中國粉體網訊 納米技術是近年來科學研究新材料的重要技術，通過納米技術制得了許多具備優良性能及廣泛應用的材料，比如納米氧化鋁。除了具備普通氧化鋁高硬度、高強度、耐腐蝕、抗磨損、耐高溫、高絕緣性、高抗氧化性等許多優良的特性以外，納米氧化鋁因其特殊的納米尺寸還具備表面積大、吸附能力強的特點，同時和橡膠、塑料等具有良好的相容性，在有機和無機領域都有著重要應用。
1、納米氧化鋁的制備方法
到目前為止，國內外對于納米氧化鋁的制備有很多種方法。總體上可以分為三大類，即氣相法、液相法和固相法。固相法和液相法對設備要求較高，生產中有一定的局限性。液相法則反應相對溫和，是在實驗室及工業生產中最為常見的制備方法。
1.1 氣相法
氣相法是指通過一定的方法使原料變為氣體，在氣相條件下發生反應，經冷卻沉積在基體上形成納米顆粒或者薄膜。鋁源通過電弧、激光、等離子體等方式加熱變為氣體，然后在氧化氣氛下發生反應生成氧化鋁粉體[1]。氣相法可以分為激光誘導氣相沉淀法、等離子氣相合成法和化學氣相沉淀法。氣相反應的好處是反應條件易控制、產物易精制，只要控制反應氣體及氣體的稀薄程度就可以制備出超細的氧化鋁粉體，解決了納米氧化鋁的團聚問題，顆粒的粒徑小、分散性好、分布窄；其缺點是產率較低、對設備要求高且粉末的收集較難[2]。
1.1.1激光誘導氣相沉積法
激光誘導氣相沉積合成技術主要是利用激光產生高溫環境，使得反應物在瞬間發生反應，產生超微粒的小胚胎。然后這些小胚胎會長大，當離開激光照射區時被快速冷卻而停止生長，形成微粉進入收集器，最后進行相應的處理，即可得到納米粉體[3]。
1.1.2等離子氣相合成法
鋁鹽在陰陽極板之間形成的等離子氣體氣氛下，與空氣發生氧化反應，形成氧化鋁。然后，對產物進行快速冷卻，使其形成微小顆粒即納米氧化鋁。最后，對其進行收集[3]。
1.1.3化學氣相沉積法
化學氣相沉積法（CVD法）是氯化鋁在遠高于臨界反應溫度的條件下，使反應物蒸氣形成很高的飽和蒸氣壓，自動凝聚形成大量的晶核，生成的固態物質沉積在加熱的固態基體表面，最終在收集室內得到納米氧化鋁[3]。
1.2 固相法
固相法，就是把鋁或者鋁鹽進行研磨和煅燒，然后經固相反應后直接得到納米氧化鋁。固相法的優點是生產的產量大，設備工藝簡單，成本低，易于實現工業化生產。這種方法的缺點是粉體的純度和細度達不到要求，而且粒度分布不均，容易團聚。固相法又可以分為機械粉碎法、非晶晶化法、熱解法和燃燒法等[2]。
1.2.1 機械粉碎法
機械粉碎法是通過相關的機械設備將含有氧化鋁的原材料（如氧化鋁、高嶺土等）進行直接研磨粉碎，當粉碎至一定程度后，通過相關的工藝進行雜質分離，最終得到粉末狀納米氧化鋁。G.R.Karagedov[5]以氫氧化鋁和納米α-Al2O3為原料，將納米α-Al2O3作為晶種與氫氧化鋁混合后在行星式球磨機中進行球磨制得尺寸在50-100nm范圍內的微晶α-Al2O3。這種機械粉碎法所制備的納米氧化鋁粉末顆粒難以保持均勻狀態，并且生產噪音相對較大，對于長期操作的人員身體容易造成傷害[4]。
1.2.2 非晶晶化法
非晶晶化法指對于非晶態的化合態的鋁進行一個退火處理使其晶化穩定，控制反應條件即可得到目標產物。通常實驗中會使用硫酸鋁銨熱解得到產物納米氧化鋁，但在反應的過程中產生了二氧化硫等有害氣體污染環境，若對其處理不當也會對設備造成一定程度的腐蝕甚至氣體中毒危害人體健康[6]。
1.2.3熱解法
熱解法是指在高溫環境下將鋁鹽以霧狀噴出，水分迅速蒸發，鋁鹽發生熱分解生成納米氧化鋁[6]。
1.2.3.1硫酸鋁銨熱解法
首先對硫酸鋁銨進行多次提純，然后加熱分解，得到納米氧化鋁。在制備過程中，會產生一些有害氣體，容易造成環境污染[3]，正逐漸被碳酸鋁銨熱解法所取代。
1.2.3.2碳酸鋁銨熱分解法
此法是硫酸鋁銨熱解法的改進，省去了其中多次提純的工藝流程。申小清[7]等利用碳酸鋁銨熱分解法制備得到了球形納米α-Al2O3。
1.2.4 爆炸燃燒法
