[發明專利]一種納米硼酸鎳晶須的制備方法

有效

• 申請號: 201010108794.5
• 申請日: 2010-02-07
• 公開（公告）號: CN101845668A
• 公開（公告）日: 2010-09-29
• 發明（設計）人: 陳愛民;胡鋒超;倪哲明
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: C30B29/10
• 分類號: C30B29/10;C30B29/62
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;黃美娟

(一)技術領域

本發明涉及一種納米硼酸鎳晶須的制備方法，特別是用溶膠凝膠法制備納米硼酸鎳晶須的方法。

(二)背景技術

無機材料在國民經濟和國防建設中均占有重要地位，晶須作為一種單晶材料，結構近乎完整，其強度和模量接近理論值，同時，它具有較高的長徑比，類似短纖維，是一種很好的強化增韌改性材料。在眾多晶須材料中，硼酸鹽晶須具有原料豐富、性價比高、應用廣泛的特點，在鋁、鎂及合金、塑料復合材料、高分子材料和工程塑料等有廣闊的應用前景，以提高其抗壓、抗拉能力、增強粘結能力和抗腐蝕性等，在航空航天、新型陶瓷及生物材料等領域也具有廣泛用途。因此，硼酸鹽晶須作為一種高性價比的晶須產品，是新型增強材料潛在的有力競爭者，有望在復合材料領域得到廣泛應用。

到目前為止，硼酸鹽晶須材料已經有多種方法制備出來，如化學氣相沉積法、高溫固相法、水熱法等。但這些方法存在很多缺陷：如設備復雜，制備條件苛刻(必須在惰性氣體保護下進行)，產率不高，產物形貌不一致(維度分布分散)。溶膠-凝膠法是制備納米材料的一種重要方法，由于制得的納米粒子具有化學均勻性好，純度高，顆粒細等優點，越來越受到重視。中國專利CN1559983A、CN1559899A及CN101585544A采用溶膠-凝膠法制備了Mg₂B₂O₆或Al₄B₂O₉/Al₁₈B₄O₃₃納米晶須，該方法得到的納米晶須具有產量大，形貌均勻及結晶好等優點。

硼酸鎳晶須具有耐高溫、耐酸堿、抗化學腐蝕、耐藥性、中子吸收性能、熱絕緣和電絕緣等優異性能，有非常廣闊的開發和應用前景。日本專利JP4280899A以鎳硫酸鹽、硼酸及堿金屬的硫酸鹽復鹽為原料，采用熔鹽法可以得到直徑0.2～0.3μm，長徑比在10～100的晶須，但仍然存在配方復雜、焙燒溫度過高、收率低等缺點，無法實現工業化。

(三)發明內容

本發明的目的是提供一種簡單工藝、成本低廉、無污染的納米硼酸鎳晶須的制備方法。

為實現以上目的，本發明的技術方案如下：

一種納米硼酸鎳晶須的制備方法，通過溶膠-凝膠法制備，所述的制備包括如下步驟：(1)將無機鎳鹽、硼酸、檸檬酸，按物質的量比1∶1～10∶1～10的比例加水配置成水溶液，并控制所述的水溶液中無機鎳鹽的濃度為0.1～2.0mol/L，在室溫下攪拌2～72小時，然后在40～300℃下烘干，得到咖啡色干凝膠；(2)將所述步驟(1)中得到的干凝膠在空氣氛圍下于500～1500℃煅燒2～72小時，得到綠色粉狀物；(3)用0.1～1.0mol/L鹽酸或熱的去離子水洗滌步驟(2)中得到的綠色粉狀物至洗液中三氧化二硼消失，再用去離子水洗滌，過濾，濾餅在40～200℃干燥，制得如Ni₃B₂O₆所示的納米硼酸鎳晶須。

本發明所述可溶于水的無機鎳鹽為硝酸鎳、硫酸鎳或氯化鎳。

本發明所述的步驟(1)的水溶液中，所述的硼酸濃度為0.1～2.0mol/L。

本發明所述步驟(3)中用去離子水洗滌至雜質除盡，即先以0.1～1.0mol/L鹽酸或熱的去離子水洗滌所述的綠色粉狀物3～4次，再以去離水洗滌。本發明用來洗滌的熱的去離子水通常指60～100℃的去離子水。

本發明所述無機鎳鹽、硼酸和檸檬酸的物質的量比優選為1∶1～4∶1～4。

優選的，本發明所述步驟(1)的在室溫下攪拌8～24小時，所述步驟(1)的烘干溫度為120～150℃，所述步驟(2)中的煅燒溫度為750～950℃，所述步驟(3)中濾餅的干燥溫度為100～120℃。

本發明所述步驟(3)中用0.1～1.0mol/L鹽酸或熱的去離子水洗滌所述的綠色粉狀物3～4次，直至雜質洗盡，經發明人多次驗證，在用0.1～1.0mol/L鹽酸或熱的去離子水洗滌3～4次后的洗滌水，做XRD表征，譜圖上顯示只有Ni₃B₂O₆晶體衍射峰，無三氧化二硼等雜質。