纳米二氧化锆 用途与合成方法
常规二氧化锆的比表面小、空隙欠发达，限制了其性能的发挥和应用，纳米二氧化锆就克服了这些缺点。纳米二氧化锆化学稳定性高，抗蚀性能优良，具有高熔点、高电阻率、高折射率、低热膨胀系数等性质使它成为重要的耐高温材料，陶瓷绝缘材料等。它正因为具有许多优良性质，近年来吸引了众多国内外学者的目光，并且得到了很好的应用与发展[1］。
图1 纳米二氧化锆微观图
纳米二氧化锆具有抗化学侵蚀和微生物侵蚀的能力，同时具有酸性、碱性、氧化性和还原性的金属氧化物。其分散性好，具有良好的热化学稳定性、高温导电性和较高的强度和韧性，机械、热学、电学、光学性质良好，催化性能也很好。纳米氧化锆粒径小，稳定性强，具有耐酸、耐碱、耐腐蚀、耐高温的优良性能［2］。
一般包括物理法和化学法。物理法主要有喷雾-裂解法、溅射法、等离子体技术等，由于物理法主要用于单质、合金等纳米粒子的制备，故采用物理法制备 ZrO2超细粉在实际生产中应用较少[3]。
1 醇盐水解法
此法是将有机溶液中混合着锆和稳定剂的醇盐进行加水分解的方法。这种方法可以制得微细而高纯度的、易烧结的粉料。Zr(OR)4(R为烷基)一般可溶于乙醇,遇水后很容易分解成乙醇和氧化物或共水化物:
Zr(OR)4+ 4H2O→ Zr(OH)4↓+ 4HOR↑
然后经过过滤、干燥、粉碎、煅烧得到二氧化锆粉体。此法的优点是:①几乎全为一次粒子,团聚很少;②粒子的大小和形状均一;③化学纯度和相结构的单一性好。缺点是原料制备工艺较为复杂,成本较高。
2水解沉淀法
此法是长时间地沸腾锆盐溶液,使水解生成的挥发性酸HCl或HNO3不断蒸发除去,从而使如下水解反应平衡不断向右移（反应过程如下图）:
图2 水解沉淀法制备ZrO2反应方程
然后经过过滤、洗涤、干燥、煅烧等过程制得二氧化锆粉体。工艺流程图如下所示:锆盐溶液→水解沉淀→过滤→洗涤→干燥→煅烧→二氧化锆粉体 1. 耐火材料
2. 陶瓷增韧
3. 固态燃料电池材料
4. 传感器
5. 在电极材料上的应用
6. 装饰材料
纳米二氧化锆的性能特点决定了它有很大的市场价值，已使其在电子、冶金、航天航空、化工、环境、生物及医学等领域显示了广阔的应用场景。纳米二氧化锆在工业合成、催化剂、催化剂载体和特种陶瓷等方面具有较大的应用价值。 ［1］Song Yueqin，Liu Huimin，He Dehua． Effects of hydrothermal conditions of ZrO2 on catalyst properties and catalytic performances of NiZrO2 in the partial oxidation of methane［J］． Energy Fuels， 2010，24: 2817-2824．
［2］凌智钢，唐延林，李涛，等． 外电场下二氧化锆的分子结构及其特性［ J］． 物理学报，2014，63( 2) : 1-6．
[3]阳杰,罗雪婷,吴丽萍,叶青,汪丽梅,杨静,田长安,尹奇异. 纳米二氧化锆的 制备与性能应用研究进展[J]. 应用化工,2014,(09):1694-1696.
图1 纳米二氧化锆微观图
纳米二氧化锆具有抗化学侵蚀和微生物侵蚀的能力，同时具有酸性、碱性、氧化性和还原性的金属氧化物。其分散性好，具有良好的热化学稳定性、高温导电性和较高的强度和韧性，机械、热学、电学、光学性质良好，催化性能也很好。纳米氧化锆粒径小，稳定性强，具有耐酸、耐碱、耐腐蚀、耐高温的优良性能［2］。
一般包括物理法和化学法。物理法主要有喷雾-裂解法、溅射法、等离子体技术等，由于物理法主要用于单质、合金等纳米粒子的制备，故采用物理法制备 ZrO2超细粉在实际生产中应用较少[3]。1 醇盐水解法
此法是将有机溶液中混合着锆和稳定剂的醇盐进行加水分解的方法。这种方法可以制得微细而高纯度的、易烧结的粉料。Zr(OR)4(R为烷基)一般可溶于乙醇,遇水后很容易分解成乙醇和氧化物或共水化物:
Zr(OR)4+ 4H2O→ Zr(OH)4↓+ 4HOR↑
然后经过过滤、干燥、粉碎、煅烧得到二氧化锆粉体。此法的优点是:①几乎全为一次粒子,团聚很少;②粒子的大小和形状均一;③化学纯度和相结构的单一性好。缺点是原料制备工艺较为复杂,成本较高。
2水解沉淀法
此法是长时间地沸腾锆盐溶液,使水解生成的挥发性酸HCl或HNO3不断蒸发除去,从而使如下水解反应平衡不断向右移（反应过程如下图）:
图2 水解沉淀法制备ZrO2反应方程然后经过过滤、洗涤、干燥、煅烧等过程制得二氧化锆粉体。工艺流程图如下所示:锆盐溶液→水解沉淀→过滤→洗涤→干燥→煅烧→二氧化锆粉体 1. 耐火材料
2. 陶瓷增韧
3. 固态燃料电池材料
4. 传感器
5. 在电极材料上的应用
6. 装饰材料
纳米二氧化锆的性能特点决定了它有很大的市场价值，已使其在电子、冶金、航天航空、化工、环境、生物及医学等领域显示了广阔的应用场景。纳米二氧化锆在工业合成、催化剂、催化剂载体和特种陶瓷等方面具有较大的应用价值。 ［1］Song Yueqin，Liu Huimin，He Dehua． Effects of hydrothermal conditions of ZrO2 on catalyst properties and catalytic performances of NiZrO2 in the partial oxidation of methane［J］． Energy Fuels， 2010，24: 2817-2824．
［2］凌智钢，唐延林，李涛，等． 外电场下二氧化锆的分子结构及其特性［ J］． 物理学报，2014，63( 2) : 1-6．
[3]阳杰,罗雪婷,吴丽萍,叶青,汪丽梅,杨静,田长安,尹奇异. 纳米二氧化锆的 制备与性能应用研究进展[J]. 应用化工,2014,(09):1694-1696.
