中國(guó)粉體網(wǎng)訊 近日,，德國(guó)贏創(chuàng)工業(yè)集團(tuán)宣布,，將投資建設(shè)該公司在亞洲的首座氣相氧化鋁工廠,，生產(chǎn)可用于電動(dòng)汽車鋰離子電池技術(shù)的特種化學(xué)品解決方案,，即用于下一代鋰離子電池超薄隔膜涂覆層的氧化鋁產(chǎn)品。據(jù)中國(guó)粉體網(wǎng)小編了解,，國(guó)內(nèi)鮮有關(guān)于氣相氧化鋁這種材料的報(bào)道。
氣相法是制備納米粉體的重要方法之一,，具有所得粉末純度高､顆粒尺寸小､比表面積大､組分容易控制等優(yōu)點(diǎn)｡通過(guò)該法制備的納米氧化鋁除具備上述特點(diǎn)外,，還具有硬度高､耐熱耐腐蝕､表面帶正電性的優(yōu)點(diǎn),，使其在諸多高新技術(shù)行業(yè)呈現(xiàn)廣闊應(yīng)用前景｡
氣相法氧化鋁的制備方法
氣相法是通過(guò)電弧加熱､激光蒸發(fā)､電子束加熱等方式將原料轉(zhuǎn)化為成氣態(tài)物質(zhì),，或直接利用氣體,，在反應(yīng)設(shè)備中發(fā)生一系列物理變化和化學(xué)反應(yīng),，并在加熱和冷卻過(guò)程中發(fā)生晶核生長(zhǎng)及顆粒的長(zhǎng)大,，得到超細(xì)氧化鋁粉體｡氣相法可以通過(guò)控制反應(yīng)氣體及氣體的稀薄程度有效解決制備粉體的團(tuán)聚問(wèn)題｡氣相法包括噴霧熱解法､化學(xué)氣相沉積法(CVD)､等離子氣相合成法､激光誘導(dǎo)氣相沉積法､蒸發(fā)冷凝法等｡
化學(xué)氣相沉積法
化學(xué)氣相沉積法制備超細(xì)氧化鋁粉體是將氯化鋁固體在遠(yuǎn)高于臨界點(diǎn)的溫度下汽化，形成具有很高過(guò)飽和蒸汽壓的氯化鋁，然后與氫氣和氧氣混合,，汽化的氯化鋁與高溫水蒸氣反應(yīng)，形成大量的氧化鋁晶核,，大量的晶核在高溫區(qū)長(zhǎng)大并聚集,，形成氧化鋁顆粒,，然后隨著氣流從加熱區(qū)轉(zhuǎn)移到低溫區(qū),，收集氧化鋁粉末｡此工藝得到的氧化鋁粉體分散性好､少團(tuán)聚､粒徑小､粒度分布窄，是目前氣相法制備氧化鋁超細(xì)粉體最成熟的生產(chǎn)技術(shù)｡
化學(xué)氣相沉積生產(chǎn)工藝流程圖
激光誘導(dǎo)氣相沉積法
激光誘導(dǎo)氣相沉積法是利用激光發(fā)射器發(fā)射的一定頻率的激光提供能量，當(dāng)激光照射在鋁靶上，激光的高能量會(huì)使鋁粉迅速汽化,，隨后發(fā)生物理變化和化學(xué)反應(yīng)，形成氧化鋁晶核,，氧化鋁晶核聚集長(zhǎng)大形成氧化鋁顆粒,，收集得到納米氧化鋁粉體｡激光誘導(dǎo)氣相沉積工藝中，激光具有很高的能量,，可以在瞬間提供高額能量汽化所照射的鋁靶,，熱量集中,，加熱區(qū)范圍小｡因此激光誘導(dǎo)氣相沉積法可以制備無(wú)粘結(jié)的氧化鋁粉體，且粉體粒度分布均勻,，可精確控制｡
等離子氣相合成法
等離子氣相合成法以直流脈沖等為能量源,，生成等離子體氣態(tài)，鋁鹽與空氣中的氧氣在等離子氣氛下反應(yīng),，生成氧化鋁晶核,，冷卻后收集，得到氧化鋁粉體｡等離子氣相合成法中,，反應(yīng)溫度､前驅(qū)物濃度和反應(yīng)氣體等反應(yīng)條件都對(duì)氧化鋁粉體的質(zhì)量產(chǎn)生影響｡
