無機復合材料

1、大連工業(yè)大學紡織與材料工程學院 課程名稱：無機復合材料 題目：ZnO/Sb2O3納米復合材料的性能分析及發(fā)展歷史 學 院：紡織與材料工程學院 專 業(yè)：材料化學 班級學號：132-15 學生姓名：宋昕 指導教師：宋宇 完成時間：2016/5/2ZnO/Sb2O3納米復合材料的制備摘要：隨著科學技術尤其是納米技術的飛速發(fā)展，人們越來越多的發(fā)現及時組成完全相同的物質，當其處于不同的尺度時，將會有截然不同的獨特性質。例如，半導體納米晶體具有大塊半導體材料所不具有的優(yōu)異光學性能等，正因如此，如何更好更高效的利用這些處于微觀納米尺度的無機晶體成為了近些年來新型材料領域的研究重點。隨著材料科學的發(fā)展進步，隨

2、之而來的便是一個重要的課題，那就是安全性。所以耐火材料的研發(fā)日益受人重視。而阻燃材料已經從單一化向功能復合化轉變。根據其用途和需求，應同時具有阻燃、抗菌、防紫外等性能。因此，在提高阻燃性能的同時，研究阻燃多功能材料已經成為研究阻燃材料這一領域的熱點。關鍵詞：納米三氧化二銻；復合材料；阻燃ZnO/Sb2O3納米復合材料的發(fā)展歷程早在2000年，人們對納米材料的熱度以空前的趨勢上升，在2008年，人們便看中了ZnO/Sb2O3納米復合材料的防火性能，想要在其上大做文章。然而實驗室的制備與工業(yè)生產卻是一個巨大的矛盾，當時人們采用超聲法制備ZnO/Sb2O3納米復合材料，如下：超聲法制備ZnO/Sb2

3、O3納米復合材料實驗儀器及試劑：實驗儀器：集熱式恒溫加熱磁力攪拌器 DF-101S 河南省予華儀器有限公司高頻數控超聲波清洗器 KQ-800TDB 昆山市超聲波儀器有限公司電熱恒溫鼓風干燥箱 DHG-9140A 上海邁捷實驗設備有限公司高速臺式離心機 TGL-16C 上海安亭科學儀器廠 氧指數測定儀 LKC-09 美國 FTT 公司 實驗試劑：三氯化銻 分析純 (99.0%) 228.12乙醇 分析純 (99.7%) 46.07聚乙烯吡咯烷酮 K-30 進分氨水 化學純 (25%28%) 17.03L(+)-酒石酸 化學純 (99.5%) 150.09醋酸 化學純 (99.5%) 60.05實

4、驗過程：按比例稱取三氯化銻(SbCl3)、酒石酸溶于一定量的乙醇中，在室溫下磁力攪拌 0.5h，然后在磁力攪拌的狀態(tài)下把其加入到一定量的蒸餾水中，攪拌 15min，邊攪拌 邊加入一定量的堿劑，攪拌 15min 之后，然后在超聲儀器(工作頻率，40kHz；超聲 功率，100W) 中超聲 0.5h，將得到的沉淀過濾，水洗，60 干燥 6h。此方法的優(yōu)點是制備效率較高，缺點是制備出的晶體結晶度不好。所以ZnO/Sb2O3納米復合材料才被人們忽視。在2011年，人們開發(fā)了另一種制備方法：溶膠-凝膠法制備ZnO/Sb2O3納米復合材料實驗儀器及試劑：實驗儀器：集熱式恒溫加熱磁力攪拌器 DF-101S 河

5、南省予華儀器有限公司高頻數控超聲波清洗器 KQ-800TDB 昆山市超聲波儀器有限公司電熱恒溫鼓風干燥箱 DHG-9140A 上海邁捷實驗設備有限公司高速臺式離心機 TGL-16C 上海安亭科學儀器廠實驗試劑：三氯化銻 分析純 (99.0%) 228.12乙醇 分析純 (99.7%) 46.07聚乙烯吡咯烷酮 K-30 進分聚乙二醇 1000 化學純 950.01050.0十六烷基三甲基溴化銨 分析純 (99.0%) 364.45十二烷基硫酸鈉 化學純 (86.0%) 288.38L(+)-酒石酸 化學純 (99.5%) 150.09實驗過程：用乙醇作溶劑配置一定摩爾濃度的 SbCl3溶液，在

