CN101767793A - 一种制备莫来石纳米线的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制备莫来石纳米线的方法，按照下述步骤进行：(1)将原料进行球磨，获得混合均匀的粉料；所述原料按照重量百分比由31-32％的无水硫酸铝、3-6％的二氧化硅、0.2-1.5％的三氧化二硼和62-65％的无水硫酸钠组成；(2)将步骤(1)制得的均匀粉料加热到900-1050℃，保温3-6h；(3)冷却至室温后，水洗，然后对所得产物进行酸洗，烘干。其制备方法原料价格低廉，工艺简单，流程易于控制，制备的莫来石纳米线粒径分布均匀，分散程度高，尺寸满足一维纳米材料的要求。

Description

一种制备莫来石纳米线的方法
技术领域
本发明涉及一种制备纳米线的方法，更具体地说，涉及一种制备莫来石纳米线的方法。
背景技术
一维纳米结构的材料，包括纳米管、纳米棒、纳米线和纳米带等，因为其在光电纳米装置、生物材料、纳米结构复合材料的应用引起了广泛关注。相比于传统大尺寸的晶须或团聚体，一维纳米材料由于其单晶体的特殊结构而有更高的弹性模量和强度。因此一维纳米材料被认为是更有效的增强材料。另外，由于纳米尺寸效应影响原本宽带隙半导体的能带结构，使一维纳米材料产生特异的光学和电学性能。如在室温下能够发射紫外线波段的荧光和高温半导体导电性能等。
莫来石材料化学稳定性好(Al2O3-SiO2二元体系内唯一稳定化合物)，高熔点(1890℃)，优异高温力学性能(1300℃强度不降低)，良好的高温抗蠕变性能，在高温结构陶瓷作为基体或补强材料有着重要的应用。同时莫来石材料具有低的热膨胀系数(4.5×10-6K-1)，低的热导率(0.06Wcm-1K-1)，低的介电损耗(ε～7)，使其在电子封装，基板材料以及热防护材料有着广泛的应用前景。此外，有研究报道莫来石纳米线具有很强的光致发光特性，可作为发光二极管材料，应用于高温高辐射下的显示器件。
现有制备一维纳米莫来石材料的方法由于原料毒性，工艺复杂，流程不易控制，多停留在实验室研究阶段，限制了其大规模工业化生产，难以满足其在生产生活中的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备莫来石纳米线的方法，其制备方法原料价格低廉，工艺简单，流程易于控制，制备的莫来石纳米线粒径分布均匀，分散程度高，尺寸满足一维纳米材料的要求。
本发明的一种制备莫来石纳米线的方法，按照下述步骤进行：
(1)将原料进行球磨，获得混合均匀的粉料；所述原料按照重量百分比由31-32％的无水硫酸铝、3-6％的二氧化硅、0.2-1.5％的三氧化二硼和62-65％的无水硫酸钠组成；
(2)将步骤(1)制得的均匀粉料在900-1050℃下保温3-6h；
(3)随炉自然冷却至室温后，水洗，然后对所得产物进行氢氟酸酸洗，烘干即得莫来石纳米线。
在本发明的步骤(1)中，所述原料按照重量百分比由31.5-32％的无水硫酸铝、3.7-5.5％的二氧化硅、0.5-1.1％的三氧化二硼和62.3-64.5％的无水硫酸钠组成。
在本发明的步骤(1)中，所述的二氧化硅为无定形二氧化硅或者结晶二氧化硅。
在本发明的步骤(1)中，所述球磨利用高纯氧化锆球进行干磨。
在本发明的步骤(1)中，所述球磨获得的均匀粉料为200-500目。
在本发明的步骤(2)中，将步骤(1)制得的均匀粉料在950-1000℃下保温5-6h。
现有技术熔盐法是一种合成莫来石晶须的方法，具有粒径分布均匀，分散程度高，长径比高的优点，但合成出的莫来石晶须多为束状。在本发明的技术方案中，对熔盐法配料分别进行三氧化二硼的掺杂，进而制备莫来石纳米线。利用盐类在高温下形成的熔体有利于晶体的异向生长，合成按照特定方向生长的晶体。在加热过程中硫酸铝首先与硫酸钠形成二元系熔体液相，随着温度升高，硫酸铝分解并与二氧化硅发生如下反应：
