木材模板法制备遗态氧化物陶瓷材料的研究.pdfVIP

中国科协第四届优秀博士生学术年会论文集 木材模板法制备遗态氧化物陶瓷材料的研究 刘兆婷范同祥张获 上海交通大学，金属基复合材料国家重点实验室，上海，200030 摘要自然界经亿、万年优化的生物结构具有多层次、多维的本征结构，以此为模板，控制 生物模板材料中的化学反应来合成和复制生物结构，遗传其形态和物理结构，同时变异其化 学组成，可以制备得到既保持自然界生物精细结构、又有人为赋予特性和功能的新型遗态材 料。本文即利用木材模板成功地制备了具有木材多孔结构的氧化铁。氧化镍和氧化锌，保留 了木材从纳米尺度(细胞壁纤维)到毫米尺度(年轮)的原始多孔组织。 关键词材料学；遗态；木材模板；氧化物 前 言 自然界的生物体经过亿万年的进化与演变，各种生物分子通过不同层次的组装，在从微观到宏观的各 个尺度上，自发形成了复杂而又精细的组装体系，实现了各种特殊功能，使它们能适应环境的变化。美国 Sessions)认为：“自然不只是比我们现在想的更复杂，而且它比我们 深层生态学家乔治·塞欣斯(George 任何时候所能想到的都更加复杂。”直到今天，人类还无法通过人工合成的方法获得如此复杂的结构。因 此，生物模板技术就应运而生，其理念就是采用不同的材料将生物体复杂而又巧妙的结构复制下来，以获 得具有特殊结构、特殊性能的生物遗态材料。目前，已有很多生物体被纳入了此类研究范围，比如木材、 稻壳、硅藻土、蝴蝶、贝壳、蛋膜、细菌等，其中木材由于其结构优异、数量大、种类丰富、可再生、成 本低、应用广泛等优点，成为研究较多的一类模板材料【卜61。国内外研究者利用木材模板成功制备得到保 然而大量的研究主要针对含碳陶瓷的制备。是否可以除去木材中的碳，但又完整地保留木材结构，获得木 材模板氧化物遗态材料?目前，国内外对该方向的研究非常少，工艺很不完善，仍然处于探索阶段。本文 就将利用木材作为模板，研究具有木材结构的氧化物陶瓷遗态材料的制备技术。 1 实验方法 在研究木材模板遗态氧化物陶瓷的制备机制的研究中，选用白松和杉木作为模板，它们是典型的针叶 硝酸镍[Ni(N03)26H20】、硝酸锌[Zn(N03)2·6H20]、氨水以及无水乙醇试剂。 的5％稀氨水中煮沸6小时。经过抽提预处理的木材试样用去离子水洗净，并于80。(2烘箱内干燥24小时。 硝酸盐(硝酸铁、硝酸镍和硝酸锌)溶于2：l的体积比配置而成的乙醇一去离子水混合溶剂中，得到 1．8mol／L的硝酸盐前驱体溶液。木材试样浸没于前驱体溶液中，并在60oC烘箱内保温3天，期间添加前 oC下烘干24小时。将样品在氧化烧结 驱体溶液以保证木材始终处于浸没状态。从溶液中取出试样后，60 oc、800。|C、1000 炉中分别以600 oC以及1200qc烧结3小时，并炉冷至室温。 圈I术村模扳氧化物的制备I艺流程圈 radiationinJEOLJnx．3530)对氧化物样品进行物相分析。场发射扫 采用X射线衔射仪(XRD，CuKn ELIONIXERA．8800FE)面扫描进{亍元素分析。 I,I木材模扳遗态FezOs陶瓷 照片，其中的孔结构遗传自杉术管胞的细胞阵列。在样品中，只有O元素和Fe元素被探涮到．其元素分 说明了该样品的多孔结构完全由Fc和O元素组成．原有的木材中的c、H等元素已经通过氧化烧结除去。 匿2杉木模扳经800’C烧蛄所得氧化蚨样目的Ⅲ扫描嘘湃 505 中国科协第四届优秀博士生学术年会论文集 l_l 1木材模扳迫忐Fc20，的物相分析 通过XRD衍射分析．叮以撵测到由Fc、0元素H【成的遗态氧化物村科的物相结壮J。阿3为杉木模板 材原始j垃分(碳等)的存在，取而代之的是六角品掣的a．Fe20，相。胤有的碳元素等通过高温艇化烧结被 完全除去．而术材模扳吸附的i^酸铁前驰体则分解为对戍的氧化铁相。并H，烧结温度的升高使得氧化铁 衍