[发明专利]氧化锆复合纳米粉体材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明是一种氧化锆复合纳米粉体材料及其制备方法。属于金属氧化物超微结构制造。

背景技术

纳米粒子是由数目较少的分子或原子构成的集合体，它介于宏观物质和微观原子、分子之间，活性相当高，处于热力学的不稳定状态。

纳米粉体材料是指粒径在1～100nm的粉末或颗粒。由于其粒径小，比表面积大、界面多，从而表现出许多与常规粉末不同的特殊的物理化学性质，即表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等。正是由于纳米粒子这些特殊的性质，赋予纳米粒子诸多宏观材料所无法比拟的优良性能。例如：改变金属的熔点，提高物质的化学反应活性，提高催化剂催化活性，提高有机合成材料的强度、硬度、韧性；极大提高涂层的硬度、韧性、抗磨损、耐刮擦、隔热保温、耐腐蚀、耐高温、抗菌等相能；改变金属的声、光、电、热、磁、力学性能等。因此纳米材料在电子、化工、环保、生物、医药、陶瓷、催化、能源等诸多领域具体广阔的开发前景。

氧化锆具有优异的物理、化学特性，是目前韧性强度最好的陶瓷材料。是理想的耐磨损、耐高温、耐腐蚀、生物惰性好，高强度的结构陶瓷材料。

纳米氧化锆不仅具有氧化锆所有的优良特性，而且增加了纳米粒子的诸多优良特征。纳米氧化锆和其他材料表面接触后不再仅仅是普通粉体材料的吸附，而是通过部分化学键相互结合为一体，具有极高的稳定性。用于各种涂料制备，能够显著提高涂层材料的耐水洗，耐磨损、耐刮擦、耐腐蚀、耐火等性能指标。

但是，纳米氧化锆单独用于隔热涂料的制造，在纳米粒子的活性、隔热材料所要求的高的可见光、近红外光的反射率和红外光辐射率性能方面还不够理想。

另外，提高纳米氧化锆粉体材料的分散、稳定性是急待解决的问题。

现有技术中的纳米氧化锆产品存在如下技术问题有待解决：

1.纳米氧化锆粉体材料，难以得到理想的分散状态，给材料的应用造成了极大的困惑，成为纳米氧化锆粉体材料优异性能的正常发挥设置了技术障碍。

2.氧化锆纳米粉体由于粒径小，比表面能高，在涂料中非常容易团聚或被其他填料、颜料包埋。难以制得高性能纳米氧化锆—氧化钛涂料，使其在涂料中仍能保持纳米级状态。

3.分散性好，性能优异的氧化锆氧化钛复合纳米粉体材料产品尚未见到。

发明内容

本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处，而提供一种活性高，分散、稳定性好的氧化锆复合纳米粉体材料。

本发明的目的还在于提供一种活性高，分散、稳定性好的的氧化锆复合纳米粉体材料的制备方法。

本发明的目的可以通过如下措施来达到：

本发明的氧化锆复合纳米粉体材料，其特征在于以质量百分数计的化学组成如下：

二氧化锆ZrO₂  70～90

二氧化钛TiO₂  10～30

制备方法如下：

将雾化的碳酸氢铵水溶液连续喷入搅拌下的预先分别制备，然后混匀的氯氧化锆ZrOCl₂.8H₂O和钛酸丁酯的无水乙醇溶液中反应制备混合溶胶，混合溶胶采用丁醇为共沸剂，经丁醇共沸脱水后，得到的干料，再煅烧制得；

制得的氧化锆复合纳米粉体材料，达到如下技术指标：

粒径nm         30～50

比表面积m²/g≥  30。

发明人发现，二氧化锆与二氧化钛相复合，特别是纳米化的氧化锆—氧化钛复合材料，与单独氧化锆粉体材料向比较，具有更高的活性，具有隔热材料所要求的高的可见光、近红外光的反射率和红外光辐射率性能。

纳米二氧化钛保留了TiO₂固有的化学性质稳定、耐氧化，熔点高、耐高温，具有非常高的折射系数，因而具备很高的可见光及近红外光反射能力。纳米二氧化钛还具有安全无毒、使用寿命长和特有的比表面积大、光催化性能好、磁性强、表面活性大、分散性好、热传导强等诸多特殊性质。纳米二氧化钛在光和水的条件下，其价带上的电子被激发到导带，在价带上产生空穴，自由电子—空穴对可使氧和水活化，产生具有很高反应活性的活性氧和OH自由基，对空气中的有害气体（氮氧化物、二氧化硫、甲醛、苯、氨、丙酮等）和细菌有很强的降解作用。纳米二氧化钛在光照条件下，可在其表面形成均匀分布的亲水微区（纳米尺度的），可将油性污染物与表面隔绝，不易在表面积聚，极易清洗，当停止光照，重新恢复疏水结构。纳米二氧化钛是一种很好的紫外线屏蔽剂，可以大幅度提高涂料的耐老化性能。