熔融鹽法合成二氧化鋯納米材料的探索研究.pdf

1、二氧化鋯因具有優(yōu)異的物理及化學性能，而被認為是一種十分重要的結構和功能材料。作為一種過渡金屬氧化物材料，二氧化鋯具有高熔沸點、低導熱系數(shù)、強耐磨性及優(yōu)異的抗腐蝕性能等。由于表面效應、量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應等，納米結構氧化鋯在功能應用方面亦表現(xiàn)出良好的性能，主要體現(xiàn)在催化、電化學、氣敏元件、光學涂層等領域。納米結構二氧化鋯的制備方法因此也受到普遍的重視和研究。
　　 本論文以ZrOCl2·8H2O、硼酸和蔗糖為原料通過前驅

2、體溶膠-凝膠法制備結合熱處理得到一維、二維納米結構ZrO2。論文對前驅體溶膠-凝膠法制備工藝、前驅體熱處理工藝進行了系統(tǒng)研究。利用TG-DSC、FT-IR、XRD、SEM、FESEM、TEM等對材料組成和形貌進行分析表征，并在此基礎上探討了二氧化鋯納米結構材料的形成機理。
　　 通過溫度的控制及雙氧水氧化HCl去除Cl-離子，促進ZrOCl2·8H2O水解，加入適量蔗糖與水解產物形成凝膠，提前加入H3BO3確?；旌暇鶆?，通過加入

3、NH3·H2O調節(jié)適當?shù)膒H控制凝膠的速度。冷凍干燥使?jié)衲z脫水形成干凝膠。
　　 H2/Ar混合氣氛處理結果表明:微還原氣氛處理過程中，H3BO3最終脫水形成B2O3，二氧化鋯前驅體[Zr(O-R)4]n逐漸脫水形成C包裹ZrO2。由于C的固化作用及還原氣氛的影響，低溫時形成無定型向四方晶型轉變的ZrO2細小粒子。當溫度升高時，B2O3的軟化提供一個高溫熔融鹽環(huán)境，處于四方納米粒子(111)面的碳粒子由于較弱的結合作用溶入熔鹽

4、，通過Ostwald熟化機制以及B2O3對四方ZrO2的(111)面生長促進作用，四方型ZrO2沿[111]方向生長為納米線狀材料，產物長度約為0.5～2μm，直徑約為20～60nm。通過對產物的物相，形貌與物料組成、熱處理溫度關系的研究，確定了最佳物料組成為物料質量比ZrO2∶蔗糖∶H3BO3=5.23∶7.13∶4，熱處理工藝:H2/Ar（含5％體積份數(shù)H2）氣氛、熱處理溫度900℃、保溫時間3h。
　　 在空氣氣氛下熱處理

5、結果表明，低溫時與H2/Ar氣氛下處理過程相似，包括B2O3及C混合無定型ZrO2粒子結構的形成。當溫度升高時B2O3熔化，同時C逐漸被溶解和氧化，四方ZrO2納米粒子兩個維度上失去C的固化作用且處于熔融鹽環(huán)境，ZrO2粒子尺寸長大及較少的氧空位使其晶型轉變?yōu)閱涡保扇埯}及結構影響，以Ostwald熟化機制主導形成納米片狀結構，其厚度約為40～60nm，片寬約0.4～0.6μm。通過對產物物相，形貌與物料組成、處理溫度關系的研究，確定了