一種立方相氮化鋁纖維的製備方法
2023-04-25 20:52:11
一種立方相氮化鋁纖維的製備方法
【專利摘要】本發明公開的立方相氮化鋁纖維的製備方法，其步驟包括：配製無水氯化鋁、疊氮化四丁基銨和模板劑的混合溶液；進行溶劑熱反應，經洗滌、離心和烘乾，獲得反應產物；在真空或惰性氣氛中鍛燒使附著的模板劑裂解，再在空氣氣氛鍛燒除去有機物，得到立方相氮化鋁纖維。本發明以疊氮化物和鋁的無機鹽作為原料，以有機物表面活性劑作為模板，通過溶劑熱法直接製備獲得了立方相氮化鋁纖維，工藝過程簡單可行，且通過控制溶劑熱反應的溫度、時間和添加不同的模板劑，可以調控立方相氮化鋁纖維的形貌。
【專利說明】一種立方相氮化鋁纖維的製備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種氮化鋁纖維的製備方法，尤其涉及一種立方相氮化鋁纖維的製備 方法，屬於材料科學【技術領域】。
【背景技術】
[0002] 氮化鋁具有高的熱導率，同時具有良好的電絕緣性、低的介電常數和介電損耗、與 矽相匹配的熱膨脹係數，被認為是現今最為理想的基板材料和電子器件封裝材料。氮化鋁 纖維兼具有氮化鋁材料和纖維材料的優良特性，在電子、冶金及航天領域均有廣闊的應用 前景。
[0003] 氮化錯有兩種晶相，一個是穩定六方相和介穩的立方相。對於穩定相的六方氮化 鋁纖維，其製備技術比較成熟，已經有大量的報導，有以鋁粉為原料的氣相沉積法，如Zhang 等（P.G. Zhang, K. Y. Wang, S. M. Guo, Large-scale synthesis of AlN nanofibers by direct nitridation of aluminum, Ceramics International 36 (2010) 2209-2213)以 鋁粉為原料，在320-480 MPa氮氣氣氛下於1300 °C合成了直徑50-500 nm、長徑比為400左 右的氮化錯納米纖維。Tang等（Yongbing Tang, Hongtao Cong, Zuoming Wang, Hui-Ming Cheng, Synthesis of rectangular cross-section AlN nanofibers by chemical vapor deposition, Chemical Physics Letters 416 (2005) 171-175)以錯粉和 F2O3 顆粒為 原料，在NH3/Ar(2:l)氣氛下於800 °C合成了直徑為10-200 nm的氮化鋁纖維。Chen等 (Hong Chen, Yongge Cao, Xianwei Xiang, Formation of AINnano-fibers, Journal of Crystal Growth 224 (2001) 187-189)以鋁粉為原料、NH4F 與 NH4Cl 為助劑，在 15 個大氣 壓下合成了直徑為70-500 nm、最長達到2 mm的氮化鋁纖維。也有以氧化鋁纖維為模板，然 後碳熱還原法製備氮化錯纖維的方法。如Sun等（Y. Sun, J.Y. Li, Y. Tan, L. Zhang, Fabrication of aluminum nitride (AlN) hollow fibers by arbothermal reduction and nitridation of electrospun precursor fibers, Journal of Alloys and Compounds 471 (2009) 400-403)以硝酸鋁為主要原料，通過靜電紡絲獲得納米氧化鋁纖維，然後以碳 粉為還原劑，氮氣為氮源，在1600 °C通過碳熱還原法獲得納米氮化鋁纖維。王宏志等(王 宏志，丁秋，李耀剛，張青紅，靜電紡絲結合氨氣氮化製備六方相氮化鋁納米纖維的方法，CN 102584244)公開了一種靜電紡絲結合氨氣氮化製備六方相氮化鋁納米纖維的方法，以硝酸 鋁為主要原料，通過靜電紡絲獲得納米氧化鋁纖維，最終在氨氣氣氛下於1200-1400 °C保 溫4-9 h獲得納米氮化鋁纖維。
[0004] 相對於六方相的氮化錯纖維，立方相氮化錯纖維因為沒有（001)方向的電場偏振， 且比較容易進行摻雜改性，因而具有更廣闊和更精密的應用。但是，目前還未見關於立方相 氮化鋁纖維製備的報導。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是提供一種立方相氮化鋁纖維的製備方法。
