從資源上看，鋁在地球上儲量豐富，價格便宜，易于獲得，其氧化物“氧化鋁”具有硬度高、熔點高、抗氧化、耐高溫、耐腐蝕、導(dǎo)熱性高、電阻率高等優(yōu)異性能，可用作高硬度研磨材料、陶瓷材料和耐火材料等，是金屬氧化物中最重要的品種之一。

不過隨著高新技術(shù)的發(fā)展，對材料的性能要求也越來越高，使傳統(tǒng)的產(chǎn)品受到新的嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。因此為了提高產(chǎn)品的附加價值，目前氧化鋁的制備不僅要求充分發(fā)揮其本征性質(zhì)，還需要通過控制尺寸和形貌對其性質(zhì)進行裁剪和調(diào)整，以期獲得原始材料所沒有的性能，從而制備出功能更加完善、應(yīng)用范圍更加廣泛的氧化鋁材料，比如說“片狀氧化鋁”就是這樣的一個成果。

片狀氧化鋁SEM圖

一、片狀氧化鋁的性質(zhì)

根據(jù)材料結(jié)構(gòu)一性質(zhì)一效用的關(guān)系，材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)決定了其理論性能，顯微結(jié)構(gòu)決定了它的實際性能，材料的一切性質(zhì)均是其內(nèi)在結(jié)構(gòu)的外在表現(xiàn)。片狀氧化鋁的結(jié)構(gòu)特征在于其顆粒形狀為六角形片狀，并具有較小的厚度與較大的徑厚比，各個顆粒具有至少10:1的徑厚比，因此是一種具有二維平面結(jié)構(gòu)的粉體。

片狀氧化鋁具有優(yōu)良的本征性質(zhì)和特殊的結(jié)構(gòu)特征，因此，它具有許多優(yōu)良的性能∶

①與其它片狀粉體相比，片狀氧化鋁具有優(yōu)良的綜合性能，如熔點高、硬度大、機械強度高、耐磨性好、耐化學(xué)侵蝕、抗氧化和耐熱性好等。

②片狀氧化鋁具有較小的厚度與較大的徑厚比，在厚度方向可以達到納米級，而在徑向為微米級，因此，它兼有納米和微米粉末的雙重功效;表面活性適中，既能與其它活性基團有效結(jié)合，又不易團聚而便于有效分散。

③片狀氧化鋁具有良好的附著力，顯著的屏蔽效應(yīng)與反射光線的能力。

④片狀氧化鋁粉體近乎透明、無色，且具有平坦光滑的表面，結(jié)晶完好的晶體呈正六角形。

二、片狀氧化鋁的形成機理

氧化鋁片晶形貌是晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的外在反映。α-Al₂O₃屬于菱方晶系。如果按六方定位，將其三次軸作為c軸，定向以后，正取向的點陣點占據(jù)(0，0，0)、(2/3，1/3，1/3)和(1/3，2/3，2/3)，負取向的點陣點占據(jù)(0，0，0)、(1/3，2/3，1/3)和(2/3，1/3，2/3)，無論哪種取向，其(0001)晶面都為六角形狀。

α-Al₂O₃的晶體結(jié)構(gòu)如下圖左所示。O^2-離子按六方緊密堆積排列，即ABAB......二層重復(fù)型，而Al³⁺離子填充了2/3的八面體空隙。由于只填充了2/3的空隙，因此Al³⁺離子的分布必須有一定的規(guī)律，其原則是在同一層和層與層之間，Al³⁺離子之間的距離應(yīng)保持最遠，這是符合于鮑林規(guī)則的。因此具有六方晶體結(jié)構(gòu)的α-Al₂O₃具有晶粒各向異性生長的習(xí)性，在一定的工藝條件下可以制備出片狀形貌。

左：α-Al₂O₃的晶體結(jié)構(gòu)示意圖

右：片狀α-Al₂O₃晶粒生長示意圖

晶粒生長是否存在各向異性，還與物質(zhì)的生長系統(tǒng)有密切的關(guān)系。從晶體生長過程來看（上圖右），晶體的生長特性是由晶粒不同晶面的生長速率決定的，生長速率較快的面逐漸變小或消失，而生長速率較慢的面最后則被保留下來，因此，可通過控制不同晶面生長速率來控制晶體的最終形貌。

在一般情況下，  (0001)、(101(_)0)各晶面生長速率基本一致，因此最終形成近似球形顆粒在有促進劑存在的情況下，它不僅促進了α-Al2O3晶體的生長，還改變了其生長習(xí)性，使(0001)晶面的表面能降低，這樣新生成同樣面積的(0001)面比(101(_)0)面所需的驅(qū)動力要小，因此導(dǎo)致(0001)晶面的擴展速率明顯較快，即<101(_)0>方向的晶體生長較快，因此氧化鋁顆粒傾向于形成規(guī)則的六角形片層狀顆粒，且在晶體生長的過程中片層厚度不會增加。

