白云石制备菱面片层纳米氧化镁

以白云石为原料通过二次酸浸、EDTA-氨水络合法制得纳米MgO晶体, 并采用XRD、FT-IR、SEM、TEM等手段对其进行了表征. 研究表明, EDTA/PEG分子具有结构导向作用, 使Mg(OH)2分子呈外延辐射状均匀生长. 550-650 ℃煅烧前驱体制得的MgO纳米微片生长均匀, 为立方晶系结构的单晶, 具有

物理化学学报(WuliHuaxueXuebao)

March[Note]

ActaPhys.鄄Chim.Sin.,2007,23(3)：433-437

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白云石制备菱面片层纳米氧化镁

尹荔松*

陈敏涛

李

婷

周克省

410083)

高松华

(中南大学物理科学与技术学院,长沙

摘要：以白云石为原料通过二次酸浸、EDTA鄄氨水络合法制得纳米MgO晶体,并采用XRD、FT鄄IR、SEM、TEM等手段对其进行了表征.研究表明,EDTA/PEG分子具有结构导向作用,使Mg(OH)2分子呈外延辐射状均匀生长.550-650益煅烧前驱体制得的MgO纳米微片生长均匀,为立方晶系结构的单晶,具有类似花瓣状的菱面微片结构,其厚度约为10-20nm,最大面积可达1滋m2左右.氧化镁晶体沿[100]方向取向生长,并保留了前驱体的外延辐射状生长特性.结合热力学及动力学等相关理论研究了氧化镁纳米微片的取向生长机理.关键词：菱面片层MgO；热分解；微观形貌；晶体生长；影响因素中图分类号：O641;

TQ132;O614;

O78；

PreparationofRhombicMgONanoflakesfromDolomites

YINLi鄄Song*

(SchoolofPhysicsScienceandTechnology,CentralSouthUniversity,Changsha

CHENMin鄄TaoLITingZHOUKe鄄Sheng

410083,P.R.China)

GAOSong鄄Hua

Abstract:Rhombicmagnesiaflakeswithmultiinterspaceswerepreparedbycalciningmagnesiumhydrate.The

precursorofMgOcouldbeobtainedviaacidimmersingtwiceandammoniadepositingfromdolomites.Thestructure,morphology,andcompositionofMgOanditsprecursorwerecharacterizedbymeansofXRD,FT鄄IR,SEM,andTEMmethods.TheresultsindicatedthatEDTAandPEGmoleculeswerepossessedoftheeffectdirectingtheradialepitaxialgrowthofMg(OH)2flakes.Therhombicmagnesiananoflakeswith10-20nminthicknessandupto1滋m2inareaofmainsurfacearesinglecrystalwithcubiccrystalstructure.Itgrowswithapreferredorientationalongthe[100]directionandinheritsthefeaturesofradialepitaxialgrowthofMg(OH)2.TheorientatedgrowthmechanismoftheMgOnanoflakeswasstudiedbasedoncorrespondingthermodynamicsanddynamicstheories.KeyWords:Rhombicmagnesiaflakes;

Effectfactors

Thermaldecomposition;

Microscopicmorphology;

Crystalgrowth;

白云石(CaCO3·MgCO3)是制取镁盐的重要原料之一,在我国有着丰富的储量和广泛的分布[1,2].随着陶瓷、橡胶、塑料、航空航天材料的发展,以及掺杂,复合等技术的进步,镁系列的晶体材料,特别是MgO晶体材料在材料领域的应用越来越广,纤维状、层状、片状、带状等氧化镁粒子已经被广泛应用于材料的改性和高性能复合材料的制备等方面[3-6],尤其是特殊形貌的MgO的制备和应用,越来越受到国内外的广泛关注.当这种特殊形貌的MgO掺杂在本体材料形成复合材料时,复合材料表现出远远

Received:September25,2006;Revised:November16,2006.

韧性、优于本体材料的物理化学性能,如强度、硬度、微波吸收性能,甚至这种特殊形貌的MgO本身就

化学或力学等特性[4-10].近表现出特殊的光、电、热、年来,人们已经通过各种方法成功制备了许多特殊形貌的氧化镁,如氧化镁纳米带[6]、纳米线[7]、纳米花[8]、纳米棒[9]及纳米线组成的网状结构[10]和珊瑚状的氧化镁[11]等.但目前有关特殊形貌纳米氧化镁的制备多采用气相沉积法及有机物热解法[12,13],以白云石原矿为材料采用普通的化学方法制备花瓣状的纳米氧化镁微片尚未见报道.