6、配置好的 SbCl3溶液中加入一 定量的 L(+)-酒石酸，在室溫的條件下用磁力攪拌儀器攪拌 10 分鐘，然后在攪拌的條 件下把溶液滴加到加有表面活性劑的去離子水中，攪拌 15 分鐘，有少量的乳白色膠 體生成，然后在高頻數控超聲清洗器中超聲 30 分鐘，最后生成白色的乳狀膠體。在 不同的溫度下(30、40、50) 反應 60 分鐘得到白色沉淀，將得到的沉淀過濾， 水洗，60 條件下干燥 6h，得到白色粉末。這種方法很大程度上改善了其生產數量和質量，但生產原料多，成本較高。近些年，又推出了共沉淀法制備ZnO/Sb2O3納米復合材料，這種方法無疑是一種突破性的進展，大大推動了ZnO/Sb2O3納米

7、復合材料工業(yè)化生產和應用的進程。共沉淀法制備ZnO/Sb2O3納米復合材料隨著紡織行業(yè)的發(fā)展進步，阻燃紡織品已經從單一化向功能復合化轉變。纖維根據其用途和需求，應同時具有阻燃、抗菌、防紫外等性能。因此，在提高阻燃性能的 同時，研究阻燃多功能材料已經成為研究阻燃材料這一領域的熱點。納米 ZnO 作為一種高新的半導體納米材料不僅具有抗菌、防紫外和防霉的特性，同時它還是一種添加型的阻燃劑。將氧化鋅與三氧化二銻復配，達到相同或者提高阻燃效果，可以減少三氧化二銻的用量，同時可以賦予三氧化二銻一種或幾種特殊的性能。在本文中，采用共沉淀法以尿素、硝酸鋅和三氯化銻為原料得到了實驗所需的 ZnO/Sb2O3納米

8、復合材料，并對材料進行 TEM、XRD、XPS 和熱重分析，并對復合材料阻燃性能、抗菌性能和抗紫外性能進行了測試，結果表明，借助復合的手段，實 現了在不改變 Sb2O3阻燃性能的前提下，賦予材料抗菌性能和抗紫外的性能。 實驗儀器及試劑：實驗儀器：電熱恒溫鼓風干燥箱 DHG-9140A 上海邁捷試驗設備有限公司 高速臺式離心機 TGL-16C 上海安亭科學儀器廠 高溫節(jié)能爐 KSS-1400 洛陽永泰試驗電爐廠 集熱式恒溫磁力攪拌器 DF-101S 河南省予華儀器有限公司 紡織品抗紫外因子測試儀 Labsphere 美國 Labsphere 公司 氧指數測定儀 LKC-09 美國 FTT 公司

9、生化培養(yǎng)箱 150A 蘇州威爾實驗有限公司 立式電熱蒸汽消毒器 YXQ-L-S-30S 上海三申醫(yī)療器械有限公司 數控超聲波洗滌器 KQ-2200DV 昆山市超聲儀器有限公司 軋車 EL-400 上海朗高紡織設備有限公司 焙烘機 R-3 上?；示拊O備有限公司 實驗試劑：硝酸鋅 分析純 (99.0%) 297.49 尿素 分析純 (99.0%) 60.06 三氯化銻 分析純 (99.0%) 228.12 L(+)-酒石酸 化學純 (99.5%) 150.09 無水乙醇 分析純 (99.7%) 46.07實驗過程：按比例稱取三氯化銻(SbCl3)、酒石酸溶于一定量的乙醇中，在室溫下磁力攪拌 0.5

10、h，然后在磁力攪拌的狀態(tài)下把其加入到一定量的蒸餾水中，攪拌 15min，然后再 加入一定比例的硝酸鋅和尿素，然后在 75 水浴條件下機械攪拌 30min，將溫度升 到 95 繼續(xù)攪拌 3.5h。將得到的沉淀離心，水洗，在 60 條件下干燥后，在 400 馬弗爐中煅燒 1h，馬上取出，冷卻，即得到 ZnO/Sb2O3納米復合材料。 ZnO/Sb2O3復合粉體的XRD 表征下圖為ZnO/Sb2O3復合粉體的XRD表征圖。A、 B、C、D、E 分別代表著氧化鋅的不同含量(10wt%，20wt%，30wt%，40wt%， 50wt%)，圖 b 是純 Sb2O3的 XRD 圖，圖 c 是純氧化鋅的 XR

