浅论纳米氧化铝的制备及其发展应用

聂多发

(池州学院，安徽 池州 247100)

纳米材料是近代21世纪科学研究新型材料的重要板块之一。与普通的金属铝相比较而言，纳米氧化铝具备着耐高温，耐腐蚀，硬度强等等优良特质。纳米氧化铝其直径微小，比表面积大，且催化效率奇高，和普通金属材料相较具有独特的物理或化学性质。比如，我们一般的陶瓷材料是用普通脆性材料做的，易碎，如果加入纳米材料，那它的韧性和硬度就会增强很多。如今我们常用的精密陶瓷刀具就添加了纳米元素。而其比表面积大这一优点使纳米氧化铝在化工领域经常被用来当催化剂，纳米氧化铝催化剂在反应中的选择性和催化活性都远远超过我们过往所使用的传统催化剂。

不得不说纳米氧化铝所具备的奇特纳米效应给我国工业，环境，资源，经济，能源和信息等诸多领域带来了不可估量的机遇和挑战。纳米氧化铝具有极大的潜力，其对未来工业优异迅猛发展具有非常重要的意义。本文简单的综述了纳米氧化铝制备方法及其优缺点。

1 制备方法

本文将纳米氧化铝制备方法分为三大类，分别是固相制备法、液相制备法、气相制备法这三类。其中纳米氧化铝液相制备法是在实验室及工业生产中最为常见的制备方法。表1是本文叙述的几种纳米氧化铝的制备方法。

表 1 几种常见纳米氧化铝制备方法

1.1 液相法

液相法也叫做软化学法，被广泛地应用在各个科学工业研究中，是目前制备纳米氧化铝材料最为有效的生产方法之一。

纳米氧化铝液相法：首先要选择一种或者多种可溶性铝盐(如氯化铝，硫酸铝)按照化学成份计量将它配成一定浓度的铝盐溶液，主要目的是使得Al元素呈离子状态，另外再选择一种最为合适的沉淀剂或者也可以通过水解，蒸发，升华等等处理方法将金属离子Al沉淀结晶出来，最后，将所得的结晶产物经过脱水和加热，干燥等一系列工艺操作最终得到超微小粉末(也就是纳米氧化铝)。所以，我们大都根据金属离子沉淀出来的方法不同，将液相法又分为溶胶凝胶法，沉淀法，溶剂蒸发法和电化学法等诸多方法。

1.1.1 溶胶凝胶法

溶胶凝胶法早在二十世纪六七十年代就已经出现并发展起来，其原理是铝盐溶液在水解后又聚合形成氢氧化铝胶体，(使铝盐溶液溶胶-凝胶的过程)，氢氧化铝胶体再通过浓缩，抽真空等的条件下进行低温干燥得到超细小粉末(氢氧化铝)，最后在不同的高温度条件下进行煅烧工艺就可得到各种不同晶型的目标产物纳米氧化铝晶体。此法铝盐溶液在溶胶-凝胶过程中容易发生团聚现象需要后续处理。

1.1.2 沉淀法

沉淀法是在铝盐溶液中加入适当的沉淀剂，使三价铝离子变成其他形式状态的沉淀，然后，通过过滤，洗涤，干燥，再加热分解沉淀物等一系列操作最终得到所要的目标产物—纳米氧化铝。沉淀法操作简单，可控制性高，但需要选择沉淀剂。

1.1.3 水热法

水热法是指在高温高压条件下，通过对反应釜加热使不容或者难容的样品溶解并重结晶，再经过过滤，干燥，煅烧研磨等一系列工艺最终得到超细氧化铝粉末。水热法跟溶胶凝胶法相比，水热法省去了氢氧化铝转化成氧化铝这个步骤，从而降低了粉末团聚效应。

1.1.4 电化学法

电化学制备法：先将样品放在理想的容器中，利用电场作用产生一连串化学反应，最后生成氧化铝前驱体在不同的温度条件下煅烧能得到各种晶型的纳米氧化铝。电化学法条件比较容易控制，产率高，操作也比较简单方便。

