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前驱物分解法介观形貌镁质材料研究

乌志明  
【摘要】: 材料,是所有科技进步的核心,对各国的经济盛衰具有重要影响。例如,在美国和日本每年由于材料断裂、疲劳和腐蚀所造成的经济损失均超过2000亿美元。“在材料领域还没有任何材料像镁那样,潜力与现实有如此大的颠倒”,中国盐湖镁的开发现状与资源品位的反差尤为明显。介于宏观与微观之间称之为介观,显微图像为介观形貌的材料是宏观视野中的微纳米粉体,其微观形貌或说原子间连接方式多尚未被确知,本文讨论的主要是微米尺度的介观形貌镁质材料。 对碱式硫酸镁纤维的水热制备及其热分解进行了如下深入研究。借助热分析图和程序升温XRD图,讨论了513MOS纤维的热分解过程;结合513MOS纤维热分解终产物的高倍数显微图片,证明所得纤维状MgO不是单晶,从而不是晶须;对水热反应完成后降温条件不同所得产物不同的现象进行深入研究,认为水热反应最初得到的是512MOS,而513MOS是降温过程中由512MOS转化生成的,同时发现513MOS中存在沸石水;针对513MOS纤维直到1100℃热分解产物红外图中仍有氢键峰的现象,结合文献进行了系统分析,认为这是氢氧化镁及其衍生物的共性;针对MOS为前驱物热分解转化制备MgO的过程会释放腐蚀性气体问题,提出了由MOS与碱反应制备Mg(OH)2再分解制备MgO的实验设想,但相关实验结果并不尽如人意。 研究发现,纤维状镁化合物材料在热处理中即使经历非晶阶段再变成晶体,终产物MgO仍能保持原来的纤维状形貌轮廓,关键在于操作条件的控制。将“原位转化”结晶机制引入热处理过程,由此提出前驱物热分解制备介观形貌MgO材料的一种方法。进行相关实验制得SEM形貌为纤维状、片状、块状的MgO及其镁碳酸盐前驱物,进一步证实了上述机理。实验方案设计中充分考虑了环保因素,其中片状的前驱物为Mg(OH)2·4MgCO3·4H2O,块状MgO的前驱物为人工合成的菱镁矿。关于碱式镁盐化合物的研究,目前存在重复研究较多且不系统化的问题。在对相关化合物进行分析对比基础上,提出这些化合物都可归为氢氧化镁衍生物。首先,提出了系统化命名及简写规则建议;其次,借用一些原理并提出相关假设,为氢氧化镁及其衍生物的系统化研究初建了理论基础;第三,描绘了具有典型一维纤维形貌化合物318MOCl、518MOCl、512MOS和513MOS的可能结构式。


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