溶胶—凝胶法制备纳米粉体

介绍了溶胶－凝胶法的原料、原理以及无机盐和金属醇盐的水解特点以及溶胶－凝胶方法的最新进展，存在的问题，并结合作者自己的研究工作，以二氧化锡为例，介绍了溶胶－凝胶法的工艺流程，最后对溶胶－凝胶法的未来发展进行了展望。     

NiO纳米晶的溶胶-凝胶法制备及电化学性能

采用溶胶-凝胶(Sol-Gel)法并结合热处理工艺制备氧化镍粉体,研究烧结条件对NiO粉体组成、结构和形貌的影响,并对其电化学性能进行初步研究.结果表明:以醋酸镍、乙醇、柠檬酸为原料,在一定温度下合成了稳定的溶胶和凝胶,凝胶热处理过程中在400℃左右基本分解完全并逐渐形成NiO纳米晶;随着烧结温度的升高,纳米NiO晶粒尺寸逐渐增大,晶型趋于完整;600℃烧结2h获得纳米NiO粉体晶粒大小分布均匀,晶型较好且没有明显团聚现象,表现出良好的充放电稳定性.     

溶胶-凝胶法制备NiO薄膜

采用溶胶-凝胶技术制备了NiO薄膜,并利用热重分析法、X射线光电子光谱法、X射线衍射法对其进行分析,同时用紫外线光谱法研究了电致变色特性.实验结果表明溶胶-凝胶法是1种制备NiO薄膜的有效方法,薄膜的成分很大程度上取决于热处理的温度,450℃时电致变色的效率为最佳.     

溶胶-凝胶法制备碳化硅晶须

以硅溶胶和炭黑为主要原料，采用溶胶．凝胶法制备了碳化硅晶须，探讨了不同的炭黑与二氧化硅的摩尔比、合成温度对碳化硅晶须形成的影响，通过XRD、SEM对热处理后的试样进行研究。结果表明：碳化硅晶须的形成温度高于1550℃，当温度达到1600℃时，反应产物均是碳化硅：当炭黑与二氧化硅的摩尔比为3．3时，碳化硅晶须形成的量最多，且晶须较细长。     

溶胶-凝胶法制备锶铁氧体纳米粉体的研究

掺杂锶铁氧体(SrFe12O19)作为磁性材料和微波材料具有广泛应用.采用以柠檬酸作金属离子络合剂的溶胶-凝胶法合成组份分别为SrTixCoxFe(12-2x)O19,SrNixCoxFe(12-2x)O19,和SrZnxCoxFe(12-2x)O19(x=0～1.5 mol%)的溶胶-凝胶,加热浓缩至自燃,制得铁氧体纳米粉体的先驱粉体,再经900～1100℃烧结制备出铁氧体粉体产物.用XRD研究产物的晶相及其晶粒的平均大小;用TEM和SEM观察粉体形貌.研究结果表明:当Ti/Co共掺时,锶铁氧体的晶相没有变化,相粒平均大小30～50 nm;当Ni/Co或Zn/Co共掺时,锶铁氧体晶相的含量随掺杂量x的增大而减小,并出现Fe3O4晶相和α-Fe2O3晶相杂质;当共掺量为1.5 mol%时,所得粉体均为Fe3O4晶相、晶粒平均尺寸约40 nm的纳米粉体.     

溶胶-凝胶制备CaO-MgO-SiO2纳米粉体的原位控制

以硝酸钙、硝酸镁、正硅酸乙酯为先驱体,利用溶胶-凝胶法合成CaO-MgO-SiO2纳米陶瓷粉体,研究了溶胶系统pH值、去离子水添加量、先驱体浓度、溶胶静置温度以及分散剂等因素对煅烧后粉体形貌的影响.结果表明:当pH值处于2.5～4.5、C[H2O]/C[Si]为2:1～4:1、先驱体浓度为0.8 mol/L、水浴温度为60℃、添加适量分散剂时,凝胶在煅烧后能获得具有良好分散性的纳米粉体.通过严格控制上述溶胶-凝胶过程中的原位工艺条件,制得了粒子直径为50～100 nm、分散性非常好的CaO-MgO-SiO2纳米陶瓷粉体.     

