水热法制备钴铝尖晶石型纳米晶液体陶瓷颜料

1、水热法制备钴铝尖晶石型纳米晶液体陶瓷颜料 值，：值； ：，：，：，：，：。 表制备 纳米晶的正交实验方案 实验号 （空列） 试验方案 注：其中 表示不同水热温度； 表示不同水热时间； 表示 和不同摩尔比；表示前驱体不同值；表示前驱体不同摩尔浓度。 纳米晶的制备过程：首先将（）和 （） 以一定摩尔比溶解于去离子水中，充分磁力搅拌后，用摩尔浓度为的 水溶液调节上述溶液到一定 值，再用超声波振荡后量取上述溶液，注入具有四氟乙烯衬里的不锈钢水热反应釜中（按填充度为添加）。在、分别反应、，反应结束后产物采用去离子水冲洗，在烘干得到粉体。 结果与讨论图图 分别是水热温度为、时，不同工艺条件下合成 粉体的

2、图谱（图中编号对应正交实验表中的实验）。 图水热温度为时 ，不同工艺条件下合成粉体的图 图水热温度为时，不同工艺条件下合成粉体的 图 图水热温度为时，不同工艺条件下合成粉体的 图 图水热温度为时，不同工艺条件下合成粉体的 图 从图图中可以看出，当水热反应温度为时，产物出现了明显的 衍射峰，说明在此温度时还没有参与反应，产物的主晶相是 ；升高水热反应温度到 时，产物中出现了 和的 衍 射 峰 ，但 是的 峰 低 而 弱 ，说 明 陶 瓷科技篇（技术讲座）年月（上）水热法制备钴铝尖晶石型纳米晶液体陶瓷颜料黄剑锋王雅琴李春文曹丽云（教育部轻化工助剂化学与技术重点实验室，陕西科技大学西安）（佛山市三水

3、新色全化工有限公司广东 佛山）摘要以硝酸钴、硝酸铝和氢氧化钠为主要原料，采用水热法通过一系列正交对比实验制备了较纯净、结晶完整，直径为左右且分散性良好的 纳米晶。用射线衍射仪（）、透射电子显微镜（）及 射线能量色散谱仪（）测定了粉体的晶相组成、微观形貌和元素组成。实验结果表明：水热法制备纳米晶的最佳工艺条件为水热温度 、水热时间、前驱液摩尔浓度 、值、（摩尔比）。球形的 粉体是单晶且沿方向取向生长。 关键词 水热法 正交实验尖晶石结构纳米晶 中图分类号： 文 献标识码：文章编号：（），（ ， ，）（，）：（）、（），（），（），（），（），（）、（）：； ； ；前言尖晶石结构的 蓝色颜料又称钴

4、蓝。其优异性能主要表现在具有高的热稳定性（可达）和高的化学稳定性，具有良好的耐候性、耐酸碱性、耐受各种溶剂腐蚀等性能。特别是在色度、透明度、饱和度、折射率等方面更是优于其它蓝色颜料，它属于无毒的环保颜料，被广泛应用于陶瓷、高温涂料、搪瓷、玻璃、塑料、耐高温工程塑料等的着色。特别是纳米级颜料能够产生透明的着色效果，随着超耐久性材料、工程塑料和 荧光粉颜料制品的发展，使市场对纳米级钴蓝颜料的需求不断增加。 传统的纳米陶瓷多采用固相反应法、溶胶凝胶法、微乳液等方法合成，但以上方法的共同缺点是合成过程需要的时间较长，且大都需要后期高温热处理，从而导致粉体粒度分布不均、颗粒粗大、高温稳定性和化学稳定性差

5、、呈色能力不强。与其它方法相比，水热合成法制备纳米粉体具有高纯、超细、粒径分布窄、颗粒团聚程度轻、晶体发育完整、工艺相对简单等优点。 本研究通过一系列正交对比实验，得出了水热法制备纳米晶的最佳工艺条件，成功制备出直径为 左右且分散性良好的纳米晶。 实验部分 主要试剂及仪器分别采用（）、（） 为钴源和铝源，用 调节前驱物 值，以上试剂均为化学分析纯。测试仪器分别采用日本理学 型 射线衍射仪（）、透射电子显微镜（）、（）能谱，分析 纳米晶的晶相组成、显微形貌及元素分布与组成。 实验步骤采用正 交实验 法综合比较各 个 工 艺 因 素 对 制 备样品性能的影响，主要考察因素为：不同水热反应温度；不同

6、水热反应时间；不同和 配比下制备的前驱体；前驱体的不同值；前驱体的不同摩尔浓度。正交实验方案如表所示。 ：，：，：，：，：； ：，：，：，：，：； ：，：， ，：，：； ：值，：值，：值，：科技篇（技术讲座）年月（上） 陶 瓷的含量较少；随着温度继续升高到 和 时，产 物 以 相 为 主 晶 相，但 同 时 伴 有 杂相生成；当水热反应温度为时，出现条明显的 衍射峰，分别对应着（）中的（）、（）、（）、（）、（）和（）晶面；而 的衍射峰几乎消失。特别是实验号为的样品，峰强而尖锐，且无其它杂相产生，说明得到的粉体纯度较高且结晶性良好。因此选取水热反应温度为，水热反应时间为，和 摩尔比为，值为，前

7、驱液摩尔浓度为是最佳工艺条件。此外，产物的颜色亦随温度的变化而变化，得到的粉体颜色是粉红色；得到的粉体颜色是棕色；颜色变为绿色；在颜色变为灰蓝色；最终到变成蓝色。 图水热温度为时，不同工艺条件下合成粉体的 图 采用最佳工艺条件合成的 粉体的透射电镜图像及其选区电子衍射结果如图所示。由图（）可以看出，粉体的显微形貌呈现出片状、棒状及球形结构。从电子衍射图中可以看出，其为多晶结合体。将图（）中区域 部分放大后观察，如图（）所示，粉体为均匀分散的，直径为 的球形颗粒。图（）中高分辨晶格条纹像清晰显示衍射条纹间距为，与（）晶面的晶面间距一致，连续的晶格条纹表明球形的粉体是单晶且沿方向取向生长； 插图中

8、相应的选区电子衍射图及图的 测试结果也证明了粉体是单晶且沿方向取向生长。 图最佳工艺条件下制备的 粉体的透射电子显微图像，插图为选区电子衍射图图 为最佳工艺条件下所制备粉体在图（）中 区域的面图谱。从图可以看出，粉体的主要组成元素为、和 ，以及少量的 （为杂质元素，可能是测试过程中引入所致）。最佳工艺条件下所制备粉体主要组成元素 、和 的原子百分含量比近似为，因此可以推断出粉体的化学组成是，这与 测试的结果是完全相符的。 图最佳工艺条件下制备的粉体的 图谱结论）以硝酸钴、硝酸铝和氢氧化钠为原料，采用水热法制备出较纯净、结晶完整、直径在 左右且分散性良好的纳米晶。 ）通 过 一 系 列 正 交 对 比 实 验，得 出 水 热 法 制 备纳米晶的最佳工艺条件为：水热温度，水热时间，前驱液摩尔浓度，值，（摩尔比）。球形的粉体是单晶且沿方向取向生长。 参考文献 朱骥良，吴申年颜料工艺学北 京：化 学 工业出 版 社，：朱振峰，蒲永平论色釉料与建筑陶瓷装饰中国陶瓷工业，（）：