纳米ZrO_2的软模板法制备、结构调控及其应用性能研究

【摘要】： 本文主要是围绕纳米氧化锆的制备、结构控制及其在无机耐高温涂层中的应用为线索来展开研究，具体研究内容如下： 首先以廉价的无机盐氧氯化锆为原料，应用草酸溶胶-正丁醇共沸蒸馏脱水工艺制备了球形纳米氧化锆颗粒，结果表明该工艺制备的产品在粒子分散性等方面明显比传统的工艺好。以廉价的无机盐氧氯化锆为原料，以氨水为沉淀剂，应用传统的沉淀工艺制备纳米氧化锆超细粉体，研究结果显示，当将传统的氨水滴定速度降低到很慢(即本文所说的慢速沉淀法)，采用聚乙二醇为外模板，应用正丁醇进行共沸蒸馏脱水，制备出了性能优异、结构可控的纳米级氧化锆超细粉。将上述的聚乙二醇无规网络-正丁醇软模板工艺应用到碱土金属氧化物和稀土金属氧化物纳米级超细粉的制备中，结果发现应用该工艺制备的纳米氧化镁分散性很好，产品颗粒度分布均匀；同时还发现应用该工艺制备出的纳米氧化钇粉体是一种极其蓬松的新型结构，目前国内外均未见有文献报道这种纳米结构。进一步将制备出的氧化镁和氧化钇纳米粉作为催化剂研究了它们对高氯酸铵分解的催化性能，结果表明它们对高氯酸铵的分解在增加放热量和降低分解温度等方面具有优异的催化性能。 详细研究了水／曲拉通100／司班80／正己醇／正辛烷反相微乳液体系及其形成机理，研究结果表明该微乳液体系与传统其它微乳液体系相比具有如下特点：(1)水相增溶量相当大，最高达总体积的50％，较目前文献报道的微乳液体系的水相增溶量大的多；(2)在水相不断加入油相过程中体系只经历一个相变过程，即由透明的油包水型微乳液变为白色乳浊液，而且转变界限清晰，该体系属国内外首创。应用该体系为外模板制备出了结构可控的纳米氧化锆超细粉，研究结果表明该方法制备的纳米氧化锆经750℃煅烧后仍可在常温下以四方相的结构形态稳定存在，相变温度比传统的其它方法提高了很多，显示了其良好的结构稳定性。同时，在制备出的纯纳米ZrO_2的拉曼图谱中观察到了表征纳米特性的拉曼活性振动，并发现纯纳米ZrO_2的四方相到单斜相的转变过程首先形成的是单斜相的(-111)方向有序结构，其次是单斜相的(111)方向有序结构。 详细研究了水／土温80／曲拉通100／正己醇／正辛烷水包油型微乳液体系及其形成机理，研究了体系的浊点与正辛烷的增溶量之间的关系，研究结果表明当环境温度升高时，体系对正辛烷的增溶能力变大，同时体系的浊点上、下限随正辛烷含量的增大而增大，它们之间符合一元线性关系，该微乳液体系目前未见有文献资料报道。应用该-9微乳液体系为内模板，以廉价的无机盐氧氯化锆和草酸为反应原料制备出了孔径在7.5nm左右的纳米空心胶囊结构，研究结果表明空心胶囊结构形成的直接原因是由于微乳液体系的内模板作用机制。 应用草酸溶胶-共沸蒸馏和慢速沉淀法两种工艺分别研究了不同掺量的碱土金属氧化物和稀土金属氧化物对纳米氧化锆的结构调控作用，探索了获得常温下稳定存在的四方相纳米ZrO_2的各种金属氧化物的最低掺量，研究结果表明改性的纳米ZrO_2的四方相到单斜相的转变过程首先形成的是单斜相的(-111)方向有序结构，其次是单斜相的(111)方向有序结构，它们对应了单斜相的MP2和MP8拉曼活性振动模；进一步研究表明四方相到单斜相的转变是在单斜相的(-111)和(111)两种方向有序结构诱导下的马氏体相变。同时，改性的ZrO_2都出现了表征纳米拉曼活性振动的散射，与纯ZrO_2相比，强度很高，而且拉曼位移出现了较大的红移现象，表明改性的ZrO_2获得的纳米特性要比纯ZrO_2强。 研究了纳米氧化锆在硅酸盐系耐高温涂层中的应用。耐高温性能检测表明硅酸盐系耐高温涂层可经受1000℃以下的高温热冲击，涂层经高温冲击后，表面完好无损，硬度和与底材的粘结力也很高，可以推广应用。

【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TB383.1