纳米氧化铝的应用研究

纳米科学与技术是21世纪的三大高科技之一，纳米科学与技术将对其他学科、产业和社会产生深远的影响。所谓纳米材料，一般指尺寸从1~100nm之间，处于原子团簇和宏观物体交接区域内的粒子。

纳米氧化铝除了具备普通氧化铝高硬度、高强度、耐腐蚀、抗磨损、耐高温、高绝缘性、高抗氧化性等许多优良的特性以外，凭借强的体积效应、量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，比普通氧化铝有着更为优异的物理化学特性。同时，纳米氧化铝还与橡胶、塑料等具有良好的相容性，故在航天、国防、化工、微电子等众多领域都有着重要应用，成为当今社会不可或缺的功能材料和结构材料。

陶瓷材料

氧化铝陶瓷在力学、耐高温和化学稳定性等方面具有良好的综合性能，是目前世界上应用最为广泛的陶瓷材料之一，纳米级的氧化铝可以提高材料的强度、韧性和超塑性，并使材料的性能得到大大的改善。

此外，在其他陶瓷基体中加入少量的纳米级氧化铝，可以使材料的力学性能得到成倍的提高，同时降低烧结温度。如在ZrO2陶瓷中添加一定量高弹性模量和高硬度的Al2O3可抑制微裂纹的生长及串接，对基体强度有益。纳米氧化铝常作为许多结构材料的弥散相，以增强基体材料的强度。当弥散相含量一定时，粒子越小，粒子数就越多，而粒子间距也就越小，对材料屈服强度的提高就越有利。因此，纳米氧化铝在复合陶瓷材料中具有广阔的应用前景。

催化剂及其载体

氧化铝载体是指白色粉末状或已成型的氧化铝固体，是一类使用最广泛的催化剂载体，约占工业上负载型催化剂的70%。氧化铝作为催化剂载体，因其多孔，具有高比表面积，硬度好，耐磨，化学性质稳定，能够将一些活性物质组分分散于其表面和孔中，已广泛应用于石油加工，催化裂化，异丁烷氧化脱氢制异丁稀和丁二稀的制备等方面。

材料表面防护

纳米Al2O3有良好的化学稳定性和相对较强的吸附能力，与各种基体具有良好的亲和能力。纳米氧化铝基涂料可在多种金属及陶瓷材料表面形成结合相对牢固和致密的防护涂层，涂层有效止焊及防护高温，涂层具有良好的易去除性，对所涂敷器件无不利影响；同时利用氧化铝的熔点高、硬度高、耐磨性能好等优点也可提高表面的硬度、耐腐性、耐磨性，可用于机械、刀具、化工管道等表面防护；纳米Al2O3具有优良的抗原子氧剥蚀能力，用在有机涂料中，能明显提高涂料的抗氧化性，且在涂层遇到冷热交变的环境中可以传递应力从而降低裂纹的产生。

聚合物改性

由于纳米氧化铝在近些年来发展迅速，人们用其对不同聚合物（如水性聚氨酯、聚丙烯、线性低密度聚乙烯、环氧树脂、聚四氟乙烯等）进行改性，以满足使用要求。

吸附材料

徐伟明等对除甲醛活性剂改性过的活性氧化铝进行测试，结果表明其净化效能超过了活性炭。氧化铝材料来源广，成本低，加工工艺简单，可以量产用于除甲醛。王梦凡等把氧化铝分散液通过悬浮粒子浸涂法浸涂到蜂窝陶瓷基体上，烧结后得到超滤氧化铝薄膜，可用于废水处理等领域。

新能源方向

金属氧化物改性是新能源材料常用的改性手段，李洁等用纳米氧化铝对尖晶石锰酸锂进行包覆改性，结果表明模拟电池在充放电循环过程中容量衰减降低，仅为0.06%/次，性能得到提高。

复合材料

通过对纳米氧化铝材料的耐高温优势探究，相关学者发现其在复合材料制作过程中可以发挥极大的作用。我国相关学者在研究中发现通过纳米氧化铝材料可以制作相应的纳米氧化铝复合膜，其高温电性能、分解湿度以及拉伸强度得到了有效的优化。国外学者通过研究发现，纳米氧化铝填充不饱和聚酯的纳米复合材料，拉伸强度和冲击强度性能较为卓越。

在磨具、研具铸造时，以纳米Al2O3粉体作为变质形核，可显著提高耐磨性。酚醛树脂材料加入5%的纳米Al2O3，酚醛树脂材料的热衰退和耐磨性都有很大的提高。

传感器的应用

国外研究学者在研究过程中发现，采用纳米氧化铝薄膜材料所制作的传感器可以对鼠类所释放的一氧化氮进行有效的检测，可以在实践应用过程中加强对工业生产的一氧化氮检测，实现安全生产。

光学材料

纳米氧化铝对红外有良好的消光作用，可用作纳米隐身涂料、红外消光剂以及红外吸波材料，在抗红外烟幕和红外伪装等军事领域获得广泛应用。纳米Al2O3同时也是优良的抗紫外线吸收剂，在紧凑型荧光灯中加入纳米γ-Al2O3粉体可降低灯管光衰，提高灯管合格率。

小结

在实际应用中，防止纳米氧化铝团聚是一项重要工作。一般可通过改变干燥和洗涤方式、使用超声波、改变沉淀剂、添加表面活性剂等方法实现。随着科学技术的迅猛发展，纳米氧化铝的应用领域会得到更大的拓展，市场需求量也会日益增大，应用前景非常广阔。