中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
聯(lián)系人：李鋒
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納米技術(shù)（nanotechnology）是研究結構尺寸在1至100納米范圍內材料的性質(zhì)和應用的一種技術(shù)。納米氧化鋁其直徑微小，比表面積大，且催化效率奇高，與普通的金屬鋁相比較而言，納米氧化鋁具備著(zhù)耐高溫，耐腐蝕，硬度強等等優(yōu)良特質(zhì)。而且納米氧化鋁工業(yè)化大規模生產(chǎn)技術(shù)成熟，物美價(jià)廉。因此，在許多新材料、新能源等領(lǐng)域，納米氧化鋁具有十分誘人的應用前景。
納米氧化鋁的結構與性質(zhì)
納米氧化鋁具有優(yōu)良的尺寸穩定性和良好的電絕緣性，熔點(diǎn)可達2015℃，莫氏硬度可以達到9，是一種無(wú)機中性氧化物。通常情況下，它所呈現的狀態(tài)是白色粉末，極硬，極易吸收水分但又不會(huì )導致潮解。
納米氧化鋁結構示意圖
納米氧化鋁擁有著(zhù)巨大的比表面積和高的比表面能，顆粒之間還有較強的范德華力，還因為其表面存在的羥基（-OH）和顆粒間空隙容易吸水，從而產(chǎn)生極強的毛細力，導致顆粒間容易相互吸引聚合而形成團聚體。如果直接把團聚狀態(tài)的納米氧化鋁加入到基底材料中去，很可能會(huì )造成納米顆粒分散不均勻，導致復合材料的結構缺陷，直接影響材料性能，從而難以制造出高性能納米復合材料。
納米氧化鋁的種類(lèi)高達11種，不同種類(lèi)的納米氧化鋁擁有著(zhù)不同的性質(zhì)。比如有的納米氧化鋁不是活性氧化鋁，可是又具備惰性，耐高溫，但又沒(méi)有催化活性；而有的納米氧化鋁種類(lèi)卻在具有很強的表面酸性的同時(shí)，還能擁有一定的表面堿性，并且較高的孔隙率，成型性也十分良好，這些性質(zhì)使得其可以當作催化載體，甚至可以直接當作催化劑使用。
納米氧化鋁的制備
納米氧化鋁的制備工藝會(huì )直接影響著(zhù)粉體的純度、納米粒子粒徑的大小、納米顆粒的團聚狀態(tài)、粉體中成分的分布情況等，而這些因素又會(huì )進(jìn)一步影響到成型、燒結或復合等制備步驟，甚至連最終制備出的材料性能也會(huì )因為這些而受到不可忽視的影響。
納米氧化鋁制備方法可大致分為三大類(lèi)，分別是固相制備法、液相制備法、氣相制備法。其中納米氧化鋁液相制備法是在實(shí)驗室及工業(yè)生產(chǎn)中最為常見(jiàn)的制備方法。
（1）固相法
固相法制備納米氧化鋁的工藝流程主要是以鋁鹽或者鋁為原材料，將其進(jìn)行反復的煅燒和研磨處理，這樣一來(lái)就能促使固相反應的發(fā)生，并制備出納米氧化鋁。納米氧化鋁固相制備法又被研究人員分為機械粉碎法、非晶晶化法和噴霧熱解法等。
固相法示意圖
固相法一般是采取高能球磨等機械方式，這樣原材料就能受到猛烈的撞擊而不斷的進(jìn)行攪拌和研磨，從而達到徹底粉碎的狀態(tài)，同時(shí)還能對原材料起到一定的活化作用，在此種方法下所制備的粉體之間也能夠有最大的接觸和最小擴散長(cháng)度的路徑，更加有利于直接產(chǎn)生固相反應。固相法的優(yōu)點(diǎn)是對所需設備要求不高，成本也相對較低，產(chǎn)量大，但往往所制得的粉體存在著(zhù)純度和細度都達不到要求，并且粒度分布不均勻，容易團聚。
