專(zhuān)利名稱(chēng)：一種納米二氧化鈦及其制備方法和用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米二氧化鈦及其制備方法和用途，屬于納米材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，納米材料發(fā)展非常迅速，由于納米粒子具有表面效應(yīng)、量子效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等特性，從而在光學(xué)、力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等方面表現(xiàn)出不同于一般宏觀材料的顯著特征。
二氧化鈦對(duì)人體無(wú)毒無(wú)害，耐酸堿、耐腐蝕，對(duì)紫外光有一定的吸收、對(duì)一定波段的紅外有較好的反射，其折射率高，介電性能好，而菊花狀納米二氧化鈦由于其特殊的外形，使得它對(duì)紫外及紅外的吸收及散射性更不同一般，對(duì)一定頻率的無(wú)線電波也有較好的吸收。
目前以四氯化鈦為原料用液相水解法，或水熱法制造晶須的方法有報(bào)道。這些制造晶須的方法可以制造出針狀的晶須，這些針狀晶須各自獨(dú)立，不能組合成一定形狀，故無(wú)法產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問(wèn)題是提供一種特定形狀的納米二氧化鈦及其制備方法和用途，所制得的納米二氧化鈦除具有普通形態(tài)納米二氧化鈦對(duì)光的性質(zhì)外，還對(duì)2～9GH2無(wú)線電波有較強(qiáng)的介電吸收。
本發(fā)明提供的技術(shù)方案是一種納米二氧化鈦，其顆粒呈菊花狀，每花瓣粗為1～10納米、長(zhǎng)為60～400納米。
本發(fā)明還提供了上述納米二氧化鈦的制備方法，以硫酸氧鈦為原料與無(wú)機(jī)堿混合攪拌，得正鈦酸沉淀，所得沉淀物經(jīng)洗滌后，用硝酸溶解制成硝酸氧鈦，然后在硝酸氧鈦溶液中加入添加劑作晶形引發(fā)劑，再采用常壓水解、分離、干燥、熱處理即得菊花狀納米二氧化鈦。
上述硝酸氧鈦水溶液的濃度控制在0.5～4摩爾/升范圍；作晶形引發(fā)劑的添加劑加入量為0.5-17％，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)；常壓水解溫度為70～112℃時(shí)間為0.7～7小時(shí)；加熱干燥，溫度為100～300℃，時(shí)間為1～12小時(shí)；熱處理溫度為300～700℃，時(shí)間為1～8小時(shí)。
上述添加劑為乙二胺、鄰苯二甲酸鈉、水楊酸鈉、磺基水楊酸鈉、草酸胺、檸檬酸胺、苦杏仁酸鈉、丙二酸鈉或香草酸鈉等。
本發(fā)明所得納米二氧化鈦為菊花狀納米二氧化鈦，菊花狀納米二氧化鈦指其外形呈菊花狀，而每花瓣粗在1～10nm以內(nèi)，而長(zhǎng)度可60納米到400納米。正是由于其既具有納米材料的性質(zhì)，又具有亞微米材料的性質(zhì)，所以它不但可以用在第三代特殊效應(yīng)油漆中起到耐候及隨角異色效應(yīng)，也可以用于制作各種復(fù)合材料例如將之與塑料復(fù)合，既可提高塑料的抗紫外性質(zhì)，又可提高塑料的機(jī)械強(qiáng)度、韌性、抗沖擊性及阻燃特性。加到工程塑料中可以大大拓寬其替代金屬的范圍，還可利用菊花狀納米二氧化鈦對(duì)電磁波的特殊的吸收性質(zhì)(對(duì)2～9GH2無(wú)線電波有較強(qiáng)的介電吸收)與其它材料復(fù)合，制造新型的復(fù)合隱身材料(吸波材料)。
本發(fā)明提供的以硫酸氧鈦為主要原料制備菊化狀納米二氧化鈦的方法的突出特點(diǎn)是1.該工藝適合國(guó)情，原料來(lái)源豐富，價(jià)格低廉。
2.制備工藝簡(jiǎn)單，工藝參數(shù)容易控制，產(chǎn)品重復(fù)性和一致性好，生產(chǎn)成本低。


圖1、圖2、圖3分別是用本發(fā)明提供的方法制備的菊花狀納米二氧化鈦的透射電鏡片，圖中每公分代表400納米。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供的納米二氧化鈦，其顆粒呈菊花形，每花瓣粗為1～10納米、長(zhǎng)為60～400納米。
