[發明專利]一種鈦酸鉀納米線及其制備方法

無效

• 申請號: 201110352094.5
• 申請日: 2011-11-09
• 公開（公告）號: CN103101968A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 趙斌;林琳;陳超;何丹農
• 申請（專利權）人: 上海納米技術及應用國家工程研究中心有限公司
• 主分類號: C01G23/00
• 分類號: C01G23/00;B82Y40/00
• 代理公司: 上海東方易知識產權事務所 31121
• 代理人: 唐莉莎

技術領域

本發明涉及一種鈦酸鉀納米線及其制備方法，特別是一種直徑小于10納米的高長徑比鈦酸鉀納米線，屬于無機納米材料及合成技術領域。

背景技術

鈦酸鉀納米線是一種性能十分優異的復合材料增強性納米纖維，具有良好的力學性能和物理性能，還具有很高的電絕緣性和耐熱隔熱性能（在空氣中1200?oC）。膨脹系數與塑料相當，復合增強塑料相容性好，表現出良好的耐磨性和潤滑性。在工程塑料、摩擦材料、隔熱、絕緣材料等領域得到了廣泛的應用。

目前已有一定數量的文獻報道鈦酸鉀納米線的制備方法。但是，所制備的納米線直徑都在100納米以上，比表面積較小，單位質量下納米線的數量較少。并且有些采用高溫固相熔融法，能耗較高，由于高溫下納米線之間容易燒結，納米線并非以單根的形式獨立存在。燒結過程中不斷有堿（K2O）熔出，對反應容器有嚴重的腐蝕性。因此，需要尋求一種低能耗，低成本的制備方法，制備具有小直徑、大比表面積、高長徑比和高分散性的鈦酸鉀納米線。

八鈦酸鉀（K2Ti8O17）通過TiO6?八面體邊或頂點共享，形成封閉型的隧道狀結構，具有更為優異的耐磨、隔熱和抗沖擊性能。雖然孫曉明、李亞棟等報道合成了直徑在100納米以下的八鈦酸鉀納米線（Inorg.?Chem.?2002,?41,?4996-4998）。但是，根據上述文獻中的透射電鏡照片顯示，僅有個別納米線的直徑較小，在15納米左右，但是，絕大部分的納米線直徑都在20～30之間，形貌并不均一。目前，直徑小于10納米、形貌均一的高分散性八鈦酸鉀（K2Ti8O17）納米線未見報道。

發明內容

本發明提供一種鈦酸鉀納米線，其特征在于，為八鈦酸鉀（K2Ti8O17）晶型，直徑約在4～9納米之間，長度在100～1000納米之間，形貌均一。

本發明還提供一種鈦酸鉀納米線的制備方法，其特征在于包括如下步驟：

（1）將固相或液相鈦源加入到氫氧化鉀的醇水溶液中，快速攪拌使其形成均勻的懸浮液；

（2）將由步驟（1）所得的懸浮液放入聚四氟乙烯襯里的不銹鋼高壓釜中，在373～473K的溫度下進行水熱處理24～72小時；

（3）反應結束后將沉淀產物用去離子水及稀鹽酸洗滌，直到洗滌液接近中性，經干燥處理后得到鈦酸鉀納米線。

步驟（1）中所述的固相鈦源為金紅石型二氧化鈦粉體、銳鈦礦型二氧化鈦粉體、板鈦礦型二氧化鈦粉體中的一種或其組合；所述的液相鈦源為鈦酸正四丁酯、鈦酸異丙酯、硫酸鈦中的一種或其組合。

步驟（1）中所述的醇水溶液中，氫氧化鉀的物質量濃度為0.5摩爾/升～15摩爾/升；所述的醇為乙醇，所占體積百分比為0%～90%。

步驟（1）中所述的固相鈦源加入質量與氫氧化鉀的醇水溶液體積比為0.5克/100毫升～5克/100毫升；所述的液相鈦源加入體積與氫氧化鉀的醇水溶液體積比為5毫升/100毫升～20毫升/100毫升。

步驟（3）中所述的稀鹽酸的物質量濃度在0.01摩爾/升～0.2摩爾/升之間。

在本發明的一個優選的技術方案中，所述的固相鈦源可以是金紅石型二氧化鈦粉體、銳鈦礦型二氧化鈦粉體或板鈦礦型二氧化鈦粉體，也可以是上述晶型二氧化鈦粉體的混合物；

在本發明的另一個優選的技術方案中，所述的液相鈦源可以是鈦酸正四丁酯、鈦酸異丙酯、硫酸鈦等，也可以是上述兩種或多種液相鈦源的混合物；

在本發明的另又一個優選的技術方案中，所述的醇水溶液中所添加的醇為乙醇，所占體積百分比在0%～90%之間。

通過上述制備方法得到的鈦酸鉀為K2Ti8O17晶型，其晶型與標準粉末衍射卡片(JCPDS:?41-1100)相吻合。形貌為一維的線形，直徑在4～9納米之間，長度在100～1000納米之間，形貌均一，純度高，穩定性強，能夠大批量合成，可廣泛應用于工程塑料，耐磨橡膠，隔熱和絕緣材料等領域。該制備方法工藝和流程簡便，參數可調范圍寬，可重復性強，成本低，是一種具備商業前景的制備方法。

附圖說明

圖1：由實施例2制得的鈦酸鉀納米線的X射線粉末衍射圖譜。

圖2：由實施例2制得的鈦酸鉀納米線的透射電鏡照片。

圖3：由實施例2制得的鈦酸鉀納米線的高分辨透射電鏡照片。

具體實施方式

下面通過實施例對本發明作進一步闡述，其目的僅在于更好理解本發明的內容。因此，所舉之例并不限制本發明的保護范圍。

實施例1：