基于化学沉淀法合成的纳米氧化锆SEM表征研究

张弛

摘要：二氧化锆广泛用于制造各种重要原件，被认为是21世纪最具发展前途的功能材料之一。本文以氧氯化锆和氨水为原料，在室温下通过化学沉淀法及高温热处理合成二氧化锆粉体，用SEM对所制备的纳米粉体进行了表征，研究了不同煅烧温度对ZrO2纳米粒子结构与性能影响。实验结果表明合成的氧化锆颗粒细小，颗粒度均匀，粒子近似为球形，随着煅烧温度的升高，氧化锆粉体颗粒尺寸逐渐减小。这对高性能纳米氧化锆的合成制备具有一定的借鉴意义。

关键词：煅烧温度 纳米粉体 氧化锆 微乳液 锆盐浓度

中图分类号：TB383 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）06（b）-0000-00

1 前言

氧化锆是一种十分重要的结构和功能材料，具有非常优异的物理化学性能，包括耐高温、耐磨损、耐腐蚀等[1-3]。随着电子和新材料工业的发展，氧化锆除用于耐火材料和陶瓷颜料外，在电子陶瓷、功能陶瓷和结构陶瓷等高科技领域的应用也日益扩大。电子工业的发展对电子器件提出了微细化、高精度和高可靠性要求。为了满足这些要求，制作这些元器件的原材料必须具备纯度高、颗粒微细的条件。因此，高纯超细氧化锆的研制与开发便成为当今学者研究的热门话题[4]。为了获得纳米氧化锆粉末，不同的物理机械化学方法已被采用或试用[5-7]。随着高科技的迅速发展和对合成新材料的迫切需求，纳米二氧化锆的开发和应用必将引起更加广泛的重视。就目前来讲，纳米氧化锆在制备方面仍有许多理论问题和技术问题有待进一步的探索。其中，现有纳米氧化锆的合成方法都存在能耗大、污染严重、生产周期长等缺点。并且，许多研究都由于注重改进反应产物的性能而采用了大量、复杂的原料和工艺，这无疑加剧了工艺本身的缺陷。在对生存环境日益重视的今天，开发二氧化锆合绿色合成方法，以减少去离子水的大量消耗，降低对大气环境的污染，降低粉末煅烧温度，缩短生产周期，降低能耗，回收使用副产品，实现资源循环再生利用等显得非常有必要。本实验所采用的化学沉淀法其合成途径较简单，其合成的氧化锆颗粒均匀性好，颗粒细小，便于表征。本研究旨在探寻这种绿色合成的可能性与可行性。

2 实验方法

2.1实验原料与仪器设备

实验原料如下表1所示，实验室提供的去离子水。强力搅拌器，真空过滤装置，真空干燥箱，烧杯（500ml，250ml，80ml），量筒（10 ml），容量瓶（25ml）若干，称量瓶，铁架台，玻璃棒，马弗炉，搅拌子，研钵，布氏漏斗，保鲜膜，药匙，滴管，滤纸，坩埚，表面皿，扫描电镜。

表1.主要实验原料

药品名称 纯度 生产厂家

氧氯化锆.八水 分析纯 国药集团化学试剂有限公司

硝酸锆.五水 分析纯 国药集团化学试剂有限公司

无水乙醇 分析纯 天津市化学试剂三厂

氨水 分析纯 青岛江山化学试剂有限公司

环己烷 分析纯 天津市博迪化工有限公司

正己醇 分析纯99% 天津市福晨化学试剂厂

辛基苯基聚氧乙醚 化学纯cp 中国医药上海化学试剂公司

硝酸银 分析纯 国药集团化学试剂有限公司

2.2研究方法

化学沉淀法是以以分析纯氢氧化钠和氨水为原料，通过低温强碱合成法简单方便的合成二氧化锆晶核。再经高温处理得其为细粉末。对制得的纳米粉体进行SEM表征。 粉体制备中，需要在室温下称取一定量的氧氯化锆、氨水、无水乙醇。

3.化学共沉淀法

3.1纳米ZrO2粉体的制备

5mol/l氨水与八水氧氯化锆盐溶液分别放入滴液漏斗中，在强力搅拌作用下，将配制好的氨水和八水氧氯化锆溶液同时滴入基液中，保持Ph值在8-9之间。滴定在10分钟内完成，滴定完毕继续搅拌20min后沉化20min后抽滤。

抽滤后得到滤饼放入盛有40ml蒸馏水烧杯中，用氨水调节pH值在8-9之间。水洗搅拌20min后抽滤，待凝胶成滤饼状后返回烧杯内如此反复冲洗直到监测抽滤后液体中无氯离子存在为止。（每次水洗溶液均需用氨水调节pH在8-9之间，且盛装容器用水洗净后均需用蒸馏水洗涤）。将无水乙醇150ml和抽滤后滤饼倒入真空过滤装置内抽滤，待凝胶呈滤饼状后返回三口瓶内进行二次醇洗。（醇洗目的有二，一将凝胶中水分充分置换出避免水的存在导致硬团聚发生，二对凝胶粒子进行表面改性。每次配洗时所用盛装容器用水洗净后均需用电吹风吹干）

抽滤后滤饼放入真空干燥箱内干燥，温度保持50-60℃，干燥2h。干燥后凝胶研磨后，取少许样品，其余分成三份，做350℃、550℃和850℃煅烧后再作SEM分析，观察其晶核大小。其中，样本的煅烧温度及保温时间如表2所示。

表2.样本的煅烧温度及保温时间

煅烧温度（℃） 煅烧后保温时间（h） 编号

未煅烧样品 1#

350 1 2#

550 1 3#

850 1 4#

3.2纳米ZrO2粉体的表征

选取1#，2#，4#三个样品进行SEM表征，以观察粉体的颗粒形貌，粒径尺寸，表面微孔结构，得到了如下的结果，如图1-图3所示。

图1样品1#的SEM表征

由图1可看出其有团聚现象，颗粒分布不均匀，主要在于未经过高温煅烧处理。

图2样本2#的SEM表征

图3样本4#的SEM表征

由2和图3所示，2#和4#表征图看出，颗粒分布较均匀，颗粒呈一定的的球形，得到预想的结果，与未经煅烧处理的原样品相比团聚现象减轻。

4 结论

本论文通过实验研究发现，化学沉淀法制的氧化锆粉体其随着温度的升高其颗粒逐渐变细，变小，颗粒度均匀粒子形状近似为球形，粒子表面有微孔，粒子的分散性较好。

参考文献：

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