低溫燃燒合成超細粉體實驗_百替生物

1、設(shè)計綜合實驗六低溫燃燒合成超細粉體實驗一、實驗?zāi)康?. 了解低溫燃燒合成超細粉體的原理及方法2. 熟悉 sol-gel 的制備過程二、實驗原理低溫燃燒合成 (LCS是相對于自蔓延高溫合成 (SHS而提出的一種新型材料制備技術(shù),其主要過程 是將可溶性金屬鹽 (主要是硝酸鹽 與燃料 (如尿素、檸檬酸、氨基乙酸等 溶入水中,然后將溶液迅速加 熱直至溶液發(fā)生沸騰、濃縮、冒煙和起火,整個燃燒過程可在數(shù)分鐘內(nèi)結(jié)束。其產(chǎn)物為疏松的氧化物 粉體。 LCS 初始點火溫度低,且能在分子水平上混合前驅(qū)體液各組分,可合成用 SHS 技術(shù)難以合成的 多組元納米級氧化粉體,因此近年來得到了廣泛的重視。LCS 技術(shù)基于氧化

2、-還原反應(yīng)原理,其中硝酸鹽 (硝酸根離子 為氧化劑;同時,溶液中有機燃料 還充當(dāng)了絡(luò)合劑的作用,有效地保證了各相組元發(fā)生外爆炸式的氧化還原熱反應(yīng),產(chǎn)生的大量熱量促 使產(chǎn)物以晶相形成,產(chǎn)生的大量氣體使得產(chǎn)物存在大量的氣孔,最終有利于高潔性納米粉體的形成。 本實驗是采用檸檬酸鹽法制備 sol-gel ,從而得到的 gel 進行 LCS 反應(yīng)。溶膠 -凝膠(sol-gel 法合成工藝的基本理論溶膠凝膠法是 20世紀 60年代發(fā)展起來的一種制備玻璃、陶瓷等無機材料的新工藝。其基本原 理是:將金屬醇鹽或無機鹽經(jīng)過水解形成溶膠,或經(jīng)過解凝形成溶膠,然后使溶質(zhì)聚合凝膠化,再將 凝膠干燥、焙燒,去除有機成分,

3、最后得到無機材料。溶膠凝膠法包括以下幾個步驟:第一步為溶膠的制備第二步為凝膠化第三步為凝膠的干燥檸檬酸鹽法實質(zhì)上是金屬螯合凝膠法,其基本過程是在制備前驅(qū)液時加入螯合劑,如檸檬酸或 EDTA ,通過可溶性螯合物的形成減少前驅(qū)液中的自由離子,通過一系列實驗條件,如溶液的 PH 值、 溫度和濃度的控制,移去溶劑后形成凝膠。但檸檬酸作為絡(luò)合劑并不適合所有金屬離子,且所形成的 絡(luò)合物凝膠相當(dāng)易潮解。無機鹽在水中的化學(xué)現(xiàn)象很復(fù)雜, 可通過水解和縮聚反應(yīng)生成許多分子產(chǎn)物。 根據(jù)水解程度的不同, 金屬陽離子可能與三種配位體(H 2O 、 (OH -和(O 2-結(jié)合。決定水解程度的重要因素包括陽離子 的電價和溶

4、液的 PH 值。水解后的產(chǎn)物通過羥基橋(M-OH-M 或氧橋(M-O-M 發(fā)生縮聚進而聚合。 但許多情況下水解反應(yīng)比縮聚反應(yīng)快得多,往往形成沉淀而無法形成穩(wěn)定的凝膠。成功合成穩(wěn)定的凝膠的關(guān)鍵是要減慢水或水 -氫氧絡(luò)物的水解率, 制備出穩(wěn)定的前驅(qū)體液。 在溶液 中加入有機螯合劑 A m-替換金屬水化物中的配位水分子,生成新的前驅(qū)體液,其化學(xué)活性得到顯著的 改變 .三、實驗藥品及儀器實驗藥品:檸檬酸 , C 6H 8O 7H 2O ; 氨水 , NH 4OH ;硝酸 , HNO 3; 硝酸錳溶液 , Mn(NO3 2; 硝酸鍶 , Sr(NO3 2; 去 離子水 , H 2O ; 氧化鑭 , La

5、 2O 3實驗儀器:燒杯若干;量筒若干;分析天平;滴管;磁力攪拌器;蒸發(fā)皿;烘箱;馬弗爐四、實驗過程La 1-X Sr X MnO 3是一種具有類鈣鈦礦型晶體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜金屬氧化物,作為一個新興的巨磁電阻材料 體系,其蘊涵的理論背景及應(yīng)用前景受到學(xué)術(shù)界的廣泛重視。樣品制備的流程圖如圖 1所示: 圖 1LSMO 粉末的制備工藝流程圖具體步驟如下:(1 配料計算:溶膠 -凝膠法所需原料均為硝酸鹽,有的硝酸鹽不能直接得到,就用他的氧化物溶于稀硝酸得到, 有的硝酸鹽易潮解,使用前預(yù)先去除里面的水分,但注意不要損失硝酸鹽本身帶的結(jié)晶水。實 驗 所 制 物 質(zhì) 為 La 1-X Sr X MnO 3, (x

6、 取 值 分 別 為 0.1, 0.2, 0.3, 0.35, 0.4 , 則 摩 爾 比 La:Sr:Mn=(1-x:x:1,通過此按化學(xué)計量計算實驗中所需藥品的質(zhì)量。(2制備混合溶液:a. 溶解 :(將上述藥品溶解。 La 2O 3為白色粉末,用稀硝酸溶解制備,其中去離子水與濃硝酸的體積比 為 4:1,用酸式滴定管逐滴滴入,至 La 2O 3完全溶解,直至形成無色透明溶液。 (ii 將白色小顆粒 狀 Sr(NO3 2用去離子水溶解,形成無色透明溶液。 (iii 量取適量 Mn(NO3 2淡紅色溶液備用。 b. 混合 :將 Mn(NO3 2與 Sr(NO3 2溶液用緩慢加入到 La 2(NO

7、 3 3的混合溶液中,使反應(yīng)完全而均勻。 (3溶膠的制備a .檸檬酸的加入:按照硝酸鹽混合液中金屬離子總摩爾數(shù)與檸檬酸分子摩爾數(shù)之比為 1:1.1稱量 所需檸檬酸。微 加熱使檸檬酸全部溶解,配置成所需的檸檬酸溶液。將配制好的檸檬酸溶液用酸式滴定管逐滴滴入放置在磁力攪拌器攪拌的混合液中, 控制滴定速度為 每秒 2滴,即控制反應(yīng)速度。d. 溶膠的制備為使絡(luò)合反應(yīng)進行完全,使混合溶液的濃度趨于一致,形成均勻的溶膠。將配置的混合液靜置 24小時。將靜置后的混合液放在磁力攪拌器上邊攪拌邊加熱, 溫度為 50-70, 讓水分緩慢蒸干, 溶膠的濃 度逐漸加大。(4凝膠的制備:將上述溶膠放入烘箱中烘 24小時,箱內(nèi)溫度為 50-80,制成淡黃色凝膠。(5凝膠粉的熱處理:將上述得到的凝膠放在瓷蒸發(fā)皿里,置于電爐上加熱,約十分鐘后凝膠干粉自燃燒,燃燒后為黑 色粉末。為使燃燒充分, 又將燃燒后的余