無機晶須材料的制備方法和應(yīng)用進(jìn)展.pdf

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1、2010年第10期精細(xì)化工原料及中間體開發(fā)指南-23-無機晶須材料的制備方法和應(yīng)用進(jìn)展金棟（北京燕山石化公司研究院，102500）摘要：無機晶須是一種用途廣泛的新型功能材料，在塑料改性等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。介紹了晶須的制備方法以及幾種常見無機晶須的研究和應(yīng)用情況，提出了其今后的發(fā)展前景。關(guān)鍵詞：晶須生產(chǎn)應(yīng)用無機晶須無機晶須（Whisker）是一種具有一定長徑的纖屬晶須的制備。化學(xué)氣相沉積是將金屬或者氧化物維狀晶體，具有優(yōu)良的力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性以及再材料在潮濕的氫氣、惰性氣體或空氣中加熱，使其被生性能等，被稱為二十一世紀(jì)的補

2、強材料，在工程塑氧化或者與氣體反應(yīng)，再在溫度較低的區(qū)域生長成料、涂料及隔熱、絕緣材料等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，晶須。此法常用于氧化物晶須、氮化物晶須以及碳化開發(fā)利用前景廣闊。物晶須等的制備。1.2從溶液中制備[1-2]1無機晶須的制備方法從低溫水溶液中制備晶須的方法與生長單晶的目前，晶須材料主要分為有機晶須和無機晶須方法類似，主要是使溶液達(dá)到過飽和，從而實現(xiàn)晶須兩大類。有機晶須主要有纖維素晶須、聚丙烯酸丁的生長。水熱法制備晶須是目前較為活躍的研究領(lǐng)酯-苯乙烯晶須、聚4-羥基苯甲酸酯（PHB）晶須等域。水熱法是在特制的密閉反應(yīng)容器（高

3、壓釜）里，采幾種類型，在聚合物中應(yīng)用較多。無機晶須主要包括用水溶液作為反應(yīng)介質(zhì)，通過對反應(yīng)容器加熱，創(chuàng)造非金屬晶須和金屬晶須兩類，其中在聚合物材料中一個高溫、高壓反應(yīng)環(huán)境，使得通常難溶或不溶的物應(yīng)用較多的是非金屬晶須，金屬晶須主要用于金屬質(zhì)溶解并反應(yīng)，以制得晶須。此法的優(yōu)點是得到的晶基復(fù)合材料中。非金屬晶須中的陶瓷質(zhì)晶須的強度須為單晶質(zhì)單晶須，而不是成團(tuán)的晶須。缺點是產(chǎn)量和耐熱性優(yōu)于金屬晶須，是無機晶須中較為重要的低，設(shè)備及操作復(fù)雜，成本高。一類。它主要包括炭化硅晶須、氮化硅晶須、莫來石1.3從熔體中制備晶須、鈦酸鉀晶須、硼酸鋁

4、晶須、氧化鋅晶須、氧化鎂這種方法包括熔融法與助熔劑法。從原理上講，晶須、硫酸鈣晶須、碳酸鈣晶須以及鎂鹽晶須等。這類方法與通常的單晶生長技術(shù)是相同的，由于具晶須的制備方法很多，不同的晶須可用不同的有設(shè)備簡單，容易規(guī)模生產(chǎn)，因此是目前工業(yè)規(guī)模生方法制備，就是同一種晶須也可用不同的方法制備，產(chǎn)晶須材料的主要方法，缺點是能耗高，某些助熔劑若從一般的化學(xué)反應(yīng)狀態(tài)來分，不外乎氣相法、液相成本高，易污染環(huán)境，所得晶須質(zhì)量不如氣相法與水法和固相法，氣相法中被采用的有蒸發(fā)-凝聚法和熱法等。化學(xué)氣相法，液相法中通常采用低溫蒸發(fā)、電解、晶1.4其他制

5、備方法化、添加劑、化學(xué)沉淀、膠體、高溫熔體等方法，固相除上述各種方法外，還有其他一些制備晶須的法中常用應(yīng)力誘導(dǎo)和析出法。方法，如干燒法（燒結(jié)）、噴霧法以及制備有機和聚合1.1氣相制備物的一些特殊方法。燒結(jié)法是將原料微粉混勻后進(jìn)氣相制備還可進(jìn)一步細(xì)分為物理氣相沉積和化行高溫?zé)Y(jié)，因此對混料過程要求十分苛刻，一般采學(xué)氣相沉積。物理氣相沉積通常是將材料在高溫區(qū)用濕法混料，經(jīng)干燥后再高溫?zé)Y(jié)，甚至需多次燒氣化，然后把氣相導(dǎo)入溫度較低的生長區(qū)，以低的過結(jié)，而且對升溫速率要求嚴(yán)格，制備工藝繁復(fù)，能耗飽和條件凝聚并生長成晶須。此法可用于熔點較

6、低高。的金屬和金屬氧化物，如鋅、鎘、氧化鎂、氧化鋅等金-24-開發(fā)指南精細(xì)化工原料及中間體2010年第10期2晶須的生長機理系中的熱起伏繼續(xù)生長或分解，當(dāng)達(dá)到某一臨界值晶須只是一種特殊形態(tài)的晶體，所以經(jīng)典的晶時，晶核穩(wěn)定地沿著位錯的伯格斯矢量方向生長形體生長理論也適用于解釋晶須的生長，但由于晶須成晶須。生長是多種多樣的，而且晶須有其本身的特殊性，所2.3液固（LS）機理以經(jīng)典的晶體生長理論也不能將之完全涵蓋。自晶須作為單晶生長的特殊情況，也存在成核和1958年FCFrank發(fā)表了金屬錫晶須中存在螺旋位生長兩個階段，晶須生長要求一

7、個作為螺旋位錯的錯現(xiàn)象以來，人們在晶須生長機理方面做了很多研基質(zhì)，同時還有傳質(zhì)過程中的原料供給，即助溶劑作究工作。迄今為止，晶須的生長機理主要有氣固為傳質(zhì)載體不斷將液體反應(yīng)物輸送到基質(zhì)處，隨著（VS）機理、液固（LS）機理以及其他機理等。溫度的上升及恒溫時間的延長先形成了晶核，繼之2.1氣液固（VLS）機理長大，從而提出了四步生長模型反應(yīng)微區(qū)的形成、晶VSL中V代表原料氣體，L代表固體晶須，S代核的形成、晶核成長以及晶須形成。表液體催化劑。該理論認(rèn)為，反應(yīng)系統(tǒng)中存在的觸媒2.4其他生長機理液滴是氣體原料和固體產(chǎn)物之間的媒介、形成

8、晶須用TEM觀察液相法或氣相法生長的晶須時，的氣體原料通過氣-液界面輸入到小液滴中，使小可看到平行于軸向的螺旋位錯和在晶須頂端顯露出液滴成為含有晶須氣體原料的熔體，從而在氣相反的生長臺階，這足以說明晶須的生長是沿螺旋位錯應(yīng)物和基體之間形成了一個對氣體具有較高容納