噴霧熱解技術(shù)
噴霧熱解技術(shù)是基于超聲波產(chǎn)生的微米大小的氣溶膠滴及其在中溫(400-800°C)下的分解制備超細(xì)氧化鋁粉體的方法｡由于蒸發(fā)､沉淀､干燥和分解是在分散相中單步發(fā)生的,，因此可以通過(guò)控制工藝參數(shù)(停留時(shí)間和分解溫度)來(lái)控制重要的顆粒特性(尺寸､形態(tài)､化學(xué)成分等)｡氧化鋁顆粒是在溶劑蒸發(fā)/干燥過(guò)程完成后,，在液滴水平上連續(xù)發(fā)生溶質(zhì)沉淀和分解，通過(guò)熱誘導(dǎo)的核形成､碰撞和聚并過(guò)程產(chǎn)生的｡
噴霧熱解法生產(chǎn)工藝示意圖
氣相氧化鋁的性能
氣相法氧化鋁外觀為蓬松的白色潔凈粉末,，原生顆粒直徑在7~40nm之間,，原生顆粒不是孤立存在，而是團(tuán)聚成幾百納米大小的團(tuán)聚顆粒,，顆粒間堆密度低,，容易在水體系里分散｡
圖源：匯富納米
氣相法氧化鋁的另外一個(gè)特點(diǎn)就是純度高，由于使用的原材料完全出自化學(xué)反應(yīng),，其產(chǎn)品最終純度超過(guò)99.6%,，重金屬含量一般低于常規(guī)方法的檢出極限，而且有多種方法改變氣相氧化鋁的表面和結(jié)構(gòu),，例如通過(guò)控制合成工藝,，可以將氧化鋁的比表面積控制在50~150m2/g，以滿足各種應(yīng)用的要求。氣相氧化鋁很多方面和氣相二氧化硅類似,，但是在光特性,，熱特性，電特性等方面不同于氣相二氧化硅,。
氣相氧化鋁的主要技術(shù)指標(biāo)
氣相氧化鋁的應(yīng)用
節(jié)能照明領(lǐng)域
節(jié)能熒光燈照明是納米氣相氧化鋁最主要的應(yīng)用領(lǐng)域之一,。節(jié)能燈中熒光粉吸收紫外線產(chǎn)生可見光而達(dá)到發(fā)光效果，但是紫外線同時(shí)也導(dǎo)致熒光粉容易脫落,，光效降低等問(wèn)題,，氣相氧化鋁的聚集體顆粒粒徑在0.1～0.2μm之間，可以作為粒度為6～10μm左右的熒光粉的填充細(xì)粉,，而且納米氣相氧化鋁表面帶正電荷,，熒光粉和玻璃均帶有負(fù)電荷，因此氣相氧化鋁的加入可以明顯增強(qiáng)熒光粉相互之間以及和燈管之間的粘結(jié)力,，避免熒光粉的脫落,。氣相氧化鋁可用作緊湊型熒光燈中熒光粉層的保護(hù)涂膜，還可和稀土熒光粉復(fù)合制成熒光燈管的發(fā)光材料,，提高燈管壽命,。
噴墨領(lǐng)域
氣相氧化鋁的水性分散體用于噴墨打印的微孔涂料中，具有低粘度,、高固體負(fù)荷,、低粒徑的特性。微孔涂料能使印刷瞬間干燥,，與干燥緩慢的聚合物可膨脹涂料相比有著顯著的改進(jìn),。氣相氧化鋁的高吸附能力提供了油墨的快速吸附，并且陽(yáng)離子表面產(chǎn)生了良好的油墨附著性,。氣相氧化鋁還提供了極好的光澤度,、色域及涂料透明度。
粉末涂料領(lǐng)域
氣相氧化鋁在粉末涂料中也具有不可替代的作用,。在用靜電進(jìn)行粉末涂料施工時(shí),，氣相氧化鋁能提高粉末的流動(dòng)性，而且由于它帶有正電荷,，為粉末涂料提供優(yōu)異的自由流動(dòng)性能,，減少儲(chǔ)存期間的粘結(jié)，改進(jìn)摩擦帶電噴涂特性,。在卷鋼涂料中,，可作為熱和輻射的保護(hù)劑。另外,，在高檔粉末涂料中添加氣相氧化鋁,，能夠使耐擦洗次數(shù)由原來(lái)的5000次提高到1萬(wàn)次,。
