CN102476828A - 利用羽绒作为模板制备氧化锆隔热材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明利用羽绒作为模板制备氧化锆隔热材料的方法,属于材料科学领域,以天然羽绒为制备模板,以硝酸锆溶液为浸渍剂,制备保持羽绒树状分支结构的氧化锆隔热材料,其步骤为:配制浓度为5~10%的硝酸锆(Zr(NO3)4)溶液;采用浸泡的方法,将羽绒浸入Zr(NO3)4溶液5分钟~48小时;将浸渍有Zr(NO3)4溶液的羽绒在烘箱中50~100℃范围内干燥3~48小时;将干燥的羽绒置于烧结炉中600~1000℃范围内烧结,即制得具有羽绒原有树状分支结构形态的氧化锆(ZrO2)隔热材料。本发明工艺简单,所得ZrO2具有羽绒原有树状分支结构,具有优异的隔热效果和广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于一种制备氧化锆隔热材料的方法,特别是一种利用鸟类羽绒制备氧化锆隔热材料的方法。
背景技术
随着材料制备技术的不断发展,利用动植物材料为模板制备新型材料备受研究者关注。鸟类羽绒结构呈现出一种树状分支构造,每一根羽绒纤维以绒丝作为主干,绒小枝分布于绒丝周围作为分支,绒小枝上又分布着大小不同的丫形和三角形螯合物。这种结构可含蓄大量静止空气,而空气是热的不良导体,因此此结构对羽绒具有优异的隔热性能起到重要作用。从化学成分来看,羽绒属于蛋白质类纤维,主要由氨基酸组成。氧化锆(ZrO2)是一种重要的工业产品,其中纤维状ZrO2主要用于隔热保温材料,如可用于航空器、航天器绝热部件,电池隔膜,各种加热炉、等静压炉、保温均热炉炉衬,原子能反应堆隔热材料等。传统的ZrO2纤维制备方法较多,如可用浸渍法、混合法、溶胶-凝胶法等制得。通过传统方法制得的纤维呈丝状,纤维表面光滑无分叉物,构造比较简单。这些纤维堆积在一起虽然具有较好的保温性能,但其构造形貌却不利于锁定空气和获得优异的绝热性能。目前很少有人研究其他形貌的ZrO2隔热材料的性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种成本低廉、工艺简单、操作简便、制成品性能优良的利用羽绒作为模板制备氧化锆隔热材料的方法。
实现本发明目的的技术解决方案为:一种利用羽绒作为模板制备氧化锆隔热材料的方法,步骤如下:
(1)以硝酸锆Zr(NO3)4为原料配制Zr(NO3)4溶液;
(2)将羽绒浸入Zr(NO3)4溶液浸泡;
(3)将浸渍有Zr(NO3)4溶液的羽绒在烘箱中烘烤干燥;
(4)将经步骤三干燥的羽绒置于烧结炉中烧结,即制得具有羽绒原有树状分支结构形态的ZrO2隔热材料。
本发明与现有技术相比,其显著优点:工艺简单,所需制备温度较低,所制备的ZrO2具有羽绒原有树状分支结构,此结构有利于含蓄大量静止空气,可有效发挥ZrO2的隔热作用,具有广阔的研究和应用前景。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1是本发明中利用羽绒作模板制得的ZrO2隔热材料的微观形貌图。
图2是测得的羽绒状ZrO2与传统纤维状ZrO2导热系数的比较图。
具体实施方式
本发明利用羽绒作为模板制备氧化锆隔热材料的方法,步骤如下:
(1)以硝酸锆Zr(NO3)4为原料配制Zr(NO3)4溶液;硝酸锆(Zr(NO3)4)溶液的质量浓度为5~10%。
(2)将羽绒浸入Zr(NO3)4溶液浸泡;羽绒为鸭绒、鹅绒、野鸭绒或天鹅绒,浸泡羽绒的时间为5分钟~48小时。
(3)将浸渍有Zr(NO3)4溶液的羽绒在烘箱中烘烤干燥;羽绒在烘箱中的烘烤温度为50~100℃,干燥时间为3~48小时。
