納米氧化鋁的制備及其改性工藝探討

付永春(中電投國際礦業投資有限公司,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、微電子等領域都有著重要應用。通過分析不同的納米氧化鋁制備方法，為納米氧化鋁應用奠定基礎，加強納米氧化鋁改性工藝研究，推動納米氧化鋁更加廣泛的應用。

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，進行煅燒，對其進行固相，最終得到氧化鋁。在實際應用中，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化合鋁進行退火處理，合理控制反應條件，最終得到氧化鋁納米晶體[1]。熱解法是對鋁鹽進行熱分解，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、等離子體等物質或者利用氣體將鋁鹽或者氧化鋁轉換為氣體，使氣體發生化學或者物理反應，然后進行冷卻凝聚成為納米氧化鋁細微粉體。氣相制備法又分為氣相水解法和蒸發冷凝法，氣相水解法是指在氧、氫火焰中鋁鹽進行高溫水解，然后離析出納米氧化鋁超微粒子。蒸發冷凝法是指對氧化鋁加熱使其發生氣化，在惰性氣體中進行冷卻凝結，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物非常精細，反應條件也很容易管理和控制，通過控制不同的反應氣體可以得到不團聚或者少團聚的納米氧化鋁超細粉末，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備和儀器，成本相對較高，并且產率較低，無法滿足大量生產要求。

(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，調制溶液，采用可溶性鋁鹽，使各種元素呈現離子態，通過水解、升華、蒸發等工藝，使用合適沉淀劑，使氧化鋁金屬離子沉淀出去，將結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，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，促使其發生化學反應，有效控制沉淀劑的生成速度，在合適范圍內控制過飽和度[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鋁鹽或者醇鋁鹽的聚合、水解反應，制成氫氧化鋁均勻溶膠，然后進行濃縮，形成透明的凝膠，再經過低溫干燥抽真空處理，最終得到納米氧化鋁超微細粉，并且通過改變熱處理條件，進行煅燒處理，可以得到晶型不同的納米氧化鋁。在實際應用，反應時間、溫度、溶液濃度、pH 值等都是影響溶膠凝膠法的重要參數，但是這種方法在凝膠干燥處理中易產生大量團聚，因此為了對凝膠表面進行改性，需要添加合適的分散劑，實現分散膠粒和乳化溶液的目的。

③溶劑蒸發冷凍干燥法。冷凍干燥法是指在低溫有機溶劑中加入鋁鹽溶液噴霧，快速實現冷凍，再通過減壓進行升華脫水，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

當前，納米氧化鋁的團聚形成有多種解釋，如化學鍵作用理論、氫鍵作用理論、毛細管吸附理論、晶橋理論等。在實際應用中，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聚，而在制備納米氧化鋁時，應將這些方法有效結合起來，提高納米氧化鋁制備質量。納米氧化鋁制備過程中，偶聯劑是一種非常常見的表面改性劑，特別是硅烷偶聯劑，以酸水溶液作為催化劑，在乙醇溶劑中添加硅烷偶聯劑，發生水解反應后，采用表面濕性修飾，對納米氧化鋁進行改性處理，可有效提高納米氧化鋁超細粉表面活性。同時，使用TM-S105 鈦酸酯偶聯劑和A151、KH550、KH570 硅烷偶聯劑[3]，對納米氧化鋁進行表面處理，填充適量的導熱橡膠，極大地提高了納米氧化鋁的物理機械性能和導熱性能。

3 結語

我國納米氧化鋁制備還處于實驗探索階段，大多數的制備方法工藝復雜，對反應條件要求苛刻，制備重復性差，并且制備過程中經常出現團聚現象，在未來發展過程中應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,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,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,2012,02：38-41.