淺談混合堿法制備納米粉體

佟孟堯?劉忠杰?付永

摘 要：混合堿法制備微米甚至納米結(jié)構(gòu)的粉體具有成本低，溫度低，粉體結(jié)構(gòu)的生長可以得到有效的控制的優(yōu)點，因此混合堿法是一種快速制備粉體的理想方法。

關鍵詞：混合堿法;快速制備;粉體顆粒

1.混合堿法

混合堿法是以熔融的無水混合堿做為溶劑，以氧化物和金屬無機鹽作為反應物，在常壓、200℃左右合成陶瓷粉體的方法。常用的混合堿是氫氧化鈉NaOH和氫氧化鉀KOH的混合體。

有資料顯示，NaOH的熔點Tm=323℃，KOH的熔點Tm=360℃，而將NaOH和KOH按照混合一定比例（NaOH占到48.5%）混合時，將混合堿加熱，得到一個低的共熔點Tm=165℃。在這個合成工藝中，氫氧化物所起的作用不僅僅做為一種溶劑，而且還有一種能降低該反應反應溫度的作用，節(jié)約了實驗成本。

2.混合堿法制備粉體流程

2.1 反應流程

（1）將混合堿，所需的氧化物，可溶性鹽按要求稱量后放人反應釜;

（2）將反應釜放入高壓釜;

（3）在恒溫箱中加熱，在經(jīng)過一段時間的加熱后，有新的物質(zhì)生成;

（4）將高壓釜取出涼致常溫，清洗過濾，最后得到所需材料粉體。

2.2 顆粒生成機理

混合堿和氧化物混合加熱，生成相應氧化物的鈉鹽和鉀鹽，在這個過程中發(fā)生離子交換，生成新的晶核，隨著反應時間的增長，晶核不斷地增多，晶核長大，聚集生成新的物相。

以鈦酸鋇制備為例說明反應過程，參與反應物為NaOH（或KOH），氧化鈦TiO2，氯化鋇BaC12。

（1）NaOH（或KOH）和TiO2生成鈦酸鈉Na2TiO3（或鈦酸鉀K2TiO3），同時NaOH（或KOH）和BaC12反應生成氫氧化鋇Ba（OH）2;

（2）生成的Na2TiO3（或K2TiO3）和Ba（OH）2發(fā)生反應生成鈦酸鋇BaTiO3。NaOH（或KOH）參與的反應是一樣的，為了簡化反應，我們省掉KOH，反應方程如下：

2NaOH+TiO2=Na2TiO3+H2O

2NaOH+BaC12=Ba（OH）2+2NaC1

Na2TiO3+Ba（OH）2=BaTiO3+2NaOH

總的反應式可以表示為：2NaOH+TiO2+BaC12=BaTiO3+2NaCI+H2O

3.影響混合堿法的因素

3.1 溫度

混合堿法的溫度對合成產(chǎn)物結(jié)構(gòu)具有一定的影響，受到加熱后，參與反應的物質(zhì)生成生成物母相晶相，形成穩(wěn)定的晶核，母相中的質(zhì)點按照晶體格子的構(gòu)造不斷的堆積到晶核上，晶體不斷地長大。晶體的生長速率受溫度和濃度等條件所控制。反應溫度提高時，反應物生成速率在相對時間內(nèi)加快，生成物濃度快速增大，晶核結(jié)晶速率也相應增大。所以適當?shù)脑黾臃磻獪囟?，會增加反應合成物的粒度尺寸?/p>

3.2 時間

反應物受到加熱，生成新物相晶核，新相質(zhì)點不斷堆積在晶核上面，晶體不斷長大。隨著時間的增長，生成物不斷生成，生成物的濃度增大，單位時間內(nèi)生成新相晶核的速率也不斷增大，質(zhì)點會聚集和附著在晶核上，晶粒得以長大。故適當延長加熱時問，也會增加反應合成物的粒度尺寸。

3.3 摻加劑

摻加劑的影響主要通過兩種途徑影響顆粒尺寸大小，一種是通過催化反應速度影響顆粒大小;一種是通過生成新的物相來影響顆粒尺寸大小。

4.混合堿法的優(yōu)點

4.1 工藝簡單，合成溫度低

兩堿混合后加熱可以形成一個低共融點，這樣，在生產(chǎn)和實驗中可以減少能源消耗，從而提高企業(yè)和公司的盈利水平。

4.2 混合堿的潤滑劑作用

在反應過程中，混合堿受到加熱，在低共融點處融化成液體，增大了參與反應的反應物的接觸面積，從而加快反應速率，節(jié)省反應時間，起到了很好的潤滑劑作用。

4.3 經(jīng)濟實惠

工藝所需要的原材料很便宜，整個合成過程成本效益較為可觀，可供企業(yè)規(guī)?；可a(chǎn)。

4.4 滿足多種應用和需要

采用混合堿法合成的納米材料表面既沒有化學試劑也沒有無定型層，合成的納米結(jié)構(gòu)的材料粉體都是高質(zhì)量的單一晶體，故可以滿足很多應用和需要。

4.5 應用范圍廣

自從混合堿法被人們發(fā)現(xiàn)以后，它的應用范圍越來越廣，可以制備具有微米甚至納米級結(jié)構(gòu)的陶瓷粉體材料。

5.混合堿法應用實例

5.1 混合堿法制備鈦酸鋇BaTiO3

利用混合堿法制備BaTiO3，實驗采用的混合堿NaOH和KOH按質(zhì)量比例51.5：48.5共10g，TiO2和BaTiO3各0.5mmol，放入反應釜中，在恒溫加熱箱中加熱至220℃反應72h。用混合堿法在反應溫度220℃下反應72h合成制備的BaTiO3粒度是納米級的。

5.2 混合堿法制備錳酸鋇

實驗中混合堿NaOH和KOH按質(zhì)量比例（51.5：48.5）共10g，二氧化錳和氯化鋇各0.5mmol，放入反應釜中，在恒溫加熱箱中加熱至170℃反應72h。實驗中，生長的錳酸鋇為棒狀，長度約為300nm

左右。

5.3 混合堿法制備單質(zhì)

實驗中7.8g氫氧化鈉，10.2g氫氧化鉀，0.117g氯化鎳（NiCl2），用混合堿法在190℃加熱24h，制備出了單質(zhì)鎳。

通過試驗，我們可以得到混合堿法制備得到的單質(zhì)鎳顆?；旧隙际切×⒎襟w，顆粒平均尺寸在120nm左右。

6.結(jié)語

混合堿法制備納米結(jié)構(gòu)材料，被廣泛應用于實驗室制備合成鈦酸系，錳酸系、摻雜錳酸系、錫酸系、鈮酸系等復雜的鹽類粉末，也用于快速制備單質(zhì)。隨著實驗的不斷深入，相信這種方法會越來越多的被借鑒并應用到合成其它的材料中去。endprint