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纳米氧化镁是一种新型功能精细无机材料

  纳米氧化镁是一种新型功能精细无机材料,其粉体粒径介于1~100nm。由于其结构的特殊性,使了它具有独特的电学、磁学、热学及光学性能,被广泛应用于高级陶瓷材料、电器绝缘材料、化妆品、香粉、油漆、橡胶填充剂、酸性气体吸附剂、催化剂载体等领域,有着广阔的应用前景和巨大的经济潜力。

  一、纳米氧化镁粉体制备方法

  纳米氧化镁粉体的制备方法按原料的状态可分为固相法、气相法、液相法。

  1、固相法

  (1)机械粉碎法

  机械粉碎法是指通过机械力将氧化镁大颗粒进一步细化。该方法技术简单,但制备的粉体粒径均匀性低,粉碎过程还易混入杂质,且粒子形状难以控制,很难达到工业应用的要求。

  (2)固相化学反应法

  固相化学反应法是近年来出现一种合成纳米氧化物的新方法。常用草酸与醋酸镁等发生室温固相化学反应,生成的MgC2O4在一定温度下灼烧分解制得的氧化镁粉体。

  该方法优点是克服了传统湿法存在的粒子团聚问题,具有反应无需溶剂、产率高、反应条件易控制等。

  2、气相法

  气相法分为物理气相沉积法(PVD)和化学气相沉积法(CVD)两种。物理气相沉积法是利用电弧、高频或等离子体高温热源将氧化物加热使之气化,然后聚成粒子。化学气相沉积法是利用挥发性金属化合物或金属单质蒸汽通过化学反应生成所需化合物。根据反应的类型,化学气相沉积法又可分为气相氧化法、气相热解法、气相水解法等。

  (1)气相氧化法

  气相氧化法是将金属单质蒸发或金属化合物在气相中发生氧化反应,生成的金属氧化物蒸气再凝聚成纳米粒子。纳米氧化镁粉的合成是通过Mg蒸气在氧气氛中发生氧化反应而得,其反应式为:

  该方法通过改变工艺参数,可以控制生成的氧化镁粒度可以在10~100nm之间调节.

  (2)气相热解法

  气相热解法是在真空或惰性气氛条件下,用各种高温热源将反应区加热到所需温度,然后导入气体反应物或将反应物溶液以喷雾法导入,溶剂在高温条件下挥发后发生热分解反应,生成氧化物。该方法常用以硝酸镁为原料,制备纳米氧化镁。

  两种气相法制备纳米氧化镁粉体的优点是:

  ①产品纯度高、分散性好、粒度分布窄;

  ②可以连续生产,生产能力大,粒度可以控制。

  缺点是:

  ①产品的收集还存在问题,设备昂贵;

  ②反应温度高,能耗大。

  ③气相热解法还产生大量有害气体,污染环境,实现工业化生产存在一定的困难。

  3、液相法

  液相法是目前广泛采用的制备纳米金属氧化物粉体的方法,常用方法主要有:直接沉淀法、均匀沉淀法、溶胶-凝胶法等。

  (1)直接沉淀法

  直接沉淀法是在金属盐溶液中加入沉淀剂,使生成的沉淀从溶液中析出,将阴离子从沉淀中除去,再经热分解制得纳米氧化物。常见的沉淀剂有氨水、NaOH、(NH4)2CO3等。

  直接沉淀法优点:

  ①操作简便易行,对设备、技术要求不高,不易引入杂质,

  ②产品纯度高,有良好的化学计量性,制备成本较低;

  缺点是:产品粒度较大,粒度分布较宽。

  (2)均匀沉淀法

  均匀沉淀法的原理是通过化学反应使沉淀剂在溶液中缓慢、均匀地释放出来,在沉淀过程中,由于构晶离子的过饱和度在整个溶液中比较均匀,所得沉淀物的颗粒均匀而致密,便于洗涤过滤,制得的产品粒度小、分布窄、团聚少。常用方法是以硝酸镁、尿素为原料,乙醇为反应介质、加入表面活性剂PEG、DMF,生成的沉淀经离心分离、冷冻干燥和煅烧后,制得氧化镁粉体。

  均匀沉淀法常用的沉淀剂有六次甲基四胺和尿素等。以尿素为沉淀剂的化学反应方程式为:

  (3)溶胶-凝胶法

  溶胶-凝胶法简称是以有机或机盐为原料,在有机介质(如乙醇等)中进行水解、缩聚反应,使溶液经溶胶-凝胶化过程得到凝胶,凝胶经干燥、煅烧得到产品。常用方法为将硝酸镁加入到熔融的硬脂酸中,加热、搅拌后得到浅黄色透明溶胶,然后自然冷却至室温得到凝胶,再将凝胶置于马弗炉中,在400℃以上的温度下煅烧一定时间,得到白色纳米氧化镁粒子。

  溶胶-凝胶法优点是纳米粉体粒度分布窄、分散性好、纯度高,并且煅烧温度低、反应易控制、副反应少、工艺操作简单,但缺点是原料成本较高。

  下表为上述合成纳米氧化镁方法的比较:

  二、氧化镁应用领域

  (1)高性能陶瓷:纳米氧化镁具有良好的烧结性能。在不需要使用烧结助剂便可实现低温烧结,制成高致密的细晶陶瓷或多功能性氧化镁薄膜,可望开发为高温、高腐蚀等苛刻条件下的高端材料。

  (2)吸波材料:由于纳米氧化镁粉体具有高活性,很容易与高聚物或其他材料复合。这种复合材料具有良好的微波吸收性能,同时不降低原材料的强度、韧性等,而且加入纤维状氧化镁还有补强作用。

  (3)吸附剂和催化剂:纳米氧化镁的比表面积较大,是制备高功能精细无机材料、电子元件、油墨、有害气体吸附剂的重要原料。

  (4)阻燃材料:氧化镁具有良好的阻燃作用,可制造质轻、隔音、绝热、耐火纤维板等耐火材料以及金属陶瓷。

  (5)其他:燃油添加剂、清洁剂、抗静电剂及抗腐蚀剂、电绝缘体材料、制造坩埚、熔炉、绝缘 导管(管状元件)、电极棒材、电极薄板等。

2021年10月29日 10:26
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