[0006] 本發明的立方相氮化鋁纖維的製備方法，包括以下步驟： 1)在真空手套箱中，按鋁與氮摩爾比為1:9稱取無水氯化鋁和疊氮化四丁基銨，溶於 二甲苯中，攪拌至完全溶解，使溶液中溶質的總質量分數為409T60%，再加入摩爾量為鋁的 2飛倍的模板劑，攪拌至完全溶解，得到混合溶液； (2) 將步驟（1)的混合溶液轉移至高溫反應釜中，在240 °C~280 °C保溫12 h~24 h後， 自然冷卻至室溫，取出反應釜內物質並反覆用二甲苯洗滌和離心，之後在80 °C~100 °C下 烘乾； (3) 將步驟（2)烘乾後的產物在真空氣氛或者惰性氣體氣氛下800 °C?1000 °C煅燒1 h?4 h，再取出在空氣氣氛下500 °C?700 °C煅燒I h?4 h，得到立方相氮化鋁纖維。
[0007] 本發明中所述的模板劑為聚乙二醇、十六烷基三甲基溴化銨、十二烷基硫酸鈉、聚 醚型非離子表面活性劑或十二烷基磷酸單酯二甲鹽。
[0008] 本發明的有益效果為：本發明以疊氮化物和鋁的無機鹽作為原料，以有機物表面 活性劑作為模板，通過溶劑熱法直接製備獲得了立方相氮化鋁纖維，工藝過程簡單可行，且 通過控制溶劑熱反應的溫度、時間和添加不同的模板劑，可以調控立方相氮化鋁纖維的形 貌。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009] 圖1立方相氮化鋁纖維的XRD圖譜； 圖2立方相氮化鋁纖維的SEM照片。
【具體實施方式】
[0010] 下面結合實例對本發明作進一步描述。
[0011] 實施例1 在真空手套箱中，稱取0.01 mol無水氯化鋁和0.09 mol疊氮化四丁基銨溶於40g二 甲苯中，形成溶質總質量分數為40%的溶液，然後加入0. 02 mol的聚乙二醇20000,攪拌至 完全溶解，得到混合溶液。將混合溶液轉移至高溫反應釜中，在烘箱中240 °C保溫24 h，自 然冷卻至室溫。取出反應釜中產物用二甲苯洗滌、離心，重複3次，收集沉澱物，在80 °C下 烘乾。將烘乾的產物在真空氣氛下800 °C煅燒4 h，然後取出在空氣氣氛下500 °C煅燒4 h，得到立方相氮化鋁纖維。
[0012] XRD測試結果表明，該產物為純相的立方相氮化鋁(見圖1)，SEM電鏡照片表明，該 產品是纖維狀物質(見圖2)。
[0013] 實施例2 在真空手套箱中，稱取0.01 mol無水氯化鋁和0.09 mol疊氮化四丁基銨溶於18g二 甲苯中，形成溶質總質量分數為60%的溶液，然後加入0.05 mol的十六烷基三甲基溴化銨， 攪拌至完全溶解，得到混合溶液。將混合溶液轉移至高溫反應釜中，在烘箱中280 °C保溫 12 h，自然冷卻至室溫。取出反應釜中產物用二甲苯洗滌、離心，重複5次，收集沉澱物，在 100 °C下烘乾。將烘乾的產物在氮氣保護下1000 °C煅燒I h，然後取出在空氣氣氛下700 °C煅燒I h，得到立方相氮化鋁纖維。
[0014] 實施例3 在真空手套箱中，稱取0. Ol mol無水氯化鋁和0. 09 mol疊氮化四丁基銨溶於27g二 甲苯中，形成溶質總質量分數為50%的溶液，然後加入0. 04 mol的十二烷基硫酸鈉，攪拌至 完全溶解，得到混合溶液。將混合溶液轉移至高溫反應釜中，在烘箱中260 °C保溫18 h，自 然冷卻至室溫。取出反應釜中產物用二甲苯洗滌、離心，重複4次，收集沉澱物，在90 °C下 烘乾。將烘乾的產物在真空氣氛下900 °C煅燒2 h，然後取出在空氣氣氛下600 °C煅燒2 h，得到立方相氮化鋁纖維。
【權利要求】
1. 一種立方相氮化鋁纖維的製備方法，其特徵在於包括以下步驟： (1) 在真空手套箱中，按鋁與氮摩爾比為1:9稱取無水氯化鋁和疊氮化四丁基銨，溶於 二甲苯中，攪拌至完全溶解，使溶液中溶質的總質量分數為409T60%，再加入摩爾量為鋁的 2飛倍的模板劑，攪拌至完全溶解，得到混合溶液； (2) 將步驟（1)的混合溶液轉移至高溫反應釜中，在240 °C~280 °C保溫12 h~24 h後， 自然冷卻至室溫，取出反應釜內物質並反覆用二甲苯洗滌和離心，之後在80 °C~100 °C下 烘乾； (3) 將步驟（2)烘乾後的產物在真空氣氛或者惰性氣體氣氛下800 °C?1000 °C煅燒1 h?4 h，再取出在空氣氣氛下500 °C?700 °C煅燒I h?4 h，得到立方相氮化鋁纖維。
2. 根據權利要求1所述的立方相氮化鋁纖維的製備方法，其特徵在於：所述的模板劑 為聚乙二醇、十六烷基三甲基溴化銨、十二烷基硫酸鈉、聚醚型非離子表面活性劑或十二烷 基磷酸單酯二甲鹽。
【文檔編號】C01B21/072GK104211025SQ201410436264
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月29日 優先權日:2014年8月29日
【發明者】楊清華, 王煥平, 徐時清, 雷若姍, 鄧德剛, 湯雨詩 申請人:中國計量學院