本发明专利技术涉及多种晶体结构形式的纳米尺寸陶瓷材料，复合材料或固溶体，其合成方法以及应用。这些材料主要通过两种油包水（Ｗ／Ｏ）乳液的爆炸而获得，两种乳液之一由前体制备，以提供温度低于２０００℃的爆炸体系，其各个晶粒表现出高的化学和晶相均一性，和一系列根据最终应用可调节的附加性质，例如一次颗粒的均匀分布，非常高的化学纯度水平，小于５０ｎｍ的微晶尺寸，每质量单位２５－５００ｍ２／ｇ的表面积，和高于９８％理论密度的真实晶粒密度。这些性质使这种材料尤其适合于大范围应用在纳米技术领域，例如纳米涂层、磁性纳米流体、纳米催化剂、纳米感应器、纳米颜料、纳米添加剂、超轻纳米复合材料、药物释放纳米颗粒、纳米标记、纳米薄膜等。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及多晶结构的纳米尺寸的陶瓷材料，复合材料或固溶体，它们的合成工艺，在纳米
的应用，即在若干工业中作为纳米涂层、磁性纳米流体、纳米催化 齐U、生物纳米感应器、若干工业用纳米颜料，用于燃料、空气和水的提纯中的光催化作用 的纳米添加剂，超轻纳米复合材料，用于药物在人体中的控制释放的纳米颗粒，纳米标记 (nanomaker)、纳米薄膜。专利技术的背景尺寸低于IOOnm的纳米材料是近年来涌现出来的新学科-纳米技术的基石。实际 上，目前全世界都对细微物有着巨大的兴趣，从科学领域到政治本身，而且纳米技术甚至常 常出现在世界主要领导人的讲话中。很显然在日常生活中它具有成为技术突破的潜力，正如在过去发生过的对蒸汽 机、火车、汽车、计算机和生物工程的发现。所有这些令人兴奋的起源来自于某一材料的纳米尺寸颗粒或结构呈现出一系列 不同于大尺寸同种材料的电学的、光学的、磁性的和力学的性能的事实，即高塑性、超硬度、 低熔点、透明性、单位质量的高表面积，具有随之带来的催化活性的改善、低导热性、磁效应 的提高、高半导体发光性，颜色的改变，甚至遵从量子力学的规律，导致一些科学家提出其 可能位于新的物态的边缘上。为了利用由该一系列新性能带来的机会，以及将其转化为实际应用，除了最普通 的二元结构(具有两种元素)，如A1203、ZnO, TiO2, ZrO2,纳米陶瓷材料通常还需要-由多种元素的组合、以几种三元(ZnFe2O4)或更高(LaSrCuO)晶体结构形成的氧 化物；-氮化物类型的、具有共价键/金属键晶体结构的非氧化物A10N、ALN、SiAlON 等；-复合材料，其来自于单一颗粒中两种或更多的材料(氧化铝/氧化锆)的结合， 保持每一种氧化铝和氧化锆的各自晶体结构。固溶体，在这种情况下，不同于前面的，一种组分“溶解”在另一种中，因此仅可检 测到单一连续的晶体结构(不同于最初的那些)，MgO-NiO和氧化铝/氧化铬(在光学纤维 领域中有大量的应用)是这种类型的两个例子。在概念上，陶瓷复合材料由两种或多种纳米材料组合而成，且因此，它们体现出单 一物质不能体现出的组合的机械、热学、电学、磁性和光学性质。一个常见的例子是氧化铝/氧化锆复合材料。由于其高的弹性模量、高的抗磨损 和抗刻蚀性、以及高温下的稳定性，氧化铝是一种具有广泛应用范围的材料。然而，其也有 一些弱点，即低的断裂韧性和弯曲强度。当与氧化锆相结合形成纳米复合材料时，其达到了 适合在生物材料、光学设备和极端需求运行条件中应用的韧性水平。同样地，用于从水的分解中制备氢的氧化锆电极需要离子和电子导电的结合，需 要和氧化铈及氧化钇一直起帛备纳米复合材料^O2-CeO2-Y2O3。再者，在将具有不同晶体结构的几种元素组合起来的领域中的一项多重技术挑战 是设计和获得铝酸锌(ZnAl2O4)纳米尖晶石，其具有高温下的高撕裂强度的性质，用于航天 工业中。一组不同的纳米晶体结构，即AB2X4、A2BX4, ABX4和ABX3类型的三元结构(其中A 和B代表阳离子，X代表阴离子)对于广泛的专门应用是极为重要的，从超导电性(LiTiO3) 到蓄能(LiMn2O4)到顺磁性，这是通过尖晶石型结构-在一定电子水平上存在的不成对电子 而引起的。一个共价键/金属键非氧化物的例子是纳米ALN，显示出了高热导率，使其成为在 由于线路集中产生过量的热，导致温度上升和使用速度受限的先进电子电路中氧化铝的替 代品。纳米AlN可以通过极快地传导来消散该热量而保持温度稳定。