(4)将经步骤三干燥的羽绒置于烧结炉中烧结,即制得具有羽绒原有树状分支结构形态的ZrO2隔热材料。其中,干燥羽绒在烧结炉中的烧结温度为600~1000℃。
本发明利用羽绒作为模板制备氧化锆隔热材料的方法的原理为:羽绒经Zr(NO3)4溶液浸泡并烘干后,Zr(NO3)4溶质会均匀包裹于羽绒表面;包裹有Zr(NO3)4的羽绒在加热过程中,Zr(NO3)4会首先发生分解反应并在羽绒表面形成均匀的ZrO2,而羽绒在随后的升温过程中被烧蚀,从而可获得保持羽绒天然树枝状构造的ZrO2隔热材料。
实施例1
配制质量百分比浓度为5%Zr(NO3)4溶液,将干燥后的羽绒浸泡在溶液中5分钟,并加以轻微搅拌,达到加速溶液在羽绒中的分散速度的目的,将浸泡后的羽绒在滤网中挤除多余溶液,然后放入干燥箱中在50℃温度范围内干燥48小时,将干燥后的羽绒置于坩埚中,在电炉中600℃温度下烧结氧化,制得羽绒状ZrO2隔热材料。制得的ZrO2微观形貌的扫描电镜照片如图1所示,由图可见,该材料保持了羽绒的树枝状构造。测得的该羽绒状ZrO2与传统纤维状ZrO2导热系数如图2所示,由图可见,羽绒状ZrO2(5%溶液,600℃烧结)的导热系数明显低于传统纤维状ZrO2,说明具有更好的隔热效果。
实施例2
配制质量百分比浓度为10%Zr(NO3)4溶液,将干燥后的羽绒浸泡在溶液中48小时,并加以轻微搅拌,达到加速溶液在羽绒中的分散速度的目的,将浸泡后的羽绒在滤网中挤除多余溶液,然后放入干燥箱中在100℃温度范围内干燥3小时,将干燥后的羽绒置于坩埚中,在电炉中1000℃温度下烧结氧化,制得羽绒状ZrO2隔热材料。测得的该羽绒状ZrO2与传统纤维状ZrO2导热系数如图2所示,由图可见,羽绒状ZrO2(10%溶液,1000℃烧结)的导热系数明显低于传统纤维状ZrO2,说明具有更好的隔热效果。
实施例3
配制质量百分比浓度为7%Zr(NO3)4溶液,将干燥后的羽绒浸泡在溶液中24小时,并加以轻微搅拌,达到加速溶液在羽绒中的分散速度的目的,将浸泡后的羽绒在滤网中挤除多余溶液,然后放入干燥箱中在75℃温度范围内干燥25小时,将干燥后的羽绒置于坩埚中,在电炉中800℃温度下烧结氧化,制得羽绒状ZrO2隔热材料。测得的该羽绒状ZrO2与传统纤维状ZrO2导热系数如图2所示,由图可见,羽绒状ZrO2(7%溶液,800℃烧结)的导热系数明显低于传统纤维状ZrO2,说明具有更好的隔热效果。
Claims (5)
1.一种利用羽绒作为模板制备氧化锆隔热材料的方法,其特征在于步骤如下:
(1)以硝酸锆Zr(NO3)4为原料配制Zr(NO3)4溶液;
(2)将羽绒浸入Zr(NO3)4溶液浸泡;
(3)将浸渍有Zr(NO3)4溶液的羽绒在烘箱中烘烤干燥;
(4)将经步骤三干燥的羽绒置于烧结炉中烧结,即制得具有羽绒原有树状分支结构形态的ZrO2隔热材料。
2.根据权利要求1所述的利用羽绒作为模板制备氧化锆隔热材料的方法,其特征在于:在步骤(1)中,硝酸锆(Zr(NO3)4)溶液的质量浓度为5~10%。
3.根据权利要求1所述的利用羽绒作为模板制备氧化锆隔热材料的方法,其特征在于:在步骤(2)中,羽绒为鸭绒、鹅绒、野鸭绒或天鹅绒,浸泡羽绒的时间为5分钟~48小时。
4.根据权利要求1所述的利用羽绒作为模板制备氧化锆隔热材料的方法,其特征在于:在步骤(3)中,羽绒在烘箱中的烘烤温度为50~100℃,干燥时间为3~48小时。
5.根据权利要求1所述的利用羽绒作为模板制备氧化锆隔热材料的方法,其特征在于:在步骤(4)中,干燥羽绒在烧结炉中的烧结温度为600~1000℃。
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