11、D 圖。從這三張圖中可 以看出，當氧化鋅的含量為 10%時，產物的 XRD 中的 14 特征衍射峰，它們分別對 應 Sb2O3的晶面為(111)，(222)，(400)，(331)，(422)，(511)，(440)，(531)，(622)，(444)， (551)，(731)，(800)，(733)，與標準卡片(JCPDScard-43-1071)相一致，這說明當 ZnO 的含量較少時，對 Sb2O3不造成影響。當 ZnO 的含量為 40%和 50%時，產物的 XRD 特征衍射峰，它們分別對應于氧化鋅的(100)，(002)，(101)，(102)，(110)，(103)，(200)， (1

12、12)和(201)晶面，與 ZnO 的標準圖譜 (JCPDScard-65-3411) 相一致，這說明在納米 復合粉體中，Sb2O3并沒有影響 ZnO 的晶相。但是當 ZnO 的含量為 20%，產物的 XRD 特征衍射峰既有 Sb2O3也有 ZnO，這說明兩者造成了相互的影響，但是當 ZnO 的含 量為 30%時，雖然產物的 XRD 特征衍射峰都是 ZnO 的，但是還有一些小的雜峰， 這說明 Sb2O3對 ZnO 影響還有，但是越來越弱了。ZnO/Sb2O3復合材料的電鏡分析為了精確的了解復合材料的形貌、結構、粒徑的大小等性能，和兩種物質是否對ZnO/Sb2O3納米復合材料的制備及其性能研究

13、第四章 ZnO/Sb2O3納米復合材料的制備及其性能研究。復合材料的這些性能造成影響，我們利用掃描電鏡和透射電鏡來對樣品進行表征分析。圖 4-3 為復合材料的透射電鏡圖，其中(a)是 Sb2O3的掃描電鏡圖，(b)為純納米ZnO的透射電鏡圖，(c)(d)是復合材料 ZnO/Sb2O3的透射電鏡圖。從圖 4-3(a)中可以看出純的 Sb2O3的形貌為正八面體，并且分散比較好，顆粒比 較大；從圖(b)中可以看出純的 ZnO 的形貌為基本上為球形，并且顆粒比較小，分散 性不好。從圖 4-3(c、d)中可以看，ZnO 明顯的分散在復合材料中，納米 ZnO 或者依 附在 Sb2O3在表面或者或是嵌入 S

14、b2O3的晶格內，對 Sb2O3基本上沒有造成影響。從 圖中可以，可以看出 ZnO 把 Sb2O3包裹住，這也進一步解釋了 XRD 表征的現象，隨 著 ZnO 含量的增加 Sb2O3的特征衍射峰逐漸減弱。實驗方法總結：本文以Sb2O3為主要研究材料，通過控制其顆粒的大小、形貌的調控和材料的復 合來研究其阻燃性能。通過共沉淀的方法，把 ZnO 與 Sb2O3復合，提高其材料的阻燃性能時，同時賦予材料抗菌和抗紫外的特性。采用共沉淀法以Zn(NO3)2·6H2O、SbCl3、CO(NH3)2為原料，制備了ZnO/Sb2O3納米復合粉體。通過XRD、SEM等對納米復合粉體進行表征分析。結果表

15、明（1）通過 XRD 圖譜顯示，在 ZnO/Sb2O3 復合粉體中隨著氧化鋅的含量的增加， Sb2O3 的特征衍射峰逐漸減弱，當到達一定量時，Sb2O3的特征衍射峰就消失不見， 完全是 ZnO 的特征衍射峰了，由于 XRD 測試只是測定材料的表面組成，初步斷定是 因為 ZnO 包裹 Sb2O3造成，再通過 TEM 圖片，可以看出 ZnO 覆蓋在 Sb2O3的表面， 這就使 Sb2O3不暴漏在外界與皮膚直接接觸，造成對皮膚的傷害，使 Sb2O3的應用范圍更廣了。 (2) ZnO與Sb2O3復合之后，不僅沒有減弱Sb2O3的阻燃性能，還增強了材料的阻燃性能，但不是ZnO的含量越多越好，通過分析當ZnO 的含量到達20%是復合粉體阻燃性能最好的，超過20%是阻燃性能會降低。 (3)