3Al2(SO4)3+2SiO2＝3Al2O3·2SiO2+9SO3
此反应过程中生成的莫来石在硫酸钠高温熔体中达到一定饱和度后析出形核。B2O3的添加，降低了二氧化硅(尤其是无定形二氧化硅)在高温下的黏度，使其能够与硫酸铝在硫酸钠高温熔体充分接触，有利于莫来石晶核的形成，从而形成了莫来石纳米线。并且由于黏度的降低，有利于莫来石晶核在熔体提供的液相环境下按照其晶体生长惯习面生长，形成的莫来石纳米线形貌良好。
本发明的技术方案原料价格低廉，工艺简单，流程易于控制，对熔盐法原有工艺进行改进，通过B2O3的掺杂，在保留熔盐法合成的莫来石晶须分散程度高、粒径分布均匀、长径比高的优点基础上，获得了形貌良好的莫来石纳米线，具有良好的一维纳米结构，具有纳米材料的一般效应，满足在结构、功能材料领域的各种要求。如说明书附图1-3所示，X射线衍射谱图(XRD)表明所得产物为莫来石。扫描电子显微镜照片(SEM)显示，生成的莫来石纳米线分散良好，长约为1μm、直径约为30-50nm，长径比达到20-30。透射电镜照片(TEM)显示，莫来石纳米线形状笔直，表面完整、光滑、无缺陷，为单晶结构。
附图说明
图1是利用本发明的方法制备的莫来石纳米线的扫描电子显微镜照片(SEM)。
图2是利用本发明的方法制备的莫来石纳米线的透射电子显微镜照片(TEM)。
图3是利用本发明的方法制备的莫来石纳米线的X射线衍射谱线(XRD)。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
采用无水硫酸铝3.11g、无定形二氧化硅0.55g、三氧化二硼0.11g、无水硫酸钠6.23g，以高纯氧化锆球机械球磨4h，获得混合均匀的粉料。获得的粉料过200目筛，在1050℃下保温6h，熔烧后的粉料随炉冷却至室温。所得产物用水反复冲洗、过滤，除去产物中的硫酸钠，直至用硝酸钡溶液滴定不再出现沉淀为止，对所得产物进行氢氟酸酸洗处理，随后在100℃下干燥。
实施例2
采用无水硫酸铝3.2g、无定形二氧化硅0.37g、三氧化二硼0.02g、无水硫酸钠6.41g，以高纯氧化锆球机械球磨5h，获得混合均匀的粉料。获得的粉料过400目筛，在900℃下保温3h，熔烧后的粉料随炉冷却至室温。所得产物用水反复冲洗、过滤，除去产物中的硫酸钠，直至用硝酸钡溶液滴定不再出现沉淀为止，对所得产物进行氢氟酸酸洗处理，随后在100℃下干燥。
实施例3
采用无水硫酸铝3.15g、无定形二氧化硅0.42g、三氧化二硼0.08g、无水硫酸钠6.35g，以高纯氧化锆球机械球磨4h，获得混合均匀的粉料。获得的粉料过500目筛，在950℃下保温4h，熔烧后的粉料随炉冷却至室温。所得产物用水反复冲洗、过滤，除去产物中的硫酸钠，直至用硝酸钡溶液滴定不再出现沉淀为止，对所得产物进行氢氟酸酸洗处理，随后在100℃下干燥。
实施例4
采用无水硫酸铝3.1g、结晶二氧化硅0.45g、三氧化二硼0.05g、无水硫酸钠6.4g，以高纯氧化锆球机械球磨6h，获得混合均匀的粉料。获得的粉料过500目筛，在950℃下保温4h，熔烧后的粉料随炉冷却至室温。所得产物用水反复冲洗、过滤，除去产物中的硫酸钠，直至用硝酸钡溶液滴定不再出现沉淀为止，对所得产物进行氢氟酸酸洗处理，随后在100℃下干燥。
实施例5
采用无水硫酸铝3.15g、结晶二氧化硅0.3g、三氧化二硼0.15g、无水硫酸钠6.4g，以高纯氧化锆球机械球磨4h，获得混合均匀的粉料。获得的粉料过400目筛，在1000℃下保温5.5h，熔烧后的粉料随炉冷却至室温。所得产物用水反复冲洗、过滤，除去产物中的硫酸钠，直至用硝酸钡溶液滴定不再出现沉淀为止，对所得产物进行氢氟酸酸洗处理，随后在100℃下干燥。
实施例6