在有熔鹽存在的情況下，當(dāng)在高溫煅燒過程中時，一方面由于物質(zhì)在熔鹽中的遷移速率遠遠高于常規(guī)的固相反應(yīng)，所以可以降低合成α-Al₂O₃的反應(yīng)溫度和縮短反應(yīng)時間；另一方面由于熔化的鹽對各個晶面的潤濕程度不同，使得各個晶面的表面能存在差異，導(dǎo)致晶面生長速率不同，最終導(dǎo)致片狀的形成。

三、片狀氧化鋁的應(yīng)用

總而言之，粉體的形態(tài)和大小確實會對其許多性質(zhì)產(chǎn)生重要影響。例如片狀粉體具有良好的附著力與反射光線的能力，可用于顏料、化妝品、汽車面漆、填料及磨料等諸多領(lǐng)域。下面分別予以簡要介紹：

1.增加聚合物導(dǎo)熱率的填充劑

片狀Al₂O₃已被成功地用作聚合物的填料，以增強其熱導(dǎo)率。Al₂O₃的熱導(dǎo)率比有機聚合物高很多，在聚合物中添加少量的片狀Al₂O₃，就可以形成Al₂O₃網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)能夠把大部分熱量傳出，因此用這種聚合物與Al₂O₃的復(fù)合材料制備的電子元件的壽命可以大大提高。片狀Al₂O₃的直徑越大，所形成網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點越少，導(dǎo)熱效果就越好。

2.提高陶瓷斷裂韌性的增強劑

將片狀氧化鋁作為第二相增韌劑加入到陶瓷中，可以起到增加裂紋偏轉(zhuǎn)和橋聯(lián)作用，對提高陶瓷的斷裂韌性有明顯的效果。其原理與在高聚物中有所區(qū)別，此時增強行為的產(chǎn)生是由于裂紋尖端應(yīng)力和熱膨脹各向異性張應(yīng)力相互作用時，在裂紋尖端區(qū)域產(chǎn)生微裂紋所致。它可以使裂紋沿基體和片狀晶粒間的界面偏轉(zhuǎn)，消耗了促使裂紋擴展的能量，通過橋連作用產(chǎn)生增韌效果。

3.比云母更好用的珠光顏料底材

目前使用最多的珠光顏料常用天然云母薄片造出。但天然云母薄片常含有有色雜質(zhì)離子，分離較為困難，且其過厚的邊緣會使珠光顏料易發(fā)生散射現(xiàn)象，對其視覺效果造成不良的影響。

人工合成的片狀氧化鋁粉體，具有天然云母無法獲得的設(shè)計自由度和物理化學(xué)性能。在合成過程中，可以消除或控制雜質(zhì)的引入，同時使產(chǎn)品具有狹窄的粒度和厚度分布，大的徑厚比，幾乎完全無色和光滑平整的表面，而且這種氧化鋁在水中具有良好的分散性。因此，它是優(yōu)質(zhì)珠光顏料理想的底材，而片狀氧化鋁基珠光顏料被稱為“現(xiàn)代精細化工的藝術(shù)品”。

4.讓人容光煥發(fā)的化妝品添加劑

片狀粉體可以用在化妝品上使皮膚看起來光彩照人，清質(zhì)潤滑，并且可以使彩妝易于涂抹，增加其粘附性，從而防止了由于出汗和皮脂分泌造成的彩妝脫落。片狀氧化鋁具有良好的化學(xué)性能、光學(xué)性能和二維平面結(jié)構(gòu)，而且無毒無味，是化妝品的優(yōu)良添加劑。它不但具有較高的光澤度，明亮的色彩，而且具有較好的鋪展性和粘附性，易于粘附于皮膚表面，同時還具有良好的手感，使人有舒服的感覺。

5.高精密微電子材料的拋光粉

用于拋光粉片狀氧化鋁可制成性能優(yōu)良的拋光粉，這種拋光粉可用于高精密微電子材料的拋光，也可用于陶瓷的拋光和光學(xué)顯微鏡等諸如此類的玻璃表面的拋光。片狀氧化鋁具有良好的分散穩(wěn)定性和平行排列性，當(dāng)用于拋光粉時，可以讓片狀氧化鋁的上下表面基本平行于被拋光材料的表面，因此可以最大可能地避免表面下的損傷(SSD)，使拋光后的表面依然平滑如鏡。

資料來源：

新型片狀氧化鋁材料的合成及在珠光顏料中的應(yīng)用，于閩。

熔鹽法合成片狀氧化鋁粉體的研究，蘇周。

微細片狀氧化鋁粉體的制備及應(yīng)用，王二星。

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