專利名稱：一種制備高純α-Al₂O₃納米晶體材料的方法
—種制備高純a -Al203納米晶體材料的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種制備高純0^1203納米晶體材料的方法，屬于晶體材料工程領 域。
背景技術：
—般認為晶粒度尺寸在納米量級的晶體材料稱之為納米晶，因其獨有的結構特 征，具有優(yōu)良的理化性質和特殊的光，電，磁等特性，納米晶體材料在功能材料及結構材料 的許多領域有著廣闊的應用前景，使得其制備方法倍受關注。其中，a-A1^3就是一種非常 重要的無機納米晶體材料，其在包括微電子器件，催化劑載體，光學器件，磁性材料，以及高 強度材料等的廣泛領域，都擁有良好的應用潛力。 制備納米a -A1203材料的傳統(tǒng)化學方法包括氣相反應法，沉淀法，溶膠_凝膠法， 醇鹽水解法，水熱或溶劑熱方法等。人們普遍采用這些方法，首先生成水合氧化鋁(A100H)， 然后在加熱條件下，發(fā)生A100H — 13 _A1203 — Y -A1203 — a -A1203的轉變，而這一轉變的程 度則關鍵地取決于加熱的溫度和保溫時間。通常實現(xiàn)向a -A1203的轉變需要在高于1200°C 的溫度條件下進行，然而這樣的高溫燒結過程，使得晶體的大小難以控制。
此外，各種傳統(tǒng)方法還存在成本高，產(chǎn)率低，純度低，操作復雜，設備要求高，污染 環(huán)境等方面的缺點和局限性。例如，氣相反應法存在產(chǎn)率低，收集難，反應物和氣體導入控 制不穩(wěn)定，和反應器的結構設計技術的限制。醇鹽水解法和溶膠_凝膠法對反應控制要求 十分嚴格，毒性有機溶劑會對環(huán)境造成污染，不適宜工業(yè)化大量生產(chǎn)。所以近年來，研究者 們一直試圖尋找在溫和條件下制備高質量納米晶體材料的新方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題是提供一種工藝條件較溫和，簡單實用，無污染，純度高的
a _A1203納米晶體材料的制備方法，解決傳統(tǒng)方法的缺點和局限性。 本發(fā)明提供的a -A1203納米晶體材料的制備方法，包括如下步驟 (1)將A1(N0》3 91120溶解于相同質量的去離子水中，加入到含羥基的有機溶劑
中，形成混合物；所述含羥基的有機溶劑具有如下兩種基本結構中的任意一種
<formula>formula see original document page 3</formula> 結構通式中R代表含1 5個C原子的正烷基； (2)向混合物中加入網(wǎng)絡輔助劑，均勻混合成為前驅體溶液；所述的網(wǎng)絡輔助劑 為含有多個羥基的醇類，醛類或酮類化合物； (3)將前驅體溶液持續(xù)加熱升溫至180°C ，恒溫至少0. 5小時后自然冷卻，形成松散的大體積有機物前驅體； (4)將前驅體干磨，之后在110(TC條件下煅燒2小時，待冷卻后形成白色的粉末產(chǎn) 物。 前述步驟(1)中所述有機溶劑為三乙醇胺或季戊四醇。 前述步驟(2)中所述網(wǎng)絡輔助劑選自山梨醇、甘露醇、戊五醇、環(huán)己六醇、麥芽糖 或果糖中的一種。 本發(fā)明具有以下特點本發(fā)明之制備的a-Al^納米晶體具有圓棒狀的形貌，長 度范圍約為150 300nm，直徑大都在90nm 130nm范圍內(nèi)。