付永春(中電投國際礦業(yè)投資有限公司,北京 100044)

納米氧化鋁是一種非常特殊的材料，其和橡膠、塑料等具有良好的相容性，在航天、國防、化工、微電子等領(lǐng)域都有著重要應(yīng)用。通過分析不同的納米氧化鋁制備方法，為納米氧化鋁應(yīng)用奠定基礎(chǔ)，加強(qiáng)納米氧化鋁改性工藝研究，推動(dòng)納米氧化鋁更加廣泛的應(yīng)用。

1 納米氧化鋁的制備方法

(1)固相制備法 納米氧化鋁的固相制備法是指鋁鹽或者金屬鋁加熱分解或者直接研磨以后，進(jìn)行煅燒，對其進(jìn)行固相，最終得到氧化鋁。在實(shí)際應(yīng)用中，固相法還可以分為非晶晶化法、熱解法和燃燒法，非晶晶化法是指非晶態(tài)化合鋁進(jìn)行退火處理，合理控制反應(yīng)條件，最終得到氧化鋁納米晶體[1]。熱解法是對鋁鹽進(jìn)行熱分解，然后研磨，最終得到納米氧化鋁粒子。納米氧化鋁固相制備法，操作工藝簡單、成本低，但是納米氧化鋁顆粒粒徑較大，容易發(fā)生氧化變形。

(2)氣相制備法 納米氧化鋁的氣相制備法主要是通過電弧加熱、電子束加熱、激光蒸發(fā)、等離子體等物質(zhì)或者利用氣體將鋁鹽或者氧化鋁轉(zhuǎn)換為氣體，使氣體發(fā)生化學(xué)或者物理反應(yīng)，然后進(jìn)行冷卻凝聚成為納米氧化鋁細(xì)微粉體。氣相制備法又分為氣相水解法和蒸發(fā)冷凝法，氣相水解法是指在氧、氫火焰中鋁鹽進(jìn)行高溫水解，然后離析出納米氧化鋁超微粒子。蒸發(fā)冷凝法是指對氧化鋁加熱使其發(fā)生氣化，在惰性氣體中進(jìn)行冷卻凝結(jié)，最終得到納米氧化鋁超微粒子。氣相制備法的納米氧化鋁產(chǎn)物非常精細(xì)，反應(yīng)條件也很容易管理和控制，通過控制不同的反應(yīng)氣體可以得到不團(tuán)聚或者少團(tuán)聚的納米氧化鋁超細(xì)粉末，顆粒的分布窄、粒徑小、分散性較好。但是納米氧化鋁制備法需要多種精密設(shè)備和儀器，成本相對較高，并且產(chǎn)率較低，無法滿足大量生產(chǎn)要求。

(3)液相制備法 納米氧化鋁液相制備法是指按照不同材料的組成情況，調(diào)制溶液，采用可溶性鋁鹽，使各種元素呈現(xiàn)離子態(tài)，通過水解、升華、蒸發(fā)等工藝，使用合適沉淀劑，使氧化鋁金屬離子沉淀出去，將結(jié)晶物脫水最終得到納米氧化鋁超微粉體。

①沉淀法。沉淀法是指通過添加合適的沉淀劑，使鋁離子從原料液中形成沉淀物，經(jīng)過加熱分解、干燥、洗滌、過濾等工藝，得到納米氧化鋁顆粒。沉淀法有包括水解沉淀法、均勻沉淀法和直接沉淀法，在使用沉淀法時(shí)，為了表面沉淀劑添加造成局部沉淀不均勻，可以在原料溶液中添加合適物質(zhì)，促使其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，有效控制沉淀劑的生成速度，在合適范圍內(nèi)控制過飽和度[2]，從而獲得純度高、凝聚少的納米氧化鋁超微粉。

②溶膠—凝膠法。溶膠—凝膠法主要是利用無機(jī)鋁鹽或者醇鋁鹽的聚合、水解反應(yīng)，制成氫氧化鋁均勻溶膠，然后進(jìn)行濃縮，形成透明的凝膠，再經(jīng)過低溫干燥抽真空處理，最終得到納米氧化鋁超微細(xì)粉，并且通過改變熱處理?xiàng)l件，進(jìn)行煅燒處理，可以得到晶型不同的納米氧化鋁。在實(shí)際應(yīng)用，反應(yīng)時(shí)間、溫度、溶液濃度、pH 值等都是影響溶膠凝膠法的重要參數(shù)，但是這種方法在凝膠干燥處理中易產(chǎn)生大量團(tuán)聚，因此為了對凝膠表面進(jìn)行改性，需要添加合適的分散劑，實(shí)現(xiàn)分散膠粒和乳化溶液的目的。

③溶劑蒸發(fā)冷凍干燥法。冷凍干燥法是指在低溫有機(jī)溶劑中加入鋁鹽溶液噴霧，快速實(shí)現(xiàn)冷凍，再通過減壓進(jìn)行升華脫水，然后通過加熱分解，最終得到納米氧化鋁微粉。

2 納米氧化鋁改性工藝

當(dāng)前，納米氧化鋁的團(tuán)聚形成有多種解釋，如化學(xué)鍵作用理論、氫鍵作用理論、毛細(xì)管吸附理論、晶橋理論等。在實(shí)際應(yīng)用中，通過改變干燥和洗滌方式、使用超聲波、改變沉淀劑、添加表面活性劑等方法，可以有效防治納米氧化鋁團(tuán)聚，而在制備納米氧化鋁時(shí)，應(yīng)將這些方法有效結(jié)合起來，提高納米氧化鋁制備質(zhì)量。納米氧化鋁制備過程中，偶聯(lián)劑是一種非常常見的表面改性劑，特別是硅烷偶聯(lián)劑，以酸水溶液作為催化劑，在乙醇溶劑中添加硅烷偶聯(lián)劑，發(fā)生水解反應(yīng)后，采用表面濕性修飾，對納米氧化鋁進(jìn)行改性處理，可有效提高納米氧化鋁超細(xì)粉表面活性。同時(shí)，使用TM-S105 鈦酸酯偶聯(lián)劑和A151、KH550、KH570 硅烷偶聯(lián)劑[3]，對納米氧化鋁進(jìn)行表面處理，填充適量的導(dǎo)熱橡膠，極大地提高了納米氧化鋁的物理機(jī)械性能和導(dǎo)熱性能。

3 結(jié)語

我國納米氧化鋁制備還處于實(shí)驗(yàn)探索階段，大多數(shù)的制備方法工藝復(fù)雜，對反應(yīng)條件要求苛刻，制備重復(fù)性差，并且制備過程中經(jīng)常出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，在未來發(fā)展過程中應(yīng)加大納米氧化鋁制備和改性工藝的研究，使制備工藝更加完善和成熟。

[1]尹良果.納米α-氧化鋁的制備及其改性[D].中南大學(xué),2013.

[2]趙小玲.納米氧化鋁的制備及改性工藝研究[D].西北大學(xué),2014.

[3]李巖,宋美慧.納米氧化鋁的制備及其改性研究[J].黑龍江科學(xué),2012,02：38-41.