上述菊化狀納米二氧化鈦按下述方法制備以硫酸氧鈦為原料與無(wú)機(jī)堿混合攪拌，得正鈦酸沉淀，所得沉淀物經(jīng)洗滌后，用硝酸溶解制成硝酸氧鈦，然后在硝酸氧鈦溶液中加入添加劑作晶形引發(fā)劑，再采用常壓水解、分離、干燥、熱處理即得菊花狀納米二氧化鈦。
各流程具體工藝規(guī)范評(píng)述如下1.無(wú)機(jī)堿作硫酸氧鈦的沉淀劑，沉淀時(shí)，PH值控制在5～10之間，當(dāng)硫酸氧鈦與堿混合時(shí)，應(yīng)采用冰水浴降溫，并控制混合速度，使溫度控制在50℃以下，以防沉淀形成硬團(tuán)聚，影響下步溶解。所用的堿可選擇氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、氨水等。
2.沉淀經(jīng)過(guò)濾，洗滌后得正鈦酸，正鈦酸中二氧化鈦的含量最好控制在2～23％(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))。
3.硝酸的濃度控制在2～23摩爾/升，溶解正鈦酸時(shí)應(yīng)加冰水浴，以防溫度超過(guò)50℃，引起無(wú)控制水解。
4.溶解后生成的硝酸氧鈦在水解前，濃度控制在0.5～4摩爾/升范圍內(nèi)。酸度控制在1～8摩爾濃度。
5.采用的添加劑作晶形引發(fā)劑時(shí)加入硝酸氧鈦溶液中的加入量為0.5～17％(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))。
所用的添加劑最好是乙二胺、鄰苯二甲酸鈉、水楊酸鈉、磺基水楊酸鈉、檸檬酸胺、草酸胺、苦杏仁酸鈉、丙二酸鈉、香草酸鈉等。
6.水解溫度和時(shí)間水解采取常壓水解，水解溫度為70～112℃時(shí)間為0.7～7小時(shí)。
7.產(chǎn)物經(jīng)分離如用板框壓濾機(jī)分離，洗去沉淀中多余的酸及雜質(zhì)，就得到含水二氧化鈦。
8.干燥；為了除去含水二氧化鈦中的水分，可采用加熱干燥，溫度為100～300℃時(shí)間為1～12小時(shí)。也可用冷凍及微波干燥。
9.熱處理干燥后的半成品再在300～700℃溫度下熱處理1-8小時(shí)，可得到不同粗細(xì)、長(zhǎng)短的菊化狀納米二氧化鈦。
下面通過(guò)實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明的突出特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，僅在于說(shuō)明本發(fā)明而決不限制本發(fā)明。
實(shí)施例1將濃硫酸氧鈦加入水中，使?jié)舛日{(diào)節(jié)到0.45摩爾/升，將NaOH固體溶于水中，將濃度調(diào)節(jié)的1.2摩爾/升，在冰水浴下將兩者慢慢混合，溫度控制在10℃以下，PH到5.2時(shí)終止，過(guò)濾后，用水洗沉淀(正鈦酸)，在正鈦酸中加入濃度為5摩爾/升的硝酸將其溶解，制成含硝酸氧鈦為0.6摩爾/升的溶液，酸度控制在3摩爾/升，在其中加入0.5％(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))的水楊酸鈉后，加熱到80℃恒溫6小時(shí)后冷卻、過(guò)濾、洗滌，再冷凍干燥48小時(shí)，再經(jīng)400℃熱處理2小時(shí)。晶粒形貌如圖1所示。該材料加入到聚脂纖維中，該聚酯纖維9μm紅外波的反射達(dá)90％。
實(shí)施例2將濃硫酸氧鈦加入水中，將濃度調(diào)成0.86摩爾/升，再將濃度為2.5摩爾/升的氫氧化鉀溶液與它在冰水浴中混合，溫度控制在30℃以下，PH＝7時(shí)終止，將沉淀過(guò)濾，洗滌后加入濃度為12摩爾/升硝酸，將其溶解，配成含硝酸氧鈦為2.5摩爾/升的溶液，酸度控制在4.4摩爾/升，并加入5.5％檸檬酸鈉后加熱，在104℃恒溫2小時(shí)，冷卻后過(guò)濾，將濾餅洗滌后在微波干燥1小時(shí)后，再經(jīng)550℃熱處理3小時(shí)。晶粒形貌如圖2所示。該樣品經(jīng)微波網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)定其在2～9GH2波段內(nèi)電損耗角正切均大于0.7。