步驟(1)中，將Al (N03) 3 *9H20 溶解后，Al"與含羥基的有機溶劑形成具有網(wǎng)絡結構的金屬絡合物；步驟(2)中，加入的網(wǎng) 絡輔助劑，可與有機溶劑發(fā)生羥基縮合反應，為前驅體的網(wǎng)絡結構起到保護和加強的作用； 步驟(4)中，煅燒過程中形成的冊2，冊，0)2，1120氣體，可以使首先形成的八1203晶核相互分 開，以"嵌入"的方式存在于前驅體的網(wǎng)絡結構中；氣體的揮發(fā)有利于體系散熱，抑制小晶體 間形成燒結；成本低廉，工藝簡單，制備周期短，設備要求低，易于操作；產(chǎn)物純度高，重復 性好，粒徑分布窄、結晶性好，較少的表面缺陷。反應原料、中間產(chǎn)物及最終產(chǎn)物均無毒無污 染。


圖1為本發(fā)明實施例1，2，3三種前驅體化合物的紅外光譜圖； 圖2為本發(fā)明實施例1煅燒所得產(chǎn)物的粉末X-ray衍射圖，表明產(chǎn)物為單一的三
方相； 圖3為本發(fā)明實施例1煅燒所得產(chǎn)物的SEM組織圖，放大倍數(shù)為IOOOOO，表明產(chǎn)物 呈圓棒狀，三維尺寸約為100nmX100nmX300nm。
具體實施方式

—種制備純度高，粒徑均勻，結晶性好的0 41203納米晶體材料的方法。使用硝
酸鋁和含羥基的有機溶劑為原料，及多羥基有機物為網(wǎng)絡輔助劑。首先，A1"與含羥基的有
機溶劑形成具有網(wǎng)絡結構的金屬絡合物前驅體，加入的多羥基有機物網(wǎng)絡輔助劑，可與有
機溶劑發(fā)生羥基縮合反應，對網(wǎng)絡結構起到保護和加強的作用。經(jīng)過干磨后的前驅體，在
IIO(TC空氣條件下煅燒2小時，自然冷卻后得到a -A1203納米晶體材料。 圖2為實施例1煅燒所得產(chǎn)物的粉末X-ray衍射圖，完全符合三方晶系a -A1203
的特征衍射峰，并未發(fā)現(xiàn)其它氧化鋁晶型對應的特征衍射峰。圖3為實施例1煅燒所得產(chǎn)
物的SEM微觀組織形貌，圓棒狀的a -A1203晶體粒徑均勻，結晶性好，晶粒間存在互聯(lián)現(xiàn)象，
是0 41203晶體的典型組織。 以下為具體實施例 實施例1 : 稱取1. 36g季戊四醇粉末，溶解在去離子水中，配制成濃度為0. 05g/mL的季戊四 醇溶液。稱取1. 86g Al (N03)3 9H20粉末，溶解到等量的去離子水中，然后加入到季戊四醇 溶液中。稱取1.71g蔗糖，加入到混合溶液中，磁力攪拌20min，速度為500r/min，成為前 驅體溶液，pH值為3. 0 4. 0。將此前驅體溶液放入加熱爐中持續(xù)升溫至18(TC，恒溫0. 5小時，待自然冷卻后，形成了松散的大體積有機前驅體。將此前驅體在瑪瑙石研缽中進行 干磨，然后放入硅碳棒加熱爐中，在空氣環(huán)境下，以8 10°C /min的速度升溫至IIO(TC， 煅燒時間為2小時。所得亮白色粉末產(chǎn)物為圓棒狀a-AlA納米晶體，三維尺寸約為 100nmX100nmX300nm。
實施例2 : 稱取1. 36g季戊四醇粉末，溶解在去離子水中，配制成濃度為0. 05g/mL的季戊四 醇溶液。稱取1. 86g Al (N03)3 9H20粉末，投入季戊四醇溶液中。稱取1. 82g甘露醇，加入 到混合溶液中，磁力攪拌20min，速度為500r/min，成為淺黃色的前驅體溶液，pH值為3. 0 4. 0。將此前驅體溶液放入加熱爐中持續(xù)升溫至180°C ，恒溫0. 5小時，待自然冷卻后，形成 了棕黃色松散的大體積有機前驅體。將此前驅體在瑪瑙石研缽中進行干磨，然后放入硅碳 棒加熱爐中，在空氣環(huán)境下，以8 10°C /min的速度升溫至IIO(TC，煅燒時間為2小時。所 得亮白色粉末產(chǎn)物為圓棒狀0^1203納米晶體，三維尺寸約為110nmX110nmX300nm。
