[发明专利]一种解决纳米材料高温煅烧团聚的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种解决纳米材料高温煅烧团聚的方法。

背景技术

诺贝尔奖获得者Feyneman在六十年代曾经预言道：如果我们对物体微小规模上的排列加以某种控制的话，我们就能使物体得到大量的异乎寻常的特性，就会看到材料的性能产生丰富的变化。他所说的材料就是现在的纳米材料。研究纳米材料的重大科学意义在于它开辟了人们认识自然的新层次和创新知识的新源泉。由于纳米材料的尺度在1-100nm之间，与物质中的许多特征长度，如电子的德布洛意波长、超导相干长度、隧穿势垒厚度、铁磁性临界尺寸相当，导致其物理、化学特性既不同于微观的原子、分子，也不同于宏观的物质，从而把人们探索科学和开发新材料的领域延伸到介于宏观与微观之间的介观尺度。

在充满竞争和机遇的21世纪，能源、环境、信息、国防以及生命科学的高速发展对材料提出了更新的要求；元器件的小型化、智能化、集成化、高密度存储和超快传输等对材料提出了更小尺度的要求；航空航天、新型军事设备和先进新器件的制备等对材料性能要求也越来越高。纳米材料因其特有的优良性能以及对上述要求的极大吻合应运而生，现今，所有发达国家都在加大研发力度并投入大量资金，争先成为该领域的领军者及受益者。如美国最早成立了纳米研究中心，日本文教科部把纳米技术，列为材料科学的四大重点研究开发项目之一。德国以汉堡大学和美因茨大学为纳米技术研究中心，政府每年出资6500万美元支持微系统的研究。在国内，许多科研院所、高等院校也组织了大批科研力量，开展纳米技术的研究工作，并取得了引人注目的成就和一定的研究成果。

鉴于部分纳米材料必须在某种气氛下高温煅烧后形成掺杂或缺陷，才能在光、电、磁、催化或敏感等诸多方面呈现出所预期的优良性能。众所周知，随着温度的升高，纳米材料因其小尺寸和高表面能导致的团聚也越来越严重，团聚的发生在很大程度上限制了其发展和应用，所以解决纳米材料在高温煅烧的过程中团聚问题也迫在眉睫了。早在上世纪50年代，人们就开始致力于研究氧化物及其共混物在氢气中加热或高温煅烧，温度对电导率的影响(J.Phys.Chem.1956，60，833-836)，氧化锌、氧化锌—氧化铝、氧化锌—氧化锂、氧化锌—氧化钼、氧化锌—氧化铬等粉体随着温度的升高，对氢气的吸附量也增加，最终导致电导率升高。Louis F.Heckelsberg等人也研究了氧化锌或氧化锌-氧化铝在200-500℃的氢气或氮气中高温煅烧，随着温度的升高对电导率的影响(J.Phys.Chem.1956，60，559-561)。这一系列的研究工作证明氧化物、氧化物的共混物以及后来发展起来的掺杂氧化物在经过某种气氛的高温煅烧后，会呈现出新奇的独特的优良性能，为以后纳米氧化物的研究提供了理论和实验上的依据，但团聚问题尚未解决。

中国专利CN1317803A中公布了一种掺锑氧化锡浅色纳米级导电粉的制备方法，首先，利用液相法获得一种导电粉体前驱体，然后进行煅烧，得到12-18nm的类球形导电粉体，平均电阻率小于2.5Ω·cm，可广泛应用于导电涂层、导电橡胶和导电橡胶，由这种导电粉体制备的抗静电及电磁屏蔽材料业已工业化，然而其原料的毒性及产品特有的蓝黑色限制了其应用，由此廉价无毒的氧化锌基纳米导电材料被迅速发展起来，氧化锌基纳米导电材料需要掺杂三价金属元素，并且在高温煅烧后掺杂元素才能进入氧化锌的晶格并形成载流子，为了增加氧缺隙、氢填隙或氮掺杂，进而改善其电导率，煅烧的气氛一般为氢气、氩气或氮气，中国专利CN101274775A中做了详尽的介绍。为了发展这种优良的导电纳米材料，团聚问题的解决将会使其得到更大的发展和应用空间。

此外，纳米材料在特定气氛下煅烧的研究比比皆是，例如，纳米二氧化钛在氨气中煅烧会增加其可见光吸收能力，并且提高其催化性能。纳米TiN和纳米TiC在空气中煅烧可以提高其催化和光学性能。纳米Zn0在空气中煅烧会提高其紫外发光性能。中国专利CN1410348公布了一种纳米氮化铟粉体的制备方法，具体是以含铟的化合物为原料，以氨水或氢氧化钠溶液为沉淀剂进行沉淀反应，沉淀物经过滤、水洗、醇洗，然后干燥得到分散性良好的氢氧化铟，最后经450-500℃高温煅烧制备纳米三氧化二铟，接下来在流动氨气条件下的管式反应炉中高温氮化，然后在流动氨气氛下自然冷却至室温，流动氨气的流量为0.5～5升/分钟，氮化温度550～650℃，持续时间2～8小时，所得的纳米氮化铟的晶粒尺寸为50～300nm，如果我们能解决其高温团聚问题，将会得到粒径更小的纳米氮化铟。