【会议报告】高性能氧化物粉体的可控制备

氧化物陶瓷具有高硬度、高耐磨性、耐腐蚀等特点，特别是其不存在氧化问题，因而作为一种特殊的结构陶瓷材料而有着广泛的应用。尤其是在当今最火热的半导体领域，氧化物陶瓷有着举足轻重的地位。据了解，半导体设备中会用到大量的精密陶瓷零部件，而这些陶瓷部件能占到半导体设备成本的10%以上，其中氧化铝、氧化锆等氧化物陶瓷是较为常用的精密部件用陶瓷材料。由于应用于高顶尖的精密设备之中，对氧化物陶瓷的综合性能要求也极高，故能否获得高性能的氧化物粉体是一大考验。 溶胶凝胶法 该方法是在醇盐或其它盐类在特定溶剂中通过水解提供氧化物或其前驱体的结构单元，同时未水解的有机基团作为稳定分散剂或封端剂制备氧化物。反应速度的控制是调制纳米氧化物形貌、尺度及其分布的最重要的手段。但该方法反应过程复杂，在反应不同阶段反应物的活性和官能度差异很大，且为动力学控制，所以再现性不好，难以精细优化反应条件。由于试图在同一体系中完成水解、氧化物生成、形貌调制、表面封端和功能化等许多目标，而不同反应阶段的反应产物溶解度变化很大，所以极易发生微相分离，使单分散难以实现。 水热法或溶剂热法 在高温高压体系，通过调制反应条件，形成特定结构和形貌的氧化物纳米材料的合成方法。由于特殊的高温高压条件，体系常发生一些常温常压无法发生的反应，许多溶剂同时又是反应物，也极易形成特殊形貌的氧化物纳米材料。但该法特殊的高温高压条件，工业化大规模生产成本高，同时反应体系较难实现动态在线控制，现有的化学原理和方法无法直接应用。像溶胶凝胶法一样，容易发生团聚而产生相分离，表面修饰和功能化难以精确控制。 微乳液法 依据前驱体值将反应体系通过微乳化，形成油包水或水包油型微乳液，使纳米氧化物形成过程被孤立于一个一个微乳液胶束中，反应通过胶束内的反应条件或胶束间的物质转递而实现精细控制。该方法首要任务就是要通过调节表面活性剂配方和溶剂以形成稳定的微乳液，尽管该过程是自发的，但复杂的表面活性剂配方的调制过程需要长时间的经验积累过程。同时在反应过程中，体系反应物、中间产物以及最终的氧化物的组成、结构和形貌处于变化之中，所以反应过程中乳液的稳定性难以把握。最终产物中大量的表面活性剂的分离也是这一方法较难解决的难题。 化学沉淀法 尽管化学沉淀法是经典而古老的方法，但许多氧化物依然使用该方法实现对组成、大小、形貌和表面性质的精确控制。该法成本低廉、易于在线控制、容易实现大规模生产，可以直接应用现有的化学知识，在溶液中可以实现对氧化物表面的精确修饰。但团聚问题一直是该方法难以解决的技术难题。通过改变溶剂、pH值、反应温度、使用均相沉淀剂、加入分散剂等手段可以在一度程度上减少团聚，但难以从根本上解决。 微波辅助气溶胶法 相比于传统的机械球磨法、液相合成法，微波辅助气溶胶法通过喷雾干燥和热解，产品直接收集，不混入任何杂质，生产过程连续，放大容易，可精确控制粒径，解决了粉体易团聚、单分散性差的问题。 2022年7月13日，中国粉体网将在山东济南举办第一届半导体行业用陶瓷材料技术研讨会，届时，来自武汉工程大学的姜兴茂教授将带来题为《高性能氧化物粉体的可控制备》的报告。届时，姜兴茂教授将围绕纳米氧化物粉体制备方法展开详细介绍。同时，姜兴茂教授还将对其自主开发的独特的糖尿素盐自组装方法进行介绍，该方法可规模化生产高纯且尺寸均匀、粒径可控、分散性好的氧化碲、氧化铝、氧化硅、氧化铈、氧化铟锡钛酸钡、钇铝榴石、碳化硅等纳米颗粒。 专家简介： 姜兴茂，江苏省特聘教授、美国气溶胶研究协会会员、江苏省双创人才、武汉市黄鹤英才及问津人才、美国Lovelace呼吸研究所客座科学家，在德国出版气溶胶英文专著一部，在国际主流期刊发表SCI文章90篇，主编了Journal of Nanomaterials专刊一期，是JACS、Adv.Mater.、J.Phys.Chem.C、Ind.Eng.Chem.Res.、Nanotechnology、Langmuir、Chem.Comm.等七十多家期刊特约审稿人，申报/授权国内外发明专利100多件，已授权美国发明专利10件。获1998年中石化科技进步二等奖，2002年获北美膜科学学会TravelAward，获2011年新墨西哥大学发明奖，获2016年“中国产学研合作创新奖”，现任湖北省新能源材料工程技术中心主任。 参考来源： [1]贾向东.纳米氧化物及其复合材才的制备与应用研究 [2]中国粉体网 （中国粉体网编辑整理/山川） 注：图片非商业用途，存在侵权告知删除