中國粉體網訊 納米技術（nanotechnology）是研究結構尺寸在1至100納米范圍內材料的性質和應用的一種技術。納米氧化鋁其直徑微小，比表面積大，且催化效率奇高，與普通的金屬鋁相比較而言，納米氧化鋁具備著耐高溫，耐腐蝕，硬度強等等優良特質。而且納米氧化鋁工業化大規模生產技術成熟，物美價廉。因此，在許多新材料、新能源等領域，納米氧化鋁具有十分誘人的應用前景。
納米氧化鋁的結構與性質
納米氧化鋁具有優良的尺寸穩定性和良好的電絕緣性，熔點可達2015℃，莫氏硬度可以達到9，是一種無機中性氧化物。通常情況下，它所呈現的狀態是白色粉末，極硬，極易吸收水分但又不會導致潮解。
納米氧化鋁結構示意圖
納米氧化鋁擁有著巨大的比表面積和高的比表面能，顆粒之間還有較強的范德華力，還因為其表面存在的羥基（-OH）和顆粒間空隙容易吸水，從而產生極強的毛細力，導致顆粒間容易相互吸引聚合而形成團聚體。如果直接把團聚狀態的納米氧化鋁加入到基底材料中去，很可能會造成納米顆粒分散不均勻，導致復合材料的結構缺陷，直接影響材料性能，從而難以制造出高性能納米復合材料。
納米氧化鋁的種類高達11種，不同種類的納米氧化鋁擁有著不同的性質。比如有的納米氧化鋁不是活性氧化鋁，可是又具備惰性，耐高溫，但又沒有催化活性；而有的納米氧化鋁種類卻在具有很強的表面酸性的同時，還能擁有一定的表面堿性，并且較高的孔隙率，成型性也十分良好，這些性質使得其可以當作催化載體，甚至可以直接當作催化劑使用。
納米氧化鋁的制備
納米氧化鋁的制備工藝會直接影響著粉體的純度、納米粒子粒徑的大小、納米顆粒的團聚狀態、粉體中成分的分布情況等，而這些因素又會進一步影響到成型、燒結或復合等制備步驟，甚至連最終制備出的材料性能也會因為這些而受到不可忽視的影響。
納米氧化鋁制備方法可大致分為三大類，分別是固相制備法、液相制備法、氣相制備法這三類。其中納米氧化鋁液相制備法是在實驗室及工業生產中最為常見的制備方法。
（1）固相法
固相法制備納米氧化鋁的工藝流程主要是以鋁鹽或者鋁為原材料，將其進行反復的煅燒和研磨處理，這樣一來就能促使固相反應的發生，并制備出納米氧化鋁。納米氧化鋁固相制備法又被研究人員分為機械粉碎法、非晶晶化法和噴霧熱解法等。
固相法示意圖
固相法一般是采取高能球磨等機械方式，這樣原材料就能受到猛烈的撞擊而不斷的進行攪拌和研磨，從而達到徹底粉碎的狀態，同時還能對原材料起到一定的活化作用，在此種方法下所制備的粉體之間也能夠有最大的接觸和最小擴散長度的路徑，更加有利于直接產生固相反應。固相法的優點是對所需設備要求不高，成本也相對較低，產量大，但往往所制得的粉體存在著純度和細度都達不到要求，并且粒度分布不均勻，容易團聚。
（2）液相法
納米氧化鋁主要工業生產采用的是化學方法，而液相法在其中又占據了極為重要的位置，它象征著納米氧化鋁的發展方向，是目前工業化生產和實驗室制備納米氧化鋁的重要方法。根據金屬離子沉淀出來的方法不同，將液相法又分為溶膠-凝膠法，沉淀法，溶劑蒸發法和電化學法等諸多方法。其中具有代表性的就是溶膠-凝膠法。