溶胶-凝胶法制备α-Al_2O_3纳米粉体

以工业氧化铝溶胶为原料,通过溶胶-凝胶法制备了-αA l2O3纳米粉体。研究了解胶条件、晶种加入量、矿化剂种类及加入量、煅烧温度及保温时间对产物的影响。结果表明:溶胶解胶后的粒度越小,产物的粒度越小,得到产物所需的煅烧温度越低;晶种和矿化剂的引入,可以促进过渡型氧化铝向-αA l2O3的转化,降低相转变温度;煅烧温度对α-A l2O3的生成影响比较大,在温度恒定时,延长保温时间对产物物相的影响不大。溶胶-凝胶法制备-αA l2O3纳米粉体的最佳条件是分散剂三乙醇胺用量为1%(质量分数),晶种加入量为5%,NH4NO3加入量为5%,煅烧温度为1000℃,保温时间为2 h。所得-αA l2O3纳米粉体外观呈球形,粒度分布均匀,粒径在50 nm左右。     

溶胶-凝胶法制备La2O3纳米粉体

以普通La2O3,硝酸,聚乙二醇为原料,利用溶胶-凝胶法制备了纳米La2O3粉体,利用TG-DTA,XRD,TEM等各种测试方法对干凝胶300℃灼烧所得前驱体粉末的分解过程及最终形成的纳米氧化镧粉体进行了分析和表征,并研究了浓度、搅拌和分散剂聚乙二醇(PEG)添加量等因素的改变对La2O3粉体的粒径、形态的影响.实验结果表明,在适当工艺参数下,可以制得平均粒径小于50 nm的La2O3粉体.     

溶胶-凝胶法制备GaN颗粒

以醇酸镓Ga(OC2H5)3作前驱体,利用溶胶-凝胶法和高温氨化法相结合,成功的合成了GaN粉末.用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、选择区电子衍射(SAED)、光致发光谱(PL)对粉末的结构、形貌和发光特性进行了表征.结果表明在950℃时,可以得到纯度较高的GaN粉末且采用该工艺合成的GaN粉末粒度较均匀,生成的GaN多晶絮状颗粒为六方纤锌矿结构,室温下光致发光谱的测试结果发现了较强的402 nm处的近带边发光峰和460 nm处的蓝色发光峰.     

溶胶-凝胶法制备GaN颗粒

以醇酸镓Ga(OC2H5)3作前驱体,利用溶胶-凝胶法和高温氨化法相结合,成功的合成了GaN粉末.用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、选择区电子衍射(SAED)、光致发光谱(PL)对粉末的结构、形貌和发光特性进行了表征.结果表明:在950℃时,可以得到纯度较高的GaN粉末且采用该工艺合成的GaN粉末粒度较均匀,生成的GaN多晶絮状颗粒为六方纤锌矿结构,室温下光致发光谱的测试结果发现了较强的402 nm处的近带边发光峰和460 nm处的蓝色发光峰.     

NiO纳米晶的制备及电化学性能研究

采用溶胶-凝胶工艺并结合热处理方法制备NiO粉体,考察热处理温度对粉体组成、结构和形貌的影响,并初步研究了其电化学性能.结果表明:以醋酸镍为镍源,柠檬酸为络合剂,乙醇为溶剂,合成了均匀稳定的溶胶和凝胶,干凝胶前驱体在烧结过程中于400℃左右分解基本完全并逐渐有纳米晶NiO出现;随烧结温度的升高,NiO晶粒大小逐渐增加,晶形更加完整;在600℃×2h烧结获得的粉体晶粒尺寸分布均匀,晶形较好且无明显团聚,表现出了较好的充放电性能.     

溶胶-凝胶法制备LiFePO4粉体及其电化学性能研究

通过溶胶-凝胶法并结合热处理工艺制备LiFePO4粉体,采用XRD、SEM及恒电流充放电技术等方法,研究了煅烧时间对LiFePO4粉体结构、形貌及电化学性能的影响.结果表明:以聚丙烯酸(PAA)、硝酸铁、硝酸锂和磷酸二氢铵为原料,在一定温度下合成了稳定的溶胶和凝胶,经650℃煅烧得到LiFePO4粉体.随着煅烧时间的延长,粉体颗粒逐渐增大,晶型趋于完整;煅烧16h获得的LiFePO4颗粒大小均匀,晶型完整且没有明显团聚现象.1C倍率下首次放比电容量达到140 mAh/g,经100次循环后仍高于130 mAh/g,容量保持率高达93％,表现出良好的充放电稳定性.     

过程控制剂对机械合金化法制备CuCr纳米晶粉末性质的影响

采用机械合金化法制备了纳米晶CuCr复合粉末,选用无水乙醇为过程控制剂,研究了过程控制剂(ProcessCon-trolAgent,简称PCA)对机械合金化后粉末的出粉率、物相、结构以及微观形貌的影响。结果表明,PCA的加入有利于提高粉末的分散性和出粉率,减少研磨介质的磨损和杂质的掺入;但PCA的加入量过多会导致晶粒细化效果不明显,使Cr在Cu中的固溶度增加量降低。PCA含量为15%时粉末综合性能较优:球磨40h后,平均晶粒尺寸为35nm,微观应变为0.448%,Cr在Cu中的固溶度达到1.0139%,CuCr组分分布均匀。     

