浅谈混合碱法制备纳米粉体

佟孟尧?刘忠杰?付永

摘 要：混合碱法制备微米甚至纳米结构的粉体具有成本低，温度低，粉体结构的生长可以得到有效的控制的优点，因此混合碱法是一种快速制备粉体的理想方法。

关键词：混合碱法;快速制备;粉体颗粒

1.混合碱法

混合碱法是以熔融的无水混合碱做为溶剂，以氧化物和金属无机盐作为反应物，在常压、200℃左右合成陶瓷粉体的方法。常用的混合碱是氢氧化钠NaOH和氢氧化钾KOH的混合体。

有资料显示，NaOH的熔点Tm=323℃，KOH的熔点Tm=360℃，而将NaOH和KOH按照混合一定比例（NaOH占到48.5%）混合时，将混合碱加热，得到一个低的共熔点Tm=165℃。在这个合成工艺中，氢氧化物所起的作用不仅仅做为一种溶剂，而且还有一种能降低该反应反应温度的作用，节约了实验成本。

2.混合碱法制备粉体流程

2.1 反应流程

（1）将混合碱，所需的氧化物，可溶性盐按要求称量后放人反应釜;

（2）将反应釜放入高压釜;

（3）在恒温箱中加热，在经过一段时间的加热后，有新的物质生成;

（4）将高压釜取出凉致常温，清洗过滤，最后得到所需材料粉体。

2.2 颗粒生成机理

混合碱和氧化物混合加热，生成相应氧化物的钠盐和钾盐，在这个过程中发生离子交换，生成新的晶核，随着反应时间的增长，晶核不断地增多，晶核长大，聚集生成新的物相。

以钛酸钡制备为例说明反应过程，参与反应物为NaOH（或KOH），氧化钛TiO2，氯化钡BaC12。

（1）NaOH（或KOH）和TiO2生成钛酸钠Na2TiO3（或钛酸钾K2TiO3），同时NaOH（或KOH）和BaC12反应生成氢氧化钡Ba（OH）2;

（2）生成的Na2TiO3（或K2TiO3）和Ba（OH）2发生反应生成钛酸钡BaTiO3。NaOH（或KOH）参与的反应是一样的，为了简化反应，我们省掉KOH，反应方程如下：

2NaOH+TiO2=Na2TiO3+H2O

2NaOH+BaC12=Ba（OH）2+2NaC1

Na2TiO3+Ba（OH）2=BaTiO3+2NaOH

总的反应式可以表示为：2NaOH+TiO2+BaC12=BaTiO3+2NaCI+H2O

3.影响混合碱法的因素

3.1 温度

混合碱法的温度对合成产物结构具有一定的影响，受到加热后，参与反应的物质生成生成物母相晶相，形成稳定的晶核，母相中的质点按照晶体格子的构造不断的堆积到晶核上，晶体不断地长大。晶体的生长速率受温度和浓度等条件所控制。反应温度提高时，反应物生成速率在相对时间内加快，生成物浓度快速增大，晶核结晶速率也相应增大。所以适当的增加反应温度，会增加反应合成物的粒度尺寸。

3.2 时间

反应物受到加热，生成新物相晶核，新相质点不断堆积在晶核上面，晶体不断长大。随着时间的增长，生成物不断生成，生成物的浓度增大，单位时间内生成新相晶核的速率也不断增大，质点会聚集和附着在晶核上，晶粒得以长大。故适当延长加热时问，也会增加反应合成物的粒度尺寸。

3.3 掺加剂

掺加剂的影响主要通过两种途径影响颗粒尺寸大小，一种是通过催化反应速度影响颗粒大小;一种是通过生成新的物相来影响颗粒尺寸大小。

4.混合碱法的优点

4.1 工艺简单，合成温度低

两碱混合后加热可以形成一个低共融点，这样，在生产和实验中可以减少能源消耗，从而提高企业和公司的盈利水平。

4.2 混合碱的润滑剂作用

在反应过程中，混合碱受到加热，在低共融点处融化成液体，增大了参与反应的反应物的接触面积，从而加快反应速率，节省反应时间，起到了很好的润滑剂作用。

4.3 经济实惠

工艺所需要的原材料很便宜，整个合成过程成本效益较为可观，可供企业规模化批量生产。

4.4 满足多种应用和需要

采用混合碱法合成的纳米材料表面既没有化学试剂也没有无定型层，合成的纳米结构的材料粉体都是高质量的单一晶体，故可以满足很多应用和需要。

4.5 应用范围广

自从混合碱法被人们发现以后，它的应用范围越来越广，可以制备具有微米甚至纳米级结构的陶瓷粉体材料。

5.混合碱法应用实例

5.1 混合碱法制备钛酸钡BaTiO3

利用混合碱法制备BaTiO3，实验采用的混合碱NaOH和KOH按质量比例51.5：48.5共10g，TiO2和BaTiO3各0.5mmol，放入反应釜中，在恒温加热箱中加热至220℃反应72h。用混合碱法在反应温度220℃下反应72h合成制备的BaTiO3粒度是纳米级的。

5.2 混合碱法制备锰酸钡

实验中混合碱NaOH和KOH按质量比例（51.5：48.5）共10g，二氧化锰和氯化钡各0.5mmol，放入反应釜中，在恒温加热箱中加热至170℃反应72h。实验中，生长的锰酸钡为棒状，长度约为300nm

左右。

5.3 混合碱法制备单质

实验中7.8g氢氧化钠，10.2g氢氧化钾，0.117g氯化镍（NiCl2），用混合碱法在190℃加热24h，制备出了单质镍。

通过试验，我们可以得到混合碱法制备得到的单质镍颗粒基本上都是小立方体，颗粒平均尺寸在120nm左右。

6.结语

混合碱法制备纳米结构材料，被广泛应用于实验室制备合成钛酸系，锰酸系、掺杂锰酸系、锡酸系、铌酸系等复杂的盐类粉末，也用于快速制备单质。随着实验的不断深入，相信这种方法会越来越多的被借鉴并应用到合成其它的材料中去。endprint