在上面列出的4种类型的例子中，除了它们的物理性能通常对表征纳米材料很重 要，即原始颗粒尺寸、粒径分布、颗粒形态、化学纯度水平、单位体积表面积、表面特性和晶 粒尺寸，与简单及二元结构相反，三元和更高的结构的氧化物、共价键/金属键非氧化物、 复合材料和固溶体还表现在很难获得的每一颗粒的个体水平上的化学和晶相均一性的苛 刻要求，因为在合成过程中除了难于获得和保持纳米尺寸的原始颗粒，需要将不同元素结合。无论我们是否处理具有多晶结构的材料、复合材料或固溶体，只有在纳米颗粒的 合成过程中可获得不存在浓度和温度梯度的快速和完全的反应，才能确保这些要求。除了这两个方面，具有可重复的和连续的方法，不仅在实验室规模，而且允许生产 大量的前面提到的所有类型的纳米尺寸结构的陶瓷材料是更进一步的障碍。现存的制造复合材料、固溶体或不同的三元(尖晶石型在其中)和更高的纳米尺 寸晶体结构的方法是相似的。实际上，获得复合材料或晶体结构仅仅取决于元素比例，合成 的温度和压力，和其平衡相图。因此，例如氧化锆和氧化钛以1 2的比例在700和1200°C 之间形成^Ti2O6结构，然而以5 7的比例在1100和1800°C之间形成的三元结构化合物 是 &Ti04。已知的和提到的方法分为3种固相法、液相法和气相法，取决于其中发生合成反 应的相。1.固相法，在此方法中最终的化合物/复合材料通常是由不同元素之间的固相反 应来制备的，其后是强力粉碎过程直至获得大约200nm的尺寸。除了难以获得低于0. 2微 米的尺寸外，这种低成本方法的主要限制与复合材料和化合物中杂质的存在、粒子尺寸的 不均勻分布和实质上均一性水平的欠缺有关，这是由试剂间的不完全扩散反应引起的。2.液相法，存在一系列利用液相的新方法，其共同之处在于都是由初始元素以分 子水平化学计量地(stequiometrically)溶解于其中的溶液开始。通过不同的技术，例如 共沉淀、喷洒或溶胶凝胶法，形成氢氧化物形式的沉淀物。所有这些方法都具有缺点，即由 于PH各种氢氧化物的不同溶解度(表明在最终氢氧化物中的阳离子比例和起始溶液中的 比例不匹配)，低产率和要求后续步骤，例如煅烧(用于转化成氧化物)和碾磨。在燃烧合成中，将化学计量的(stequiometric)硝酸盐溶于所需最低量的水中， 然后增加适量的燃料。对这样的混合物进行加热至200-500°C的温度，在引爆后几分钟得到 化合物。该方法最大的缺点，除了操作的不连续外，是颗粒的高的内部孔隙率，在进行随后的烧结阶段时这是非常不利的。3.气相法3. 1低压-这是目前正在开发中的一系列可选的低压、气相法，例如气溶胶或热 解合成，这基于产生气体悬浮，其通过凝聚可形成极细的颗粒。这种途径的主要缺点是生产 能力极低和难于获得复杂的(三元)结构和复合材料。再者，由本专利技术提出的方法，即水/油(W/0)乳液的爆炸可被包括在新种类(高 压)的气相反应中。高压气相反应与低压方法相比具有几个优点，即实际上它通过各种元 素在气相中的高压反应允许在单一阶段大量且在高的相均一性的情况下结合并获得一大 系列的具有不同晶体结构的材料和纳米复合材料。用这种方法制造纳米材料包括4个步骤a)制备基础(W/0)乳液乳液配方的适应性允许将一大系列的前体包括在其组成 内，从金属、金属合金到不同的金属盐，其构成了将转变成全范围的晶体结构和复合材料的 前体； b) (ff/Ο)乳液的爆炸反应形成气态等离子极快的爆炸反应速率(以微秒计)产 生了高压，这确保前体完全转化成为已含有所需材料/复合材料的气态等离子；c)凝聚形成纳米颗粒为了材料和复合材料出现凝聚现象和导致产生大量的纳 米尺寸颗粒，气态等离子必须本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．合成纳米尺寸陶瓷材料的方法，其特征在于，它是通过爆炸两种油包水（Ｗ／Ｏ）乳液来进行的，即，第一乳液和含有一系列陶瓷材料前体、并提供温度低于２０００℃的爆炸体系的第二乳液，该温度通过状态方程和数值法由乳液的组成和密度确定。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：J·M·卡拉多达希尔瓦，
申请(专利权)人：创新纳米材料先进股份有限公司，
类型：发明
国别省市：PT
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