（2）液相法
納米氧化鋁主要工業(yè)生產(chǎn)采用的是化學(xué)方法，而液相法在其中又占據了極為重要的位置，它象征著(zhù)納米氧化鋁的發(fā)展方向，是目前工業(yè)化生產(chǎn)和實(shí)驗室制備納米氧化鋁的重要方法。根據金屬離子沉淀出來(lái)的方法不同，將液相法又分為溶膠-凝膠法，沉淀法，溶劑蒸發(fā)法和電化學(xué)法等諸多方法。其中具有代表性的就是溶膠-凝膠法。
液相法的工藝流程主要是將鋁鹽調配成一定濃度的液體，隨后使用特殊的沉淀劑，使液體中的金屬離子可以自主均勻的沉淀出來(lái)，獲得沉淀物，或者結晶物以后，還需要進(jìn)行脫水處理，加熱分解形成超微粉體。液相法不僅可以在操作過(guò)程中精確控制化學(xué)組成，甚至還連顆粒的形狀、粒徑都可以精準調控。除此之外，所制備出來(lái)的納米氧化鋁還具有非常良好的表面活性，但也存在著(zhù)容易引入雜質(zhì)的弊端，這會(huì )導致產(chǎn)物純度有所欠缺。
（3）氣相法
氣相法指的是將原料進(jìn)行加熱處理，這一步驟可采用激光或者電子束蒸發(fā)等方法，先將物質(zhì)轉化為氣體狀態(tài)，這樣一來(lái)就可以在氣體環(huán)境中進(jìn)行化學(xué)反應，等待反應完成的時(shí)候，再加以冷卻，讓其凝聚，最終形成超細的粉體。氣相法包括火焰水解法和蒸發(fā)冷凝法這兩種方法。
氣相法制備納米氧化鋁反應條件比較容易控制，只要能控制好氣體，就能得到理想狀態(tài)的納米粉體，而且此方法所制備的納米材料粒徑小，容易分散，但生產(chǎn)效率較低，且粉體的收集比較困難，所以此方法所需要的設備系統都較為龐大和復雜，并且要求極高，同時(shí)，原材料在發(fā)生反應前必須完全氣化，這就不可避免的造成能量的損失和浪費。
納米氧化鋁的表面改性
目前，科研人員已經(jīng)探索出諸多納米氧化鋁改性方法，主要可分為物理改性和化學(xué)改性?xún)纱箢?lèi)。
（1）物理改性
物理改性不僅有球磨、超聲等機械技術(shù)，還有高壓湍流分散、吸附、包覆、輻射處理等方法來(lái)改變納米氧化鋁的表面性質(zhì)。例如機械力分散方法，主要是將納米氧化鋁進(jìn)行高速攪拌或者高速球磨，可以使納米顆粒分散均勻。而超聲分散納米氧化鋁，則是利用超聲空化原理，伴隨產(chǎn)生的強沖擊波或者局部的高溫，以此來(lái)作為作用力，來(lái)弱化納米氧化鋁顆粒之間存在的作用能，這樣一來(lái)，就可以防止納米氧化鋁顆粒的團聚，進(jìn)而達到均勻分散的效果。
（2）化學(xué)改性
化學(xué)改性的原理是利用納米氧化鋁的表面存在的大量羥基參與各種化學(xué)反應，以此來(lái)減少顆粒表面羥基的數量，從而進(jìn)一步改變顆粒表面的親疏水性。除此之外，還可以根據需求的不同，引入不同的功能基團?；瘜W(xué)改性的方法有很多種，比如聚合物接枝法、硅烷偶聯(lián)劑法等，其中應用較為廣泛且技術(shù)相對成熟的是硅烷偶聯(lián)劑改性方法，此方法是通過(guò)將偶聯(lián)劑的一端進(jìn)行縮合反應，這樣就可以與氧化鋁表面的羥基反應形成接枝，并發(fā)生化學(xué)鍵合，從而實(shí)現表面改性的目的。
目前大多數化學(xué)改性法不僅具有一定的污染性和工藝復雜性，對設備的要求也非常嚴格，成本也非常的高，很難進(jìn)行大規模工業(yè)化生產(chǎn)。