溶胶-凝胶法制备纳米氧化铝粉末的研究

氧化铝在许多工业领域已经得到了广泛的应用，随着新材料科学和先进制造技术的发展，对陶瓷复合材料的性能要求日益提高，为了提高氧化铝基陶瓷复合材料的力学性能，需要提高氧化铝的纯度和表面活性、降低其粒度，对此传统的氧化铝制备方法不能满足这一要求。溶胶一凝胶法是制备纳米粉末的重要技术之一，作为一种湿化学合成方法，具有设备简单，工艺易于控制，粉末纯度和均匀度高，成本低等优点，在制备涂层以及涂层复杂形状零件方面有很大的优越性。本文以异丙醇铝(Al(C3H7O)3)为原料，用溶胶--凝胶法制备出了纳米氧化铝(Al2O3)粉末。通过x射线衍射分析和差热分析，研究了由凝胶至α-Al2O3，粉末的转变过程以及影响粉末性能的因素。研究表明，溶胶--凝胶法制备的胶体在1200℃的温度下可以完全转化为纳米α-Al2O3，并且具有较高的质量密度，所制备的纳米α-Al2O3，具有较理想的晶体结构类型，未发现其它相或杂质，这表明溶胶--凝胶法是制备高纯度纳米陶瓷粉末的有效技术。     

溶胶-凝胶法制备氧化锆粉体

以正丙醇锆为锆源,采用溶胶-凝胶法制备了ZrO2粉体。研究了硝酸含量对凝胶时间及热处理温度对ZrO2晶型的影响规律。通过控制硝酸含量可以有效改变凝胶时间;通过锆醇盐水解缩聚制备的ZrO2干凝胶,在低温下热处理首先形成ZrO2四方相,在较高温度热处理后才转变为单斜相;锆醇盐水解缩聚制备的氧化锆粉体在1200℃以后烧结过程明显加快。     

锐钛矿TiO2的溶胶—凝胶晶化过程

以（C4H9O）4Ti为源物质,采用溶胶-凝胶法技术在中温区烧结获得了单相锐钛矿型纳米TiO2。通过DTA、TG、DSC等热分析技术,分析了其相变进程,结果表明,在120-300℃的空气中发生放热效应,而在N2中为吸热效应;在300℃-450℃为非晶态到锐钛矿的相变阶段,相变温度范围很宽,晶体长大以及锐钛矿与金红石间的同质异象转变的热效应不明显。     

高硬度纳米镍钴合金镀层的制备与表征

采用植酸与有机胺盐复合添加剂制备了纳米镍钴合金镀层.试验表明,在较低的溶液pH值和电流密度(2.4～3.2A/dm2)时,镍钻合金镀层晶粒度为20～50nm.采用扫描电镜(SEM)、X射线分析仪(XRD)和透射电镜(TEM)等技术对镀层进行了表征,当纳米镍钴镀层中钻含量达到20%时,镀层硬度为577.2HV.     

直接碳化技术制备碳化钨粉的研究

本文以两种不同形貌的氧化钨和炭黑为原料,采用加酒精湿磨配炭制取混合料,再经干燥,在中频电炉中,于1 000℃、1 250℃、1 400℃直接碳化,分析碳化产物的相成份、形貌、粒度、炭含量、氧含量。研究发现,不同原料在相同温度直接碳化,碳化产物形貌完全不同;薄片状氧化钨所制得的碳化钨在低倍扫描电镜下观察几乎没有超过50μm的团聚颗粒;在高倍扫描电镜下观察是许多小颗粒的团聚体,并且聚集得很紧密。针状氧化钨原料制得的碳化钨在低倍扫描电镜下观察团粒较多,而且保持着原APT的伪晶形貌,在高倍扫描电镜下观察呈松散的细颗粒聚集体。当直接碳化温度达到1 250℃,反应基本完全,化合碳接近碳化钨理论含碳量。碳化钨粒度随温度的升高而增大。     

大变形制备纳米取向硅钢

以Fe-3.18%Si的热轧无取向硅钢片为原料,采用1100℃淬火、室温下70%的应变量变形,进行了500℃×0.5 h退火处理,制备了纳米亚微米晶粒尺度的薄硅钢片,并用透射电镜对其结构进行分析,用X-射线衍射议和透射电镜对样品中的纳米亚未晶粒结构和织构进行了分析。结果表明,热轧无取向硅钢片经1100℃淬火获得了板条马氏体组织,再经室温大变形和各种退火温度和退火时间的再结晶退火之后,得到纳米晶粒结构,并形成了(110)晶面的织构。     

高分子网络微区沉淀法制备纳米NiO粉体

采用高分子网络微区沉淀法制备了纳米级NiO粉体。该方法是以硝酸镍和尿素为原料，以丙烯酰胺为有机单体、以N，N＇-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，以过硫酸铵为引发剂，在水浴63℃中加热凝胶。采用TG—DTA、XRD、TEM等手段分析的结果表明：在600℃煅烧的粉体颗粒细小均匀，粒径在35-45nm，并且单分散性好。凝胶过程是在高分子网络内形成微区沉淀，且彼此独立，加热煅烧时在未发生团聚前分解，保证烧结粉体的单分散性，从而解决了其它方法普遍存在的团聚问题。