實施例3 : 稱取1.86g A1(N03)3 91120粉末，溶解到等量的去離子水中，然后加入到三乙醇 胺溶劑中。稱取1. 82g山梨醇，加入到混合溶液中，磁力攪拌20min，速度為500r/min，成 為前驅體溶液，pH值為3. 0 4. 0。將此前驅體溶液放入加熱爐中持續(xù)升溫至180°C，恒 溫0. 5小時，待自然冷卻后，形成了松散的大體積有機前驅體。將此前驅體在瑪瑙石研缽 中進行干磨，然后放入硅碳棒加熱爐中，在空氣環(huán)境下，以8 10°C /min的速度升溫至 110(TC，煅燒時間為2小時。所得亮白色粉末產(chǎn)物為圓棒狀a-A1^3納米晶體，三維尺寸約 為120nmX120nmX300nm。
權利要求
一種制備高純α-Al2O3納米晶體材料的方法，包括如下步驟(1)將Al(NO3)3·9H2O溶解于相同質量的去離子水中，加入到含羥基的有機溶劑中，形成混合物；所述含羥基的有機溶劑具有如下兩種基本結構中的任意一種結構通式中R代表含1～5個C原子的正烷基；(2)向混合物中加入網(wǎng)絡輔助劑，均勻混合成為前驅體溶液；所述的網(wǎng)絡輔助劑為含有多個羥基的醇類，醛類或酮類化合物；(3)將前驅體溶液持續(xù)加熱升溫，恒溫后自然冷卻，形成松散的大體積有機物前驅體；(4)將前驅體干磨，之后煅燒，待冷卻后形成白色的粉末產(chǎn)物。F2008100722869C0000011.tif
2. 如權利要求l所述的高純^^1203納米晶體材料的制備方法，其特征在于步驟(1) 中所述有機溶劑為三乙醇胺或季戊四醇。
3. 如權利要求l所述的高純^^1203納米晶體材料的制備方法，其特征在于步驟(2) 中所述網(wǎng)絡輔助劑選自山梨醇、甘露醇、戊五醇、環(huán)己六醇、麥芽糖或果糖中的一種。
4. 如權利要求l所述的高純^^1203納米晶體材料的制備方法，其特征在于步驟(3) 中，所述的前驅體持續(xù)加熱至18(TC，并恒溫至少0. 5小時。
5. 如權利要求l所述的高純^^1203納米晶體材料的制備方法，其特征在于步驟(4) 中，所述煅燒溫度為110(TC，時間為2小時。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備高純α-Al2O3納米晶體材料的方法。首先將硝酸鋁溶解于含羥基的有機溶劑中，然后向其中加入多羥基有機物，兩種有機物間發(fā)生羥基縮合反應，形成穩(wěn)定的網(wǎng)絡狀金屬絡合物。然后將此溶液持續(xù)加熱，形成松散的大體積有機前驅體。最后，將經(jīng)過研磨的前驅體粉末進行煅燒，可得到均勻的高純度α-Al2O3納米晶體材料。本發(fā)明具有工藝簡單，成本低廉，制備周期短，產(chǎn)物純度高，重復性好，粒徑分布窄，結晶性好的特點。
文檔編號C01F7/00GK101746786SQ20081007228
公開日2010年6月23日 申請日期2008年12月8日 優(yōu)先權日2008年12月8日
發(fā)明者盧燦忠, 常金晶 申請人:中國科學院福建物質結構研究所