纳米二氧化锆
纳米二氧化锆 性质
常规二氧化锆的比表面小、空隙欠发达，限制了其性能的发挥和应用，纳米二氧化锆就克服了这些缺点。纳米二氧化锆化学稳定性高，抗蚀性能优良，具有高熔点、高电阻率、高折射率、低热膨胀系数等性质使它成为重要的耐高温材料，陶瓷绝缘材料等。它正因为具有许多优良性质，近年来吸引了众多国内外学者的目光，并且得到了很好的应用与发展[1］。
图1 纳米二氧化锆微观图纳米二氧化锆具有抗化学侵蚀和微生物侵蚀的能力，同时具有酸性、碱性、氧化性和还原性的金属氧化物。其分散性好，具有良好的热化学稳定性、高温导电性和较高的强度和韧性，机械、热学、电学、光学性质良好，催化性能也很好。纳米氧化锆粒径小，稳定性强，具有耐酸、耐碱、耐腐蚀、耐高温的优良性能［2］。 一般包括物理法和化学法。物理法主要有喷雾-裂解法、溅射法、等离子体技术等，由于物理法主要用于单质、合金等纳米粒子的制备，故采用物理法制备 ZrO2超细粉在实际生产中应用较少[3]。
1 醇盐水解法
此法是将有机溶液中混合着锆和稳定剂的醇盐进行加水分解的方法。这种方法可以制得微细而高纯度的、易烧结的粉料。Zr(OR)4(R为烷基)一般可溶于乙醇,遇水后很容易分解成乙醇和氧化物或共水化物:
Zr(OR)4+ 4H2O→ Zr(OH)4↓+ 4HOR↑
然后经过过滤、干燥、粉碎、煅烧得到二氧化锆粉体。此法的优点是:①几乎全为一次粒子,团聚很少;②粒子的大小和形状均一;③化学纯度和相结构的单一性好。缺点是原料制备工艺较为复杂,成本较高。
2水解沉淀法
此法是长时间地沸腾锆盐溶液,使水解生成的挥发性酸HCl或HNO3不断蒸发除去,从而使如下水解反应平衡不断向右移（反应过程如下图）:
图2 水解沉淀法制备ZrO2反应方程
然后经过过滤、洗涤、干燥、煅烧等过程制得二氧化锆粉体。工艺流程图如下所示:锆盐溶液→水解沉淀→过滤→洗涤→干燥→煅烧→二氧化锆粉体1. 耐火材料
2. 陶瓷增韧
3. 固态燃料电池材料
4. 传感器
5. 在电极材料上的应用
6. 装饰材料
纳米二氧化锆的性能特点决定了它有很大的市场价值，已使其在电子、冶金、航天航空、化工、环境、生物及医学等领域显示了广阔的应用场景。纳米二氧化锆在工业合成、催化剂、催化剂载体和特种陶瓷等方面具有较大的应用价值。［1］Song Yueqin，Liu Huimin，He Dehua． Effects of hydrothermal conditions of ZrO2 on catalyst properties and catalytic performances of NiZrO2 in the partial oxidation of methane［J］． Energy Fuels， 2010，24: 2817-2824．
［2］凌智钢，唐延林，李涛，等． 外电场下二氧化锆的分子结构及其特性［ J］． 物理学报，2014，63( 2) : 1-6．
[3]阳杰,罗雪婷,吴丽萍,叶青,汪丽梅,杨静,田长安,尹奇异. 纳米二氧化锆的 制备与性能应用研究进展[J]. 应用化工,2014,(09):1694-1696.
图1 纳米二氧化锆微观图纳米二氧化锆具有抗化学侵蚀和微生物侵蚀的能力，同时具有酸性、碱性、氧化性和还原性的金属氧化物。其分散性好，具有良好的热化学稳定性、高温导电性和较高的强度和韧性，机械、热学、电学、光学性质良好，催化性能也很好。纳米氧化锆粒径小，稳定性强，具有耐酸、耐碱、耐腐蚀、耐高温的优良性能［2］。 一般包括物理法和化学法。物理法主要有喷雾-裂解法、溅射法、等离子体技术等，由于物理法主要用于单质、合金等纳米粒子的制备，故采用物理法制备 ZrO2超细粉在实际生产中应用较少[3]。1 醇盐水解法
此法是将有机溶液中混合着锆和稳定剂的醇盐进行加水分解的方法。这种方法可以制得微细而高纯度的、易烧结的粉料。Zr(OR)4(R为烷基)一般可溶于乙醇,遇水后很容易分解成乙醇和氧化物或共水化物:
Zr(OR)4+ 4H2O→ Zr(OH)4↓+ 4HOR↑
然后经过过滤、干燥、粉碎、煅烧得到二氧化锆粉体。此法的优点是:①几乎全为一次粒子,团聚很少;②粒子的大小和形状均一;③化学纯度和相结构的单一性好。缺点是原料制备工艺较为复杂,成本较高。
2水解沉淀法
此法是长时间地沸腾锆盐溶液,使水解生成的挥发性酸HCl或HNO3不断蒸发除去,从而使如下水解反应平衡不断向右移（反应过程如下图）:
图2 水解沉淀法制备ZrO2反应方程然后经过过滤、洗涤、干燥、煅烧等过程制得二氧化锆粉体。工艺流程图如下所示:锆盐溶液→水解沉淀→过滤→洗涤→干燥→煅烧→二氧化锆粉体1. 耐火材料
2. 陶瓷增韧
3. 固态燃料电池材料
4. 传感器
5. 在电极材料上的应用
6. 装饰材料
纳米二氧化锆的性能特点决定了它有很大的市场价值，已使其在电子、冶金、航天航空、化工、环境、生物及医学等领域显示了广阔的应用场景。纳米二氧化锆在工业合成、催化剂、催化剂载体和特种陶瓷等方面具有较大的应用价值。［1］Song Yueqin，Liu Huimin，He Dehua． Effects of hydrothermal conditions of ZrO2 on catalyst properties and catalytic performances of NiZrO2 in the partial oxidation of methane［J］． Energy Fuels， 2010，24: 2817-2824．
［2］凌智钢，唐延林，李涛，等． 外电场下二氧化锆的分子结构及其特性［ J］． 物理学报，2014，63( 2) : 1-6．
[3]阳杰,罗雪婷,吴丽萍,叶青,汪丽梅,杨静,田长安,尹奇异. 纳米二氧化锆的 制备与性能应用研究进展[J]. 应用化工,2014,(09):1694-1696.