冷凍干燥技術(shù)制備超細(xì)鎳粉及其機(jī)理研究.pdf

1、超細(xì)鎳粉在催化劑、磁性材料、燒結(jié)活化劑、導(dǎo)電漿料、電池材料、硬質(zhì)合金粘結(jié)劑等方面具有廣闊的應(yīng)用前景，已成為國內(nèi)外新材料研究開發(fā)的熱點(diǎn)之一。近年來，冷凍干燥技術(shù)作為一種與環(huán)境協(xié)調(diào)友好的先進(jìn)的粉末制備技術(shù)飛速發(fā)展。 本論文以分析純NiSO4、NaOH為原料，采用冷凍干燥技術(shù)成功的制備了50nm左右的球狀超細(xì)鎳粉，通過XRD、IR、FESEM、TEM、DSC等材料現(xiàn)代分析手段對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行了分析和表征，研究了超細(xì)鎳粉對(duì)高氯酸銨熱分解的催化

2、活性、前驅(qū)體的形成以及非晶態(tài)金屬鹽到晶態(tài)超細(xì)鎳粉的轉(zhuǎn)變過程。 冷凍干燥前驅(qū)體呈非晶態(tài)，有殘留的結(jié)晶水和氨，表面光滑，形貌主要為片狀和條柱狀，有少量六邊形態(tài)。在還原過程中，超細(xì)鎳粉首先從凍干前驅(qū)體的尖端等比表面能較大的地方析出；隨后前驅(qū)體的棱和表面逐漸析出大量的超細(xì)鎳粉；最后鎳粉顆粒替代整個(gè)前驅(qū)體，得到球狀超細(xì)鎳粉。XRD精確測(cè)定所得超細(xì)鎳粉的晶格常數(shù)為a=0.35288nm，比完整Ni單晶的晶格常數(shù)大，晶格發(fā)生了膨脹。

3、超細(xì)鎳粉對(duì)高氯酸銨熱分解有顯著的催化作用。添加5wt％和10％wt冷凍干燥技術(shù)制備的超細(xì)鎳粉的高氯酸銨，它們的高溫分解放熱峰溫度分別比純的高氯酸銨降低了63K和130K。 建立了快速冷凍條件下溶質(zhì)粒子偏聚模型。認(rèn)為快速冷凍階段包括低溫冷凍和空氣回溫兩個(gè)階段。當(dāng)?shù)蜏乩鋬鰰r(shí)，水以冰的形式凍結(jié)，溶質(zhì)則以鹽的形式析出，形成冰鹽兩相；冰相生長(zhǎng)速率和溶質(zhì)擴(kuò)散速率決定了溶質(zhì)鹽是否發(fā)生大的偏聚?？諝饣販貢r(shí)，非晶冰向晶態(tài)冰轉(zhuǎn)化，細(xì)小微晶粒鹽在冰的

4、結(jié)晶過程中會(huì)偏析到冰相界面，由于冰晶大小和形態(tài)不同導(dǎo)致夾雜在其中的凍干前驅(qū)體呈現(xiàn)不同的形貌。在此模型的基礎(chǔ)上，闡釋了稀溶液中鹽的偏聚與溶液濃度本身無關(guān)，且易于生成六方形態(tài)的前驅(qū)體。 借助傳統(tǒng)的金屬凝固理論和較新的“有序原子集團(tuán)沉積切變機(jī)制”，對(duì)冷凍干燥前驅(qū)體到超細(xì)鎳粉的轉(zhuǎn)變過程給予了解釋。非晶態(tài)前驅(qū)體由于“過冷度”很大，形核率高而核長(zhǎng)大速率相對(duì)較小，從而易形成超細(xì)粒子，另外，前驅(qū)體尖端更接近于非均勻形核，所以一般超細(xì)粒子首先在這