催化領(lǐng)域
在化學(xué)催化方面，氣相氧化鋁粒徑小,，表面所占的體積分?jǐn)?shù)大,，表面原子配位不全等導(dǎo)致表面活性位置增加，而且隨著粒徑的減小,，表面光滑程度變差,，形成了凸凹不平的原子臺(tái)階，增加了化學(xué)反應(yīng)的接觸面,，可用作尾氣凈化,、催化燃燒、石油煉制,、加氫脫酸,、高分子合成等理想的催化劑或催化劑載體。
微電子,、電子和信息領(lǐng)域
氣相氧化鋁由于具有巨大的表面和界面,，對(duì)外界濕度變化敏感，而且穩(wěn)定性高,，是理想的濕敏傳感器和濕電溫度計(jì)材料,。同時(shí)，它還具有良好的電絕緣性,、化學(xué)耐久性,、耐熱性、抗輻射能力強(qiáng),、介電常數(shù)高,、表面平整均勻，可用作半導(dǎo)體材料和大規(guī)模集成電路的襯底材料,。
陶瓷領(lǐng)域
在陶瓷領(lǐng)域,，添加氣相氧化鋁可以改善陶瓷材料的多種性質(zhì)。例如：添加到粗晶粉體中,，可以提高氧化鋁的致密度和耐冷熱疲勞性能,。英國(guó)將其與二氧化鋯混合,，燒結(jié)溫度降低100℃,，在常規(guī)85瓷、95瓷中添加納米Al2O3,，強(qiáng)度和韌性均提高50%以上,。在微米Al2O3粉體中加人40%的納米γ－Al2O3，素坯相對(duì)密度達(dá)80%,，燒結(jié)后接近于完全致密,，而且燒結(jié)溫度也有所降低,。在其它陶瓷基體中，加入少量的亞微米或納米Al2O3材料后,，力學(xué)性能可成倍提高,，其中以SiC/Al2O3納米復(fù)合材料最為顯著，抗彎強(qiáng)度從300～400 MPa提高到1 GPa,，經(jīng)熱處理可達(dá)1.5 GPa,，斷裂韌性也提高了40%以上。
保溫隔熱領(lǐng)域
氣相氧化鋁基輕質(zhì)隔熱材料是指以氣相氧化鋁為主要原料,，通過(guò)在材料成型或高溫?zé)Y(jié)過(guò)程中,，使其內(nèi)部形成大量彼此連通或閉合的孔洞，由于其有較高氣孔率因而具有較低的導(dǎo)熱系數(shù),，再加上氣相氧化鋁固有的耐高溫,，抗腐蝕，較高的化學(xué)穩(wěn)定性等特點(diǎn),，因而在保溫隔熱領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用前景,。
鋰離子電池領(lǐng)域
本文開頭提到的德國(guó)贏創(chuàng)生產(chǎn)氣相氧化鋁用于鋰離子電池隔膜中，這類應(yīng)用的報(bào)道非常少見,，因?yàn)槟軌虼笠?guī)模生產(chǎn)氣相氧化鋁的企業(yè)很少,。據(jù)匯富納米官網(wǎng)介紹，氣相氧化鋁可應(yīng)用于鋰電池隔膜材料,，提高耐高溫性和安全性,；也可用于鋰電池陽(yáng)極，提高導(dǎo)電性和可逆放電電容,；用于負(fù)極包覆,，提高耐溫和安全性。
參考來(lái)源：
劉建卉：高純超細(xì)氧化鋁粉體的制備及燒結(jié)活性研究
吳春蕾,，等：氣相氧化鋁制備及在節(jié)能燈中應(yīng)用
張蒙：溶膠凝膠法制備α-Al2O3粉體的研究
匯富納米官網(wǎng)
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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