不同粒径纳米碱土氟化物粉体的制备及热稳定性研究

论文摘要

本论文采用微乳液,水溶液直接沉淀,双注小区反应和醇/水混合溶剂沉淀四种湿化学方法研究了碱土金属氟化物BaF2,CaF2和SrF2纳米粉体的制备科学和技术,目的在于获得粒径可控的碱土金属氟化物纳米粉体,并研究其晶粒尺寸热稳定性,为碱土金属氟化物纳米粉体和块材的性能和应用研究打好基础。 首先,采用CTAB/丁醇/庚烷/水四组分体系微乳液制备BaF2纳米粉体,研究了体系组分的含量和配比对微乳液稳定性和对BaF2粒径形貌的影响。结果表明,采用丁醇和CTAB质量比1:1有利于形成稳定的微乳液,BaF2粒径大小和分布随微乳液体系中CTAB和水质量比升高而增大,获得了粒径为10nm的BaF2纳米粉体。 微乳液法虽然容易控制粒径,但产量低,成本高,本文研究了具有高产量和低成本优势的水溶液直接沉淀法制备BaF2纳米粉体。根据过饱和度对沉淀粒径和分布影响的理论,用不同反应物浓度和混合方式制备BaF2沉淀,还研究了临界过饱和附近的沉淀情况。结果表明,缓慢滴加混合,过饱和度低,非均相形核比重大,利于沉淀颗粒长大,反应物浓度对粒径的影响大,获得了亚微米级沉淀;快速混合沉淀,有利于形成高过饱和,利于均相形核,利于生成粒径小的沉淀,反应物浓度对粒径影响小,获得了80nm沉淀。在临界过饱和度值1.2附近获得粒径为10nm的BaF2沉淀。 为了进一步提高反应的过饱和度和均匀性,研究了极高过饱和度对沉淀粒径和分布的影响,设计了双注小区反应装置,同时还研究NH4F溶液浓度和表面活性剂的影响。结果表明,双注小区反应形成极高的过饱和度,沉淀初期形成大量极小的粒子,但极不稳定,小粒子长大后,粒径和分布没有较大改观。长大后的沉淀似乎没有受到反应高过饱和度和初期沉淀小粒子的影响,推测这是水溶液中的一种本征的稳定状态。改变NH4F溶液浓度和使用表面活性剂对沉淀粒径和分布也没有发生明显影响。可以认为,当过饱和度高于一定值后,继续提高过饱和度和过饱和度均匀性对沉淀粒径和分布减小没有明显效果。 为了研究溶解度对沉淀物粒径的影响,使用低介电常数的醇/水混合溶剂沉淀制备了BaF2纳米粉体。用纯水溶剂,水和乙醇体积比分别为3:1,1:1,3:5和1:4的不同混合溶剂沉淀得到了粒径分别为70nm,61nm,52nm,43nm和33nm的BaF2纳米粉体。粒径随混合溶剂乙醇含量升高而减小,分散性和形貌规则性随之改善。乙醇/水混合溶剂制备的BaF2沉淀粒径的倒数和溶剂介电常数倒数呈线性关系。通过混合溶剂成功控制了沉淀粒径。