爆炸燃燒法是將鋁源與炸藥混合或采用快速加熱的方式，使鋁源在高溫下瞬間生成氧化鋁的方法[1]。這種方法優點是得到的產物雜質含量較少，得到的粉體超細，能夠生產高活性的亞穩態產物。用爆炸燃燒方法能得到粒徑小于20nm的納米氧化鋁，缺點是爆炸燃燒具有一定的危險性，燃燒的溫度不好控制，產物的收集也具有一定的難度[2]。V.SabariGiri等[8]采用線爆法制備了平均粒徑在30nm左右的氧化鋁粉體。實驗將鋁線連接到特定電路中，電容器充電后在導線上放電，產生巨大熱量，導線溫度達到沸點，過熱，直至導線爆炸變為氣態。爆炸的導線以膠體形式存在，氧氣與金屬氣溶膠顆粒反應生成氧化物，沉降后收集產物。
1.3 液相法
液相法是指按照不同材料的組成情況，調制溶液，采用可溶性鋁鹽，使各種元素呈現離子態，通過水解、升華、蒸發等工藝，使用合適沉淀劑，使氧化鋁金屬離子沉淀出去，將結晶物脫水最終得到納米氧化鋁超微粉體[9]。液相法又分為沉淀法，溶膠凝膠法，水熱合成法，微乳液法和電化學法等。
1.3.1 沉淀法
沉淀法是指通過添加合適的沉淀劑，使鋁離子從原料液中形成沉淀物，經過加熱分解、干燥、洗滌、過濾等工藝，得到納米氧化鋁顆粒。沉淀法有水解沉淀法、均勻沉淀法和直接沉淀法。沈丹陽等[10]采用直接沉淀法將碳酸鈉沉淀劑加到鋁鹽溶液中，得到的氧化鋁前驅體沉淀物經500～1200℃熱處理獲得不同晶型的納米氧化鋁顆粒。
1.3.2 溶膠凝膠法
溶膠凝膠法早在二十世紀六七十年代就已經出現并發展起來，其原理是鋁鹽溶液在水解后又聚合形成氫氧化鋁膠體，（使鋁鹽溶液溶膠-凝膠的過程），氫氧化鋁膠體再通過濃縮，抽真空等的條件下進行低溫干燥得到超細小粉末（氫氧化鋁），最后在不同的高溫度條件下進行煅燒工藝就可得到各種不同晶型的目標產物納米氧化鋁。此法中鋁鹽溶液在溶膠-凝膠過程中容易發生團聚現象需要后續處理[6]。
1.3.3 水熱合成法
水熱法是以水溶液為反應介質，在一定的密閉系統中，通過對反應器加熱創造一個高溫高壓的環境，使通常狀態下不溶或者難溶的物質溶解并且重結晶的方法[11]。這種方法的優勢在于避免了煅燒后氫氧化物轉化成氧化物這一容易形成硬團聚的步驟，所制備的粉體團聚程度很低。水熱法的另一個優點是可以制備出不同微結構和不同形貌的產物。
1.3.4微乳液法
微乳液是由油、水、表面活性劑和助表面活性劑組成的各相同性的、熱力學穩定的、外觀透明或半透明的分散體系。微乳液可以分為O/W型(水包油型)、W/O型(亦稱反相微乳液，油包水型)兩種不同的結構。微乳液法制備納米粒子具有實驗裝置簡單、顆粒大小和形狀可控等優點，但添加物易與納米產物混合，影響產物純度[11]。張慧勇[12]在傳統方法上進行改進，將純凈水、吐溫－80與乙醇制成透明的水相，由AlCl3、環己烷、與乙醇構成油相，將油相在攪拌作用下加入水相，使其形成穩定的水包油鋁鹽微乳液，然后用氨水調節pH值，60℃水浴反應，加入PEG6000，經離心、洗滌、干燥、煅燒制備出了粒徑為10.9nm的γ-Al2O3粒子。
1.3.5 電化學法
將反應物放入特定的容器中，在電場的作用下，發生一系列的電化學反應，生成氧化鋁的前驅體，這種前驅體在不同的溫度下煅燒時將得到不同晶型的納米氧化鋁，用這種方法來制取納米氧化鋁稱為電化學法[2]。徐淑麗等[13]用電化學法成功制備出粒徑小且分布窄的納米氧化鋁。
2、 納米氧化鋁的發展前景
納米氧化鋁除了具有納米材料的基本性能外，在某些方面顯現出一系列優異性能，使其在陶瓷、傳感器、材料表面防腐蝕、半導體材料、催化劑載體、研磨材料、聚合物改性、吸附材料等方面得到廣泛的應用。而高性能氧化鋁粉體的制備是其廣泛應用的前提，但我國納米氧化鋁目前制備方法還存在著一定的污染和局限性，需對已有制備工藝和方法進行改進，開發出新的制備工藝和方法，降低生產成本和環境污染，提高生產效率并建設合理綠色化學，推動經濟發展。
另外，考慮到納米氧化鋁的優異性能，探索其新的應用領域及開發新型功能材料也是一大研究方向。
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[12]Zhang Huiyong(張慧勇)． Henan Chemical Industry(河南化工)［J］，2014，31: 37-39．
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（中國粉體網編輯整理/山川）
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