Correspondingauthor.Email:yinlisong2000@http://www.77cn.com.cn.

湖南省科技重点攻关项目(03ssy1008)及中南大学研究生创新基金(2005010073)资助

鬁EditorialofficeofActaPhysico鄄ChimicaSinica

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以白云石为原料通过二次酸浸、EDTA-氨水络合法制得纳米MgO晶体, 并采用XRD、FT-IR、SEM、TEM等手段对其进行了表征. 研究表明, EDTA/PEG分子具有结构导向作用, 使Mg(OH)2分子呈外延辐射状均匀生长. 550-650 ℃煅烧前驱体制得的MgO纳米微片生长均匀, 为立方晶系结构的单晶, 具有

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ActaPhys.鄄Chim.Sin.,2007

Vol.23

本文以白云石为原料通过二次酸浸,EDTA鄄氨水络合沉淀法制备出了新颖的类似花瓣状的二维菱面片层结构的氧化镁单晶,并对其晶体定向生长行为进行了初步的探讨.

2.1前驱体纳米片层Mg(OH)2的合成

前驱体氢氧化镁扫描电镜(图1A,1B)显示,未经表面改性制备的氢氧化镁为纳米微片,但片层面

经EDTA/PEG改积较小,延续性不强,生长不均匀；

性后制备得到的氢氧化镁纳米片续性较好,片层面积较大,厚度较小,生长较为均匀.EDTA与Mg2+络合,起到了缓释剂的作用,有利于控制均相沉淀反

同时,EDTA的—COO基可与应及晶核成长的速率；

带正电的Mg(OH)2颗粒发生电荷中和作用,降低Mg(OH)2表面的Zeta电位,聚电解质PEG的长分

缠绕Mg(OH)2晶粒,产生空间位阻效应,子链吸附、

降低了晶粒的表面能,有效阻止了Mg(OH)2晶粒间长大.由于Mg(OH)2不同晶面上原子的彼此融合、

分布的不均匀,导致不同晶面对EDTA/PEG分子吸附数量均有所不同,这些吸附通过改变晶面的比表面能及生长速率常数而促进或抑制晶面的生长[14,15],并调节界面特性从而引导有机基质与无机离子在界面处的分子规则排列来实现无机晶体在有机基质调制下成核与生长的有序性,从而改善了片层Mg(OH)2晶粒的生长均匀性,并使其排列具有一定规则,基本呈外延辐射状生长.但EDTA与PEG的加入量有个阈值,当EDTA加入量大于8%,PEG加入量大于3%时,氢氧化镁粒子表面的Zeta电位突降至10mV以下,根据双电层理论,当粒子表面电荷为20-30mV以下时,粒子极易团聚,此时粒子的沉降速率很快,但不利于片层氢氧化镁的成核与生长.

2.2纳米片层MgO的表征

图2所示为前驱体在不同温度下焙烧2h所得产物的X射线衍射图谱.当焙烧温度从400益升高到650益时,氢氧化镁特征峰减弱,而MgO特征峰

1.1纳米片层MgO的制备

将100g白云石(MgO含量16.6%)于1000益焙烧2h后加入250mL自来水中搅拌0.5h,滴入盐酸溶液至pH由14突变为6时止,过滤,洗涤数次.滤饼放入250mL自来水中打散,机械搅拌下滴入0.1mol·L-1硫酸溶液,当体系变成红灰色浑浊液,pH约为5-6时停止,过滤、洗涤数次.滤液经浓缩得2.5mol·L-1富镁液,加入无水乙醇磁力搅拌下加热至80益,滴入5%的EDTA与1.5%的PEG(聚乙二醇)溶液后缓慢滴加过量氨水后抽滤,滤饼先以蒸馏水冲洗后用无水乙醇洗涤数次得到前驱体氢氧化镁.所得前驱体粉末于80益干燥后在不同温度下于马弗炉中焙烧2h,得到产品MgO.1.2纳米MgO的表征

采用ZetaPLAS灼电位仪测试颗粒的表面电位；样品的形貌分析采用日本电子JSM鄄6360LV型扫描电镜,分辨率3nm；透射电镜分析采用JEM200CX

型透射电镜、JEOLJEM鄄2010F型场发射透射电镜,样品于无水乙醇中超声分散后滴在铜网上,干燥后观察；物相结构分析采用日本理学D/max2550VB+型18kW转靶X射线衍射仪(CuK琢,姿=0.1 …… 此处隐藏：8576字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……