论文目录

• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 纳米材料
• 1.2.1 纳米材料发展简史
• 1.2.2 纳米材料的结构
• 1.2.3 纳米材料的特性
• 1.2.3.1 力学性能
• 1.2.3.2 热学性能
• 1.2.3.3 磁学性能
• 1.2.3.4 光学性能
• 1.2.3.5 表面活性
• 1.2.3.6 光催化性能
• 1.2.4 纳米粉体材料的湿化学制备方法
• 1.2.4.1 水热溶剂热法制备纳米材料
• 1.2.4.2 微乳液法
• 1.2.4.3 溶胶凝胶法
• 1.2.4.4 沉淀法
• 1.3 氟化物简介
• 1.3.1 氟化物性能和应用
• 1.3.1.1 光学性能
• 1.3.1.2 催化剂载体
• 1.3.1.3 氟离子导电性
• 1.3.1.4 氟化物其它性能
• 1.3.2 纳米氟化物研究进展
• 1.3.2.1 稀土掺杂纳米碱土氟化物光学材料
• 1.3.2.2 纳米氟化物离子导电性
• 1.3.3 氟化物制备研究进展
• 1.3.3.1 碱土氟化物制备
• 1.3.3.2 其它氟化物的制备
• 1.4 纳米材料热稳定性研究
• 1.5 本论文研究目的
• 2纳米粉体制备'>第二章 CTAB／丁醇／庚烷／水四组分微乳液稳定性研究及BaF₂纳米粉体制备
• 2.1 引言
• 2.2 实验
• 2.3 结果和讨论
• 2.3.2 丁醇和CTAB的质量比对微乳液稳定性影响
• 2.3.3 庚烷含量对微乳液稳定性影响
• 2.3.4 含水量和溶质对微乳液稳定性影响
• 2沉淀'>2.3.5 纳米BaF₂沉淀
• 2.4 本章小结
• 2亚微米和纳米粉体'>第三章 水溶液直接沉淀制备BaF₂亚微米和纳米粉体
• 3.1 引言
• 3.2 实验
• 3.2.1 反应物缓慢混合沉淀
• 3.2.2 反应物快速混合沉淀
• 3.2.3 过饱和附近沉淀
• 3.2.4 分析测试
• 3.3 结果和讨论
• 3）₂溶液浓度对沉淀粒径影响'>3.3.1 Ba（NO₃）₂溶液浓度对沉淀粒径影响
• 3.3.2 混合方式对沉淀粒径影响
• 3.3.3 临界过饱和附近的沉淀
• 3.4 本章小结
• 2'>第四章 双注法小区沉淀反应制备纳米BaF₂
• 4.1 引言
• 4.2 实验
• 4.2.1 反应装置
• 4.2.2 陈化研究
• 4.2.3 沉淀分离方式研究
• 4.2.4 溶液浓度对沉淀粒径影响研究
• 4.2.5 表面活性剂影响研究
• 4.2.6 分析测试
• 4.3 结果和讨论
• 4.3.1 陈化时间对沉淀粒径影响
• 4.3.2 分离方式对沉淀粒径的影响
• 4.3.3 表面活性剂对沉淀粒径的影响
• 4F溶液浓度对沉淀粒径的影响'>4.3.4 NH₄F溶液浓度对沉淀粒径的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 溶解度对沉淀粒径影响研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验
• 5.3 结果和讨论
• 5.3.1 购买试剂的TEM观察结果
• 5.3.2 各沉淀试样的粒径和形貌
• 5.3.3 溶解度对沉淀粒径的影响
• 5.4 本章小结
• 2粉体'>第六章 混合溶剂沉淀制备不同粒径纳米BaF₂粉体
• 6.1 引言
• 6.2 实验
• 2'>6.2.1 乙醇／水混合溶剂沉淀制备纳米BaF₂
• 2'>6.2.2 丙酮／水、异丙醇／水混合溶剂沉淀制备纳米BaF₂
• 6.2.3 分析测试
• 6.3 混合溶剂对产物粒径和胶体稳定性影响理论
• 6.4 结果和讨论
• 2沉淀粒径的影响'>6.4.1 陈化时间对BaF₂沉淀粒径的影响
• 2沉淀'>6.4.2 水／乙醇混合溶剂获得的BaF₂沉淀
• 2沉淀'>6.4.3 水／异丙醇、水／丙酮混合溶剂制得的BaF₂沉淀
• 6.4.4 水／醇混合溶剂的介电常数对沉淀粒径影响
• 6.5 本章小结
• 2'>第七章 乙醇／水混合溶剂方法沉淀制备纳米CaF₂
• 7.1 引言
• 7.2 实验
• 2'>7.2.1 水溶液沉淀制备CaF₂
• 2'>7.2.2 水／乙醇混合溶剂沉淀制备CaF₂
• 7.2.3 分析测试
• 7.3 结果和讨论
• 2沉淀粒径和形貌'>7.3.1 CaF₂沉淀粒径和形貌
• 2粒径影响'>7.3.2 沉淀条件和混合溶剂配比对CaF₂粒径影响
• 7.4 本章小结
• 2'>第八章 乙醇／水混合溶剂沉淀制备纳米SrF₂
• 8.1 引言
• 8.2 实验
• 2'>8.2.1 乙醇／水混合溶剂沉淀制备纳米SrF₂
• 2粒径的影响'>8.2.2 研究pH值和表面活性剂对纳米SrF₂粒径的影响
• 8.2.3 分析测试
• 8.3 结果和讨论
• 8.3.1 乙醇／水混合溶剂对沉淀粒径影响
• 8.3.2 溶液pH值和表面活性剂对沉淀粒径影响
• 8.4 本章小结
• 2粉体的热稳定性研究'>第九章 不同粒径纳米BaF₂粉体的热稳定性研究
• 9.1 引言
• 9.2 实验
• 9.3 结果与讨论
• 2DSC曲线'>9.3.1 不同粒径纳米BaF₂DSC曲线
• 2晶粒长大激活能'>9.3.2 不同粒径纳米BaF₂晶粒长大激活能
• 2晶粒长大激活能'>9.3.2.1 峰值温度计算不同粒径纳米BaF₂晶粒长大激活能
• 2晶粒长大激活能'>9.3.2.2 峰起始温度计算不同粒径纳米BaF₂晶粒长大激活能
• 2粉体晶粒长大规律'>9.3.3 33nmBaF₂粉体晶粒长大规律
• 9.4 本章小结
• 第十章 结论
• 10.1 结论
• 10.2 创新点
• 参考文献
• 致谢
• 附录