液相法的工藝流程主要是將鋁鹽調配成一定濃度的液體，隨后使用特殊的沉淀劑，使液體中的金屬離子可以自主均勻的沉淀出來，獲得沉淀物，或者結晶物以后，還需要進行脫水處理，加熱分解形成超微粉體。液相法不僅可以在操作過程中精確控制化學組成，甚至還連顆粒的形狀、粒徑都可以精準調控。除此之外，所制備出來的納米氧化鋁還具有非常良好的表面活性，但也存在著容易引入雜質的弊端，這會導致產物純度有所欠缺。
（3）氣相法
氣相法指的是將原料進行加熱處理，這一步驟可采用激光或者電子束蒸發等方法，先將物質轉化為氣體狀態，這樣一來就可以在氣體環境中進行化學反應，等待反應完成的時候，再加以冷卻，讓其凝聚，最終形成超細的粉體。氣相法包括火焰水解法和蒸發冷凝法這兩種方法。
氣相法制備納米氧化鋁反應條件比較容易控制，只要能控制好氣體，就能得到理想狀態的納米粉體，而且此方法所制備的納米材料粒徑小，容易分散，但生產效率較低，且粉體的收集比較困難，所以此方法所需要的設備系統都較為龐大和復雜，并且要求極高，同時，原材料在發生反應前必須完全氣化，這就不可避免的造成能量的損失和浪費。
納米氧化鋁的表面改性
目前，科研人員已經探索出諸多納米氧化鋁改性方法，主要可分為物理改性和化學改性兩大類。
（1）物理改性
物理改性不僅有球磨、超聲等機械技術，還有高壓湍流分散、吸附、包覆、輻射處理等方法來改變納米氧化鋁的表面性質。例如機械力分散方法，主要是將納米氧化鋁進行高速攪拌或者高速球磨，可以使納米顆粒分散均勻。而超聲分散納米氧化鋁，則是利用超聲空化原理，伴隨產生的強沖擊波或者局部的高溫，以此來作為作用力，來弱化納米氧化鋁顆粒之間存在的作用能，這樣一來，就可以防止納米氧化鋁顆粒的團聚，進而達到均勻分散的效果。
（2）化學改性
化學改性的原理是利用納米氧化鋁的表面存在的大量羥基參與各種化學反應，以此來減少顆粒表面羥基的數量，從而進一步改變顆粒表面的親疏水性。除此之外，還可以根據需求的不同，引入不同的功能基團。化學改性的方法有很多種，比如聚合物接枝法、硅烷偶聯劑法等，其中應用較為廣泛且技術相對成熟的是硅烷偶聯劑改性方法，此方法是通過將偶聯劑的一端進行縮合反應，這樣就可以與氧化鋁表面的羥基反應形成接枝，并發生化學鍵合，從而實現表面改性的目的。
目前大多數化學改性法不僅具有一定的污染性和工藝復雜性，對設備的要求也非常嚴格，成本也非常的高，很難進行大規模工業化生產。
小結：
納米氧化鋁具有高硬度，高強度，耐腐蝕，抗高溫氧化性以及催化等特性，在復合材料、精密陶瓷、電子、催化甚至醫學方面都是不可或缺的材料。在長時間研究納米氧化鋁過程中，人們得到了許多種合成納米氧化鋁的方法。原始的納米氧化鋁粉體無法直接加入到各種基體材料中使用，因此，提高納米氧化鋁和基底材料之間的相容性是制備性能優異納米復合材料的關鍵技術。而對納米氧化鋁表面進行修飾改性，可以實現調控兩者之間的界面結構，這樣就可以制備出性能優異的納米復合材料。
參考來源：
1、陳超倫.納米α氧化鋁粉體制備及燒結性能
2、高杰.綠色物理改性納米氧化鋁及其在水性丙烯酸樹脂涂料中的應用研究
3、聶多發.淺論納米氧化鋁的制備及其發展應用
（中國粉體網編輯整理/青黎）
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