1925年時,德國化學家約翰勃姆首次發現了勃姆石,這一推測在1927 年時由德拉帕蘭特證實,并隨之將這種礦石正式命名為勃姆石(AlOOH)。經過近100年的發展后,目前勃姆石已經成為了一種非常重要的化工原料,被廣泛應用于多個行業,尤其是鋰電時代來臨后,其工業地位更是得到了顯著提升。
勃姆石粉體與其晶體結構圖
勃姆石的制備方法主要有:溶膠-凝膠法、電化學法、水熱法、蒸汽凝膠轉化法、陽極氧化鋁薄膜法、陰離子競爭法、分子裁剪法、晶種誘導法等。通過不同方法合成的納米勃姆石具有不同的形貌和功能,在應用上也是各顯神通,具體都有什么呢,我們一起來看看。
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勃姆石的應用
最近幾年,勃姆石在鋰電池領域可謂是炙手可熱,皆因其具有成本低、耐熱溫度高、與有機物相容性好、硬度低等優勢,因此在鋰電隔膜上應用廣泛,用作涂層時可提高隔膜的耐熱性,增強隔膜的抗刺穿性——這也是人們最容易了解勃姆石的途徑。
AlOOH陶瓷復合隔膜的掃描電鏡照片及結構示意
不過勃姆石并不止這點本事,除了鋰電池外,憑借優異的性能它在其他領域也同樣有著可觀的潛力,比如說以下這些:
1、制備氧化鋁粉體及陶瓷
納米氧化鋁作為傳統的陶瓷原料,除了耐高溫的特點之外,還具有較高的介電常數、化學穩定性、強絕緣性及良好的抗輻射性等,可廣泛應用于集成電路、半導體器件以及微電子信息等行業中。
氧化鋁粉體
勃姆石被稱為氧化鋁的前驅體,煅燒前后只是晶型的轉變,而產物的形貌保持不變。因此,勃姆石是制備特定形貌氧化鋁的重要前驅體,是制備納米氧化鋁的研究熱點之一。另外,勃姆石也能接著制成氧化鋁陶瓷,如Liang等以片狀納米勃姆石為前驅體制備了氧化鋁陶瓷,其彎曲強度可以達到168 MPa。
2、覆銅板封裝
隨著大規模集成電路技術的發展,覆銅板性能也要求不斷地進行改