固相法制备纳米微粒
微粉除了粉末的粒度和形态外,纯度和组成也是主要因素。 从这点考虑很早就注意到了有机酸盐,其原因是:有机酸盐
易于提纯,化合物的金属组成明确,盐的种类少,容易制成
含两种以上金属的复合盐,分解温度比较低,产生的气体组
成为C、H、O。另一方面也有下列缺点:价格较高,碳容易 进入分解的生成物中等。下面就合成比较简单、利用率高的 草酸盐进行详细介绍。
2 CO2 K3, 2M+O2
故其平衡常数为:
2MO K4 (3-4)
K3=[ CO2 ]2/[CO]2[O2] K4=[MO]2/[M]2[O2] 所以K1、K2、K3和K4之间有下列关系:
(K1/ K2)=(K4/ K3)
(3-5)
生成反应的自由能变化为:
△G=-RTlnK=-RTlnPG1
故若把对应于式(3-4)的K3和K4反应的自由能 变化设为△G3和△G4,则△G3>△G4关系必然对 应于K3<K4。并且根据式(3-4)K1>K2,则生成金 属氧化物。作为结果,在式(3-4)中可以比较 △G3和种种金属氧化物生成的自由能变化△G4的 大小关系。由此,Cu、Co、Pb和Ni的草酸盐热分 解后生成金属,Zn、Cr、Mn、Al等的草酸盐热分解 后生成金属氧化物。
固相法是通过从固相的变化来制造粉体,其特征是 不像气相法和液相法伴随有气相→固相、液相→固 相那样的状态(相)变化。对于气相或液相,分子 (原子)具有大的易动度,所以集合状态是均匀的, 对外界条件的反应很敏感。另一方面,对于固相, 分子(原子)的扩散很迟缓,集合状态是多样的。 固相法其原料本身是固体,这较之于液体和气体有 很大的差异。固相法所得的固相粉体和最初固相原 料可以是同一物质,也可以不是同一物质。
S1
S2 + G1(3-1) NhomakorabeaS1
S2 + G1 + G2
(3-2)
S1
S2 + S3
(3-3)
式(3-1)是最普通的,式(3-3)是相分离,不能用于制 备粉体,式(3-2)是(3-1)的特殊情形。热分解分解反 应往往生成两种固体,所以要考虑同时生成两种固体时导致
反应不均匀的问题。热分解反应基本上是式(3-1)的形式。
构筑过程——物质发生变化:热分解法(大 多是盐的分解),固相反应法(大多数是化 合物),火花放电法(用金属铝生产氢氧化 铝)等。
一.热分解法
序言 草酸盐的分类 草酸盐的热分解
1.1 序言
热分解反应不仅仅限于固相,气体和液体也可引起热分解反 应。在此只介绍固相热分解生产新固相的系统,热分解通常 如下(S代表固相、G代表气相):
物质的微粉化机理大致可分为如下两类,一 类是将大块物质极细地分割[尺寸降低过程 (Size Reduction Process)]的方法。另一 类是将最小单位(分子或原子)组合[构筑 过程(Build up Process)]的方法。
尺寸降低过程——物质无变化:机械粉碎 (用球磨机、喷射磨等进行粉碎),化学处 理(溶出法)等。
固相法制备纳米微粒
一.前言 二.制备方法
1.热分解法 2.固相反应法 3.火花放电法 4.溶出法 5.球磨法
前言
气相法和液相法制备的微粒的微粉大多数情况都必 须再进一步处理,大部分的处理是把盐转变成氧化 物等等,使其更容易烧结,这属于固相法范围。再 者,像复合氧化物那样含有两种以上金属元素的材 料,当用液相或气相法的步骤难于制备时,必须采 用通过高温固相反应合成化合物的步骤,这也属于 固相法一类。
1.3 草酸盐的热分解
草酸盐的热分解基本上按下面的两种机理进行,究 竟以哪一种进行要根据草酸盐的金属元素在高温下 是否存在稳定的碳酸盐而定。对于两价金属的情况 如下。
机理Ⅰ: MC2O4·nH2O -H2O MC2O4 -CO2,-CO MO或M 机理Ⅱ: MC2O4·nH2O -H2O MC2O4 -CO MCO3 - CO2 MO 因ⅠA族、ⅡA族(除Be和Mg外)和ⅢA族中的元素 存在稳定的碳酸盐、可以按机理Ⅱ(ⅠA元素不能 进除行此到 以外MO的,金因属未草到酸M盐O都时以M机CO理3就Ⅰ融进熔行了。)再进者行,,从 热力学上可以预期到,对于机理Ⅰ的情况,或者生 成金属,或者生成氧化物。
机理Ⅰ的反应为:
MC2O4
MO + CO + CO2 K1
MC2O4
M + 2 CO2
K2
其中平衡常数K1和K2为:
K1=[MO][CO][ CO2 ]/[MC2O4], K2=[M][ CO2 ]2/[MC2O4] 另列一平方衡面关,系C式O:和之间CO2之间,金属和氧化物之间因有下
2CO+O2
1.2 草酸盐的分类
通常按周期表对草酸盐进行分类。几乎所有金属元 素都有它的草酸盐,有单盐也有复盐。碱金属草酸 盐(M2C2O4)可溶于水,仅有Li盐和Na盐难溶于水。 对于碱土金属的草酸盐(MC2O4),除了 BeC2O4·3H2O(24.8g/100g水)以外在水中不溶解。 草酸盐的溶度积为10-4~10-30左右,二价金属盐的 情况为10-5~10-25,但是,这些金属盐的大部分在 酸中形成络和物而溶解。草酸盐的金属原子价有一 价(K2C2O4)、二价(CaC2O4)、三价 [SC2(C2O4)3]和四价U(C2O4)2,没有五价以上的。 也有取作像TiO(C2O4)·2H2O那样的草酸盐。
草酸盐热分解时粉料往往呈灰色:
2CO→C+CO2 由于析出碳使粉料紧密填充,易于导致非氧化气氛,
若烧结这类粉体,因碳燃烧易造成气孔和空隙。
热分解草酸盐最有效的是利用由两种以上金属元素 组成的复合草酸盐。陶瓷材料大多数为复合氧化物 的形态,合成时特别重要的是:①组成准确可靠; ②在低温下就可以出现反应。因此,热分解以前的 原料要符合生成物所需组成并形成化合物,草酸盐 比较容易地制成适合上述要求的复合盐,所以复合 草酸盐是一种很好的原料。
再有,通过分解得到氧化物时,对于机理Ⅱ的草酸 盐生成碳酸盐后,碳酸盐的分解反应比草酸盐反应 更难引起。热分析表明,像机理Ⅱ中从草酸盐生成 碳酸盐后,此时的碳酸盐分解反应与以碳酸盐为试 样所测的热分解数据往往有所不同,但这可以认为 是由于设备和试样填充不同之故,而无本质上的差 别。草酸盐的分解温度设在生成氧化物的熔点的1 /4~1/3范围为合适。