鋁酸鋅尖晶石作為陶瓷材料具有高的熱穩(wěn)定性、低表面活性、優(yōu)良的紫外阻隔性和商機(jī)械強(qiáng)度，在商溫陶瓷材料、光學(xué)涂層、催化劑等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。鋁酸鋅尖晶石的合成通常采用固相法高溫焙燒鋁轉(zhuǎn)和鋅鹽，有的焙燒溫度商達(dá)1300℃，這種方法合成的鋁酸鋅樣品粒徑較大、分散性不好、樣品比表面積小以及反應(yīng)比例不易控制，使其麻用受到限制。然而，在高溫陶瓷、光學(xué)材料、航天涂層和催化領(lǐng)域，納米尺寸與高比表面積的鋁酸鋅尖晶石應(yīng)用更為廣泛。
隨著納米材料研光的迅速發(fā)展，納米鋁酸鋅尖晶石的合成方法已經(jīng)有：水熱法、共沉淀法、醇水乳濁法和溶膠凝膠法，這些方法為鋁酸鋅納米尖晶石的合成與應(yīng)用提供了條件。這里以硝酸鋁和硝酸鋅為無(wú)機(jī)原料，嵌段聚合物P123為表面活性劑，通過(guò)氨水和表面活性劑間的氧鍵作用，控制無(wú)機(jī)鹽水解速率，通過(guò)自組裝法制薔出介孔結(jié)構(gòu)的鋁酸鋅尖晶石納米粉體材料。自組裝法簡(jiǎn)單易操作，能較好地控制反應(yīng)物比例，且制備的鋁酸 鋅納米尖晶石具有介孔結(jié)構(gòu)和高比表面積。
實(shí)驗(yàn)部分
試劑與儀器
試劑：A l(NO3)3.9H2O、Zn(NO3)2.6H2O、 NH3．H2O、無(wú)水乙醇等無(wú)機(jī)試劑均為分析純，P123 （EO20PO70EO20，分子量為5800，生產(chǎn)公司：Aldrich）。
儀器：數(shù)顯控溫磁力攪拌器（78HW -1型）、恒溫電阻爐（SX 2410型）、X射線衍射儀(40kV．30mA)、N2吸附脫附儀（Microm eritics A SA P2020型）、 熱重分析儀（NEZSCH STA 449C型）、透射電子顯微鏡（荷蘭Philips T ecnaiG 2F 20型）。
樣品的制備
將2.0g P123分散到45mL乙醇中，控溫35 - 40℃攪拌至溶液澄清，再滴加8.5mL氨水，然后升溫到75 - 80℃持續(xù)攪拌，待溶液澄清后加入30mL溶有3.73g Al（NO3）3。和1.50g Zn（NO3）2。蒸餾水溶液，恒溫不斷攪拌待溶液澄清后，降至室溫。制得先驅(qū)物溶膠，經(jīng)陳化后烘干，較后焙燒得到介孔鋁酸鋅尖晶訊石納米粉體。
結(jié)果與討論
樣品的TG DTA表征
樣品的TGDTA曲線如圖1所示，樣品有三個(gè)熱失重峰，在30℃到150℃之間，失重10%左右，這主要是易揮發(fā)組分以及吸附水。在150℃到250℃之間，失重約44%，是南分子內(nèi)組成水與有機(jī)物部分分解導(dǎo)致。在 250℃到460℃左右，失重大約12%，主要是有機(jī)模板劑完全分解的緣故。
樣品的氮?dú)馕矫摳奖碚?/p>
吸附脫附儀表征了焙燒后的ZnAl2O4樣品，結(jié)果如圖2所示。表明ZnAlO3樣品的吸收等溫線為Ⅳ型線H3型滯后環(huán)（圖2A -C，內(nèi)插），說(shuō)明ZnAlo3尖晶石樣品為介孔結(jié)構(gòu)。孔徑分布曲線為圖2A -C，圖示出500℃、600℃和700℃焙燒的鋁酸鋅尖晶石樣品的孔徑分 別為4.Onm，6.3nm和7.Onm，500℃，600℃和700℃ 焙燒的ZnAlO3樣品的比表面積分別是98.4m 2．g。1， 85.6m z．g1和80.9m z．g1。這表明自組裝法合成的介孔ZnAlO3的有較大的比表面積和均一的徑，隨著焙燒溫度的增加孔徑增加，比表面積下降。
樣品的TEM表征
600℃焙燒制得的鋁酸鋅尖晶石粉體透射電鏡表征如圖3，圖示出鋁酸鋅尖I帚石具有介孔結(jié)構(gòu)，且孔徑均一。 透射電鏡表征與N．吸附等溫線的表征結(jié)果相符，都是介孔結(jié)構(gòu)，孔徑約為6nm。說(shuō)明自組裝法合成的鋁酸鋅尖晶石納米材料具有均一的孔徑結(jié)構(gòu)。
樣品的XRD表征
焙燒鋁酸鋅尖晶石樣品的XRD表征如圖4所示， 圖中分別對(duì)應(yīng)500℃、600℃、700℃焙燒樣品的XRD衍射峰。樣品的衍射峰與鋁酸鋅尖晶石標(biāo)準(zhǔn)衍射峰一致(JCPD S.82-1043)，表明樣品為具有尖晶石結(jié)構(gòu)的ZnAL2O4納米晶體。由圖知隨焙燒溫度的增商，樣品衍射峰強(qiáng)度增強(qiáng)，峰寬變窄，700℃焙燒樣品的結(jié)晶度較好。由Scherrer公式dx RD=K^／(p Cos0)（^是波長(zhǎng)，dx RD是晶粒甲均粒度，p是半峰寬），可知500℃，600℃和700℃焙燒鋁酸鋅尖晶石樣品的甲均晶粒尺寸約為39nm、42nm和47nm。表明鋁酸鋅尖I帚石樣品的甲均粒度為納 米級(jí)，且隨焙燒溫度升高而變大。自組裝法可以在適當(dāng)?shù)偷臏囟认拢ㄅc固相法相比）合成介孔ZnAl2O4尖晶石納米粉體材料。
結(jié)論
以市售的簡(jiǎn)單無(wú)機(jī)鋁鹽和鋅赫為原料，嵌段聚合物P123為表面活性劑，通過(guò)氨水抑制無(wú)機(jī)鹽水解速率， 制薔出了孔徑均一的介孔鋁酸鋅尖I帚石納米粉。該法在500℃焙燒得到了單一尖晶石相的介孔ZnALO3尖晶石納米粉，自組裝法與其他方法相比簡(jiǎn)單易操作，且合成的介孔鋁酸鋅尖I帚石孔徑均一，比表面積大，500℃焙燒樣品比表面積為98.4m 2．g-1。這些優(yōu)點(diǎn)為介孔鋁酸鋅尖晶石納米粉體應(yīng)用到高溫陶瓷、航天材料、催化劑等領(lǐng)域提供了可行性，具有一定的研究意義。
本文摘自《中國(guó)陶瓷》，作者： 馬松艷等人；責(zé)任編輯：李皓成