實(shí)施例3將濃硫酸氧鈦加入水中，將濃度調(diào)成1.5摩爾/升，再將濃度為7摩爾/升的氨水與之在冰水浴中混合，溫度控制在50℃以下，PH＝9時(shí)終止，將沉淀過(guò)濾，洗滌后，加入濃度為19摩爾/升的硝酸溶液將沉淀溶解，配制成含硝酸氧鈦3.5摩爾/升，酸度控制在7摩爾/升，成并加入16％的草酸鈉后加熱，在107℃恒溫1小時(shí)，冷卻后過(guò)濾，將濾餅洗滌后在300℃下干燥1小時(shí)，然后再經(jīng)700℃熱處理2小時(shí)，晶粒形貌如圖3所示。該樣品經(jīng)微波網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)定其在2～9GH2波段內(nèi)電損耗角正切均大于0.65。
權(quán)利要求
1.一種納米二氧化鈦，其顆粒呈菊花狀，每花瓣粗為1～10納米、長(zhǎng)為60～400納米。
2.權(quán)利要求1所述納米二氧化鈦的制備方法，以硫酸氧鈦為原料與無(wú)機(jī)堿混合攪拌得正鈦酸沉淀，所得沉淀物經(jīng)洗滌后，用硝酸溶解制成硝酸氧鈦，然后在硝酸氧鈦溶液中加入添加劑作晶形引發(fā)劑，再采用常壓水解、分離、干燥及熱處理即得到菊花狀納米級(jí)二氧化鈦。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是干燥方法為加熱干燥、冷凍干燥或微波干燥。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是硝酸氧鈦水溶液的濃度控制在0.5～4摩爾/升范圍；作晶形引發(fā)劑的添加劑加入量為0.5-17％，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)；常壓水解溫度為70～112℃時(shí)間為0.7～7小時(shí)；加熱干燥，溫度為100～300℃，時(shí)間為1～12小時(shí)；熱處理溫度為300～700℃，時(shí)間為1～8小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的方法，其特征是硫酸氧鈦與無(wú)機(jī)堿混合時(shí)PH值控制在5～10之間，用冰水浴降溫，并控制混合速度，使溫度控制在50℃以下，所用無(wú)機(jī)堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀或氨水。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的方法，其特征是使用的添加劑為乙二胺、鄰苯二甲酸鈉、水楊酸鈉、磺基水楊酸鈉、草酸胺、檸檬酸胺、苦杏仁酸鈉、丙二酸鈉或香草酸鈉。
7.權(quán)利要求1所述納米二氧化鈦用于制備復(fù)合隱身材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及菊花狀納米二氧化鈦及其制備方法和用途，以硫酸氧鈦為主要原料，經(jīng)堿沉淀洗滌后轉(zhuǎn)化為硝酸氧鈦，加入添加劑后經(jīng)常壓水解，分離、洗滌、干燥及適當(dāng)?shù)臒崽幚砗螅芍频镁栈罴{米級(jí)二氧化鈦。該方法的突出特點(diǎn)是以廉價(jià)的硫酸氧鈦為主要原料，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的工藝及適當(dāng)?shù)臒崽幚砗螅傻镁栈罴{米級(jí)二氧化鈦。該方法具有原料來(lái)源廣、價(jià)廉，工藝簡(jiǎn)單、大規(guī)模生產(chǎn)條件易于控制。本發(fā)明的菊花狀納米二氧化鈦可用于制備復(fù)合隱身材料。
文檔編號(hào)C01G23/047GK1418820SQ0214787
公開(kāi)日2003年5月21日 申請(qǐng)日期2002年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月18日
發(fā)明者鐘家檉, 昝菱, 羅其榮, 龔楚清 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)