所以总的来说常用的液相法所得到的目标产物纳米氧化铝纯度高，颗粒的粒度较均匀且粒径微小，稳定性高并且没有杂质能够准确地控制其化学组成。

1.2 固相法

固相法是将金属铝盐(如三氯化铝)或金属铝按照一定比例进行加热分解、研磨、再高温煅烧，经过固相反应后最终制备出目标产物纳米氧化铝。此法操作简单，成本低廉且生产量大，与其他方法相比更容易实现工业化生产。纳米氧化铝固相制备法又被研究人员分为机械粉碎法、非晶晶化法和喷雾热解法等。

1.2.1 机械研磨法

机械研磨法也属于物理法，是一种粉体或者固体颗粒加工单元操作，主要是用高能的粉碎设备通过机械力或其他的作用力将反应物不断重复切割成粒径微小的颗粒。此法所得到的产品含杂质较多且颗粒大小不均匀，操作人员易吸入大量粉尘对身体造成一定的伤害。并且使用这种方法所得到的产品材料通常直径都比较大。但机械研磨法制造纳米氧化铝过程中没有废气或废渣产生，不污染环境.绿色环保，随着未来高能粉碎设备的研究与发展，此法未来很可能能够有效替代部分化学制备法。

1.2.2 非晶晶化法

纳米氧化铝非晶晶化法指对于非晶态的化合态的铝进行一个退火处理使其晶化稳定，控制反应条件即可得到目标产物。通常实验中会使用硫酸铝铵热解去得到产物纳米氧化铝，但在反应的过程中产生了二氧化硫等有害气体污染环境，若对尾气处理不当也会对设备造成一定程度的腐蚀甚至气体中毒危害人体健康。

1.2.3 喷雾热解法

喷雾热解法是指在高温环境下将铝盐以雾状喷出，水分迅速蒸发，铝盐发生热分解即生成纳米氧化铝。此法操作简单，但需要的反应设备条件要求较高，成本费用高不利于投入工业化大量生产。综上所述，固相法所得产品经度相比较其他方法，其纳米氧化铝材料颗粒直径大，且容易反应氧化变形或者形成粉末团聚。在我们实际应用中，通常去改变干燥方法，或者改变洗涤等工艺条件，以及使用超声波都可有效降低或者预防反应中的粉末团聚现象。

1.3 气相法

气相法是将氧化铝或铝盐通过某种途径(如使用激光蒸发、电弧加热、电子束加热或者利用特殊气体等方法)使它呈气体状态，在气态状态下，经过一系列物理或者化学反应，最终在冷却过程中生成纳米氧化铝超细粉末。气相法包括火焰水解法和蒸发冷凝法这两种方法。

1.3.1 火焰水解法

火焰水解法是铝盐在氢、氧火焰中发生了水解反应，析出目标产物纳米氧化铝。此法又被称为化学气相水解法或火成法。火成法操作简单，但产品生产率低。

1.3.2 蒸发冷凝法

所谓的蒸发冷凝法是指氧化铝或铝盐在电弧加热的作用下汽化，经过反应后在惰性气体或氮气中冷却，最后得到产物微小粉末。利用氧化铝临界反应温度的规律，纳米材料精制，但粉末难收集，设备要求苛刻。

从生产过程中可看出气相制备法对反应条件和设备操作的要求都很高，并且反应过程中需要大量惰性气体，成本高所以不适合投入于大批次生产。

2 纳米氧化铝的未来发展

纳米材料作为一种新型廉价优质材料一直广受化工界关注。纳米氧化铝具有高硬度，高强度，耐腐蚀，抗高温氧化性以及催化等特质，在复合材料、精密陶瓷、电子、催化甚至医学方面都是不可或缺的材料资源，但我国纳米氧化铝目前制备方法还存在着一定的污染和局限性，其在各个方面的广阔应用和发展前景也决定了研究者们对纳米材料的制备方法还需要进一步探索，去不断完善改良其生产过程，提高我们需要的生产效率并建设合理绿色化学，推动经济发展。