)物，適用于火箭推進劑、火炸藥和太陽能背板等領(lǐng)域中。
文檔編號B22F9/24GK103056388SQ20131002297
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月22日
發(fā)明者劉才林, 梁曉蕾, 王綿, 楊海君, 任先艷, 冉卷平, 王用 申請人:西南科技大學(xué)