旋转CVD技术及其在陶瓷粉体担载纳米粒子催化剂制备中的应用

担载型纳米粒子催化材料通常是指将金属或金属氧化物活性相以纳米粒子的形式分散到惰性担载陶瓷粉体表面而形成的复合粉体材料。提高纳米粒子催化材料的分散均匀性是获得高催化性能的关键。传统的溶胶-凝胶法、浸润法等处理步骤冗长,易导致纳米粒子的团聚长大,降低催化效果。流化床化学气相沉积方法则比较适合处理粒径在40mm^500mm的担载粉体。本文着重介绍了粉体旋转化学气相沉积技术的原理,并以镍纳米粒子为例阐述了这种技术的相关应用。采用旋转化学气相沉积技术,在六方氮化硼(hBN)、立方氮化硼(cBN)、氧化铝(Al_2O_3)、氧化硅(SiO_2)等粉体表面沉积(包覆)了镍纳米粒子,显示出了优越的催化性能。本文同时分析了旋转化学气相沉积技术存在的问题及未来的研究前景。

二氧化硅包覆活性氧化铝粉体的制备及高温相变行为研究

γ-Al_(2)O_(3)具备高分散度、高比表面积和良好的吸附性,是催化剂领域应用最广泛的载体之一,但其高温相变引发性能大幅降低的问题成为推广应用的制约因素.采用新型旋转化学气相沉积(RCVD)技术,以正硅酸乙酯(Si(OC_(2)H_(5))_(4),TEOS)为原料,用氧气加速热分解的方式实现了非晶SiO_(2)纳米层在γ-Al_(2)O_(3)粉体表面厚度可控的均匀包覆,具有工艺简单、应用方便等优点.研究了不同温度煅烧条件下对SiO_(2)包覆层的形貌和厚度的影响,结合微观形貌、相成分以及傅立叶红外光谱分析等测试结果,阐明了SiO_(2)纳米层在γ-Al_(2)O_(3)粉体表面包覆行为.结果表明,通过控制TEOS的流量,在γ-Al_(2)O_(3)表面均匀包覆了厚度在3~24 nm的非晶SiO_(2)纳米层,并将γ-Al_(2)O_(3)晶格重构转变温度从1200℃提升至1400℃.处于悬浮状态的γ-Al_(2)O_(3)基体和SiO_(2)包覆物之间通过化学反应产生的牢固化学键形成均匀致密的包覆层,而SiO_(2)包覆层能够阻滞Al-O键的移动使包覆后的γ-Al_(2)O_(3)开始相变温度提升了200℃.机理分析表明,由于在γ-Al_(2)O_(3)表面包覆的非晶SiO_(2)能够对过渡态氧化铝表面阳离子空位进行有效填充,抑制了离子扩散,从而提高了γ-Al_(2)O_(3)的稳定性.

Ni包覆Al_2O_3粉体的RCVD法制备及机理研究

金属Ni包覆于陶瓷粉体的表面,可以促进其烧结、提高导电性或赋予新的功能性质.本文采用旋转化学气相沉积法(RCVD),利用二茂镍(NiCp_2)前驱体的热分解,借助载体氢气对反应的催化促进作用,在Al_2O_3粉体表面包覆了均匀分散的Ni纳米粒子,并研究了包覆温度和原料供应速率对反应产物物相、粒度和形貌的影响规律.研究表明,在包覆温度为450~550℃、前驱体二茂镍(NiCp_2)供给速率为(0.6~2.0)×10^(-6)kg/s条件下,通过对反应过程中镍纳米粒子的包覆温度和前驱体二茂镍(NiCp_2)供给速率调控可对镍纳米粒子的粒径大小和包覆层数进行调控.结合实验结果,分析了载体氢气对二茂镍反应的催化促进作用,阐述了旋转化学气相沉积条件下Ni纳米粒子在Al_2O_3粉体表面均匀包覆的过程与机制.通过调控包覆温度和原料供应速率,可以影响前驱体二茂镍的分解行为,从而调控镍纳米粒子在Al_2O_3粉体表面的包覆状态.

石墨烯-铜基复合材料的原位合成制备、组织及性能研究

采用旋转化学气相沉积法和真空热压烧结工艺原位制备了综合性能优良的石墨烯-铜基复合材料。利用拉曼光谱仪、扫描电子显微镜和光学显微镜等仪器,并通过测试材料维氏硬度、导电性和导热性,分析了复合粉体的结构和形貌以及石墨烯添加对复合材料组织和性能的影响。结果表明,在旋转化学气相沉积过程中,通过改变甲烷气体的浓度(由0.17%提高到0.67%),结合真空热压烧结工艺,成功制备出石墨烯含量为0.015%和0.026%的铜基复合材料。2种复合材料均接近完全致密(≥99.0%);铜基体晶粒尺寸由于石墨烯的添加而明显细化:纯铜块体材料的平均晶粒直径约为46.8μm,而石墨烯含量为0.015%和0.026%的复合材料的平均晶粒直径分别为22.7和17.9μm;复合材料的硬度显著提高,相比纯铜样品均增长了约30%;随着石墨烯含量增加,复合材料导电性和导热性逐渐降低,但下降幅度较小,与纯铜样品接近。