Наночастица оксида алюминия

Наноразмерный оксид алюминия (наноразмерный оксид алюминия ) встречается в виде сферических или почти сферических наночастиц , а также в виде ориентированных или ненаправленных волокон .

Характеристики

Свойства конечного материала определяются как совокупность свойств твердого оксида алюминия и специфических свойств наноструктур.

Свойства наноразмерных коллоидных частиц оксида алюминия:

• Малый диаметр частиц/волокон (2–10 нм)
• Высокая удельная поверхность (>100 м2/г)
• Высокая дефектность поверхности материала и специфическая структура наночастиц (объем и размер пор, степень кристалличности , фазовый состав, структура и состав поверхности — возможность модификации)

Свойства нановолокон оксида алюминия:

• Соотношение длина-диаметр около 20 000 000:1.
• Высокая степень ориентации волокон
• Слабое взаимодействие волокон между собой
• Отсутствие поверхностных пор
• Высокая поверхностная концентрация гидроксильных групп

Производство

Способы получения порошков оксида алюминия нанометрового масштаба

Промышленно полученные нановолокна оксида алюминия марки Nafen.

1. Измельчение порошка глинозема с частицами нанометрового уровня (например, 10-50 нм). Например, с помощью планетарной мельницы с использованием мелющих тел размером менее 0,1 мкм.

2. Разложение свежего химически синтезированного AlOOH или Al(OH) ₃ до оксида алюминия при быстром достижении температуры разложения 175 °С и использовании для этого давления 5 бар в течение тридцати минут. Чем раньше достигается температура разложения гидроксосоединений алюминия, тем мельче по размеру образующиеся частицы нанооксида.

Нановолокна оксида алюминия

Окисление поверхности некоторых жидких металлических сплавов приводит к образованию рыхлых или пористых 3D-наноструктур. Впервые этот эффект наблюдался в системе алюминий-ртуть и опубликован более 100 лет назад. Волокна такого типа не встречаются в природе и выращиваются только искусственным путем. В зависимости от метода синтеза можно получать различные наноструктуры, например аэрогель из оксигидроксида алюминия (AlOOH или ${\ce {Al2O3*{\mathit {n}}H2O}}$, где $1\leq n\leq 4$, легко превращаются в оксид алюминия) или нановолокна оксида алюминия (Al ₂ O ₃ ).

На данный момент основными способами производства являются:

1. Способ селективного окисления алюминия на поверхности расплавленного Ga-AI во влажной атмосфере при температуре от 20 до 70 °С (Метод ИПХЭ РАН)
2. Жидкометаллическая технология синтеза наноструктурного аэрогеля AlOOH из расплавов Ga-Bi и Al-Al (Институт РФ ФЭИ им. А.И. Лейпунского, г. Обнинск).
3. Выращивание волокон нанооксида алюминия на поверхности алюминиевого расплава (Способ промышленного синтеза, разработанный и запатентованный компанией АНФ Технология).

Приложение

• Адсорбент (для улавливания углеводородных примесей из воздуха; для извлечения фтора из различных сред (способность оксида алюминия к хемочувствительности к ионам фтора, применяется для очистки воды с повышенным содержанием фтора; для паровой регенерации фтористого водорода из газов суперфосфата) и электролиза) для осветления растворов в сахарном производстве ; для улавливания растворителей; адсорбционной очистки масел (первый трансформатор); адсорбент для газовой и ( ); сорбционной хроматографии адсорбция жидкостной осаждение); в качестве инертного носителя при жидкостной хроматографии)
• Осушитель (для осушки газов (глубокое обезвоживание до точки росы -60°С и ниже); консервации приборов и оборудования, а также таких систем, как дыхательные клапаны, резервуары, трансформаторы и т.п.; для создания защитных атмосфер при долговременное хранение пищевой и фармацевтической продукции)
• Сорбент ионов металлов из растворов их солей, например, CsNO ₃ , AgNO ₃ , Ba(NO ₃ ) ₂ , Sr(NO ₃ ) ₂ , Pb(NO ₃ ) ₂ и др., с возможностью получения оксидов металлов на поверхности волокон при отжиге
• Сорбент радионуклидов из сточных вод атомных электростанций
• Инертный (армирующий) наполнитель
• Керамика и композиты (в том числе композиционные металлы) — высокая вязкость, огнестойкость и антифрикционные свойства, изоляционные свойства. Известно применение в ряде изделий, таких как горелки газоразрядных ламп , подложки интегральных схем , запорные элементы, керамические трубопроводные клапаны , протезы и т.п.
• Абразивный (в составе средства для сверхтонкой полировки )
• Огнеупор (высокотемпературный компонент для теплоизоляции)

Помимо этих областей, используют в качестве катализатора и носителя катализаторов. Наноразмерный оксид обусловлен малым диаметром частиц/волокон, высокой удельной поверхностью и активностью, связанной с дефектами, а также специфической структурой наночастиц (объемом и размером пор, степенью кристалличности, фазовым составом, строением и составом). поверхности) сильно усиливает каталитические свойства и увеличивает радиус действия массивного оксида алюминия в качестве катализатора.

Литература

1. Вислиценус, Х. Журнал по химии и промышленности коллоидов Коллоид-Z 2 (1908): XI-XX.

2. Вайнс, Дж.Л. Мазероль Л., Мишель Д. Ключевые инженерные материалы 132–136 (1997): 432–435.

3. Чжу, Хуай Юн, Джеймс Д. Ричес и Джон К. Бэрри. Нановолокна γ-оксида алюминия, полученные из гидрата алюминия с поли(этиленоксидным) поверхностно-активным веществом // Химия материалов 14.5 (2002): 2086-2093

4. Азад, Абдул-Маджид. Изготовление прозрачных нановолокон оксида алюминия (Al2O3) методом электропрядения // Материаловедение и инженерия: А 435 (2006): 468–473.

5. Тео, Гейк Линг, Конг Ён Лью и Ван А.К. Махмуд. Синтез и характеристика золь-гель нановолокон оксида алюминия // Журнал Sol-Gel Science and Technology 44.3 (2007): 177–186.

6. В, Петрова Е.; Ф, Дресвянников А.; А, Цыганова М.; М, Губайдуллина А.; В, Власов В.; Г, Исламова Г. (2008). "E. V. Petrova, A. F. Dresvyannikov, M. A. Tsyganov, Gubaidullina A. M., Vlasov V. V., Islamov G. G. nanoparticles of hydroxides and oxides of aluminium, obtained by electrochemical and chemical methods // Bulletin of Kazan Technological University. 2008. (Date accessed 10.04.2017)" . Вестник Казанского Технологического Университета (6): 55–67.

См. также

• Оксид алюминия
• Корунд

Внешние ссылки

• Свойства нановолокон оксида алюминия