水热溶剂热制备低维无机纳米材料.pdf

分类牛:0614 街鳋: 堆住代码:1 0422 毕世:2002201 82 ④’,§ 博士学位论文 Shandong University ******@ctoraI Dissertalion 论j[题H:水热溶剂热制备低维无机纳米材料作肯姓名# 业指导数嘶姓名々业技术职务矍唯镏无机化学孙思任教授山东大学博士学位论文摘要作为材料科学发展的先导,纳米材料的设计合成,是材料得到进一步研究并推广应用的基础。如何探索发展纳米材料设计与合成的新途径、新方法,始终是纳米材料研究领域中的一个重要课题。目前合成纳米材料的方法虽然很多,但获得尺寸可控、粒度均匀的纳米材料仍然存在一定的苦难,因此探索一种设计简单、操作方便、成本低、产率高的方法,来实现对纳米材料的尺寸大小、粒径分布以及晶体结构和形貌的控制仍然是化学家和材料学家关心的课题之一。本文丰富了水热(溶剂热)合成低维纳米晶的新路线,制备了多种结构的镁系功能材料和稀土元素钒酸盐的一维纳米晶。以往溶剂热法制各纳米晶时,往往过多地从溶剂以及有机添加剂上考虑纳米晶的生长机理。本文则从晶体结构和晶体生长理论的角度分析低维镁系功能材料和稀土钒酸盐纳米棒的生长习性。论文的主要工作总结如下: 1、水热法制备阻燃剂用超细氢氧化镁纳米粉体的研究。氢氧化镁主要用作高分子材料的阻燃剂,具有无毒、抑烟、阻燃效果好的特点。但普通氢氧化镁难以和高分子材料相容,填充到高分子材料中会恶化材料的机械力学性能,只有具有特殊晶型(如规则六方片状)、比表面积小的氢氧化镁在高分子材料中才具有很好的分散性和补强性能,并能显著改善材料的机械性能。本文采用卤水一烧碱法,通过旄加晶习控制剂和采用水热处理的方法制各出规则六方片状的氢氧化镁结晶。文中对Mg(OH)2六方片的形成机理以及影响其生长的实验条件进行了研究。水热温度在150—180℃,氢氧化钠浓度达到4 mol/L, ,是合成形貌规则、粒径分布均匀、结晶性能良好的六方片状Mg(OHh的最佳实验条件。, 岬l,宽厚比达到4。实验结果表明水热处理改善了晶体的结晶性能,在X射线粉末衍射谱图中,(001)晶面对应的衍射峰强度明显高-3:(101)晶面的衍射强度, 即如oI)>^101),这表明经适当条件下的水热处理后晶体的生长方向发生变化,从而使生成的Mg(Oh02晶体的表面极性和微观内应力降低,结构更稳定,由此导致晶体的宏观性质发生明显变化,如粒子团聚趋势减弱,比表面积下降,与高分子材料混容性交好,使得加工流动性更好等。测试结果表明晶体在<101>×lo-*,比表面积仅为10 mZ/g,达到了Mg(OH)2作为填充山东大学博士学位论文型阻燃剂的应用要求。关于氢氧化镁六方片晶体的生长机理我们也进行了讨论,用负离子配位多面体模型探讨了NaOH水热介质中Mg(OH)2晶体的结晶习性,论证了Mg(OHh的水热处理属溶解一重结晶机制,生长基元为Mg(OH):’八面体的观点。利用反向沉淀法,然后经水热处理成功制备得到了纳米级氢氧化镁超细粉体,平均粒径约为40啦。本方法回避了正向沉淀法中要经过的等电点区间,使制备过程中生成的沉淀微粒始终带有相同的电荷,§电位具有相同的符号,有效的阻止了沉淀微粒间的凝聚,成功的制备得到了分散较好,粒度分布窄,形貌规整的Mg(Ot-i:)2纳米晶。 2、氢氧化镁阻燃剂的表面改性处理及其在EVA中的阻燃应用研究。因为Mg(OHh具有较高的分解温度(340~490"C),所以其被用于各种合成树脂的阻燃。据了解,填充Mg(OH)2阻燃剂的合成材料目前已广泛应用于电缆、建筑、电子电气、化工等领域,在国民经济建设中发挥着巨大作用。但因为 Mg(OH)2系无机阻燃刘,因此填充到高分子材料中时,需要较高的填充量才能起到较好的阻燃效果。由于Mg(OH'h的分散性差,与其它高分子材料的相容性也较差,因此在高填充量的情况下混合料的断面常会出现弥散度差和亲和性不好而引起的“夹生”现象,严重影响了塑料制品的抗拉性以及伸长率等机械性能:另外,氢氧化镁阻燃剂与聚合材料在加工成型后制得的产品,长时间放置于潮湿的空气中,会发生如下反应: Mg(OH)2+H20+c02叶X MgC03 4-y Mg(OH)2。H20 使制品表面“起霜”,发生白斑或者失去光泽。同时,也恶化高分子材料的机械力学性能。为了改善氢氧化镁的掭加性能,以及综合提高填充后复合材料的阻燃性能和机械力学性能,需要对Mg(OH)2产品进行表面改性处理。文中主要研究了超细氢氧化镁干法表面改性的工艺过程,将改性后的粉体填充到EVA体系中测定该复合体系的氧指数、拉伸强度和断裂伸长率。实验结果表明:在本实验条件下最佳的改性剂为V型改性剂,;最