氧化鎂(MgO)是一種離子化合物,也被稱為苦土、燈粉等,無臭無味無毒,是一種典型的堿土金屬氧化物,其在常溫下是一種白色粉末,熔點為2852℃,氧化鎂在自然界中主要以方鎂石形式存在,是工業(yè)中冶鎂的主要原料。
圖一 氧化鎂粉體(a)和氧化鎂的晶格結構(b)
隨著納米材料技術的發(fā)展,一種新型的無機材料——納米氧化鎂也迅速發(fā)展起來。納米氧化鎂的粒徑為1-100nm,主要應用于催化劑、陶瓷原粉、化妝品等領域,有著巨大的應用前景。接下來為大家簡單介紹一下納米氧化鎂粉體的一些制備方法。
總的來說,按照制備粉體的狀態(tài),可以將各種方法分為固相法、液相法和氣相法,液相法是目前發(fā)展最好效果最佳的制備方法。
1.固相法
固相法主要包括機械粉碎和固相化學反應等。
機械粉碎就是指利用介質與大顆粒原料之間的沖擊、碰撞、摩擦等外力使大顆粒原料破碎成超細粉體的一種方法,主要包括機械球磨法等。此種方法在實際工業(yè)生產中主要用來制備脆性較高的納米材料,但是利用機械粉碎的方法很難將原料破碎到100nm以下,而且顆粒的形狀不規(guī)則,粒徑分布也較寬,很難真正達到工業(yè)化要求。
固相化學反應就是指將反應物按照預定的比例進行混合,然后進行研磨煅燒及粉碎等步驟而得到超細粉體的一種方法,它是一種傳統(tǒng)的粉體制備方法,比較常用的方法包括室溫固相反應法和低溫固相反應法。例如,利用草酸和醋酸鎂為原料制備納米氧化鎂粉體,反應過程如下所示:
2.氣相法
氣相法發(fā)展較晚,主要是指利用金屬有機化合物等再加熱的條件下使其揮發(fā)成氣態(tài),然后經過氣相反應物之間發(fā)生反應使生成物沉淀下來的方法。氣相法的優(yōu)點有很多,比如反應條件容易控制、易制備得到粒度均勻純度較高的納米粒子等,但是其成本較高、投資大,實際工業(yè)應用起來比較困難。氣相法主要包括氣相反應沉積法(CVD)、等離子體法等。
例如利用等離子體法制備氧化鎂:在氬氣和氫氣氣氛中,以硝酸鎂為原料,利用直流電弧等離子體化學氣相沉積法制備納米氧化鎂粉體。
3.液相法
液相法是目前主要應用的一種制備納米氧化鎂的方法,是指利用化學反應在溶液至制備出沉淀先驅體,然后利用某種方法分解先驅體得到納米粉體的方法。通過控制制備工藝條件,利用液相法能夠獲得粒度較小、分布均勻和形狀規(guī)則的粉體粒子。液相法主要包括沉淀法、水解法、溶膠凝膠法、水熱合成法等。本人曾利用均相沉淀法和水熱合成法制備納米氧化鎂粉體,下面,我來簡單介紹一下利用均相沉淀法制備納米氧化鎂粉體的過程。
利用均相沉淀發(fā)制備納米氧化鎂的過程如下所示:
由于需要實現(xiàn)均相沉淀,所以在制備過程,我選擇的沉淀劑為尿素溶液。反應過程中發(fā)生的化學反應如下所述:
在均相沉淀法制備納米氧化鎂的過程中由于沉淀劑是通過化學反應在溶液中緩慢、均勻地釋放,所以在沉淀過程中,整個溶液中的過飽和度較為均勻,所得沉淀物顆粒均勻粒度小,團聚少,沉淀過程容易控制,可調控性強,比較容易制備出所需粒度的沉淀顆粒。
以上就是制備納米氧化鎂粉體的一些基本制備方法,由于在實際工業(yè)生產制備過程中,我們會需要各種特殊形貌的納米氧化鎂粉體,因此,特殊形貌納米氧化鎂粉體的制備國內外也有很多相關的研究,納米氧化鎂的形貌、顆粒大小、結晶度等對納米氧化鎂的性能有非常重要的影響,納米氧化鎂粉體的研究是一個非常有前景且有趣的事情。
作者:劉洋
作者:粉體圈
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