采用无水硫酸铝3.18g、无定形二氧化硅0.6g、三氧化二硼0.02g、无水硫酸钠6.2g，以高纯氧化锆球机械球磨4h，获得混合均匀的粉料。获得的粉料过500目筛，在1030℃下保温3.5h，熔烧后的粉料随炉冷却至室温。所得产物用水反复冲洗、过滤，除去产物中的硫酸钠，直至用硝酸钡溶液滴定不再出现沉淀为止，对所得产物进行氢氟酸酸洗处理，随后在100℃下干燥。
实施例7
采用无水硫酸铝3.2g、结晶二氧化硅0.58g、三氧化二硼0.02g、无水硫酸钠6.2g，以高纯氧化锆球机械球磨4h，获得混合均匀的粉料。获得的粉料过500目筛，在900℃下保温6h，熔烧后的粉料随炉冷却至室温。所得产物用水反复冲洗、过滤，除去产物中的硫酸钠，直至用硝酸钡溶液滴定不再出现沉淀为止，对所得产物进行氢氟酸酸洗处理，随后在100℃下干燥。
实施例8
采用无水硫酸铝3.18g、结晶二氧化硅0.3g、三氧化二硼0.08g、无水硫酸钠6.35g，机械球磨4h，获得混合均匀的粉料。获得的粉料过500目筛，在950℃加热并保温5h，熔烧后的粉料随炉冷却至室温。所得产物用水反复冲洗、过滤，除去产物中的硫酸钠，直至用硝酸钡溶液滴定不再出现沉淀为止，对所得产物进行氢氟酸酸洗处理，随后在100℃下干燥。
实施例9
采用无水硫酸铝3.15g、结晶二氧化硅0.3g、三氧化二硼0.05g、无水硫酸钠6.5g，以高纯氧化锆球机械球磨6h，获得混合均匀的粉料。获得的粉料过500目筛，在980℃加热并保温5h，熔烧后的粉料随炉冷却至室温。所得产物用水反复冲洗、过滤，除去产物中的硫酸钠，直至用硝酸钡溶液滴定不再出现沉淀为止，对所得产物进行氢氟酸酸洗处理，随后在100℃下干燥。
实施例10
采用无水硫酸铝3.15g、无定形二氧化硅0.3g、三氧化二硼0.1g、无水硫酸钠6.45g，机械球磨4h，获得混合均匀的粉料。获得的粉料过500目筛，在950℃加热并保温4h，熔烧后的粉料随炉冷却至室温。所得产物用水反复冲洗、过滤，除去产物中的硫酸钠，直至用硝酸钡溶液滴定不再出现沉淀为止，对所得产物进行氢氟酸酸洗处理，随后在100℃下干燥。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种制备莫来石纳米线的方法，其特征在于，按照下述步骤进行：
(1)将原料进行球磨，获得混合均匀的粉料；所述原料按照重量百分比由31-32％的无水硫酸铝、3-6％的二氧化硅、0.2-1.5％的三氧化二硼和62-65％的无水硫酸钠组成；
(2)将步骤(1)制得的均匀粉料在900-1050℃下保温3-6h；
(3)随炉自然冷却至室温后，水洗，然后对所得产物进行氢氟酸酸洗，烘干即得莫来石纳米线。
2.根据权利要求1所述的一种制备莫来石纳米线的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述原料按照重量百分比由31.5-32％的无水硫酸铝、3.7-5.5％的二氧化硅、0.5-1.1％的三氧化二硼和62.3-64.5％的无水硫酸钠组成。
3.根据权利要求1或2所述的一种制备莫来石纳米线的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述二氧化硅为无定形二氧化硅或者结晶二氧化硅。
4.根据权利要求1所述的一种制备莫来石纳米线的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述球磨利用高纯氧化锆球进行干磨。
5.根据权利要求1或2所述的一种制备莫来石纳米线的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述球磨获得的均匀粉料为200-500目。
6.根据权利要求1或2所述的一种制备莫来石纳米线的方法，其特征在于，在步骤(2)中，将步骤(1)制得的均匀粉料在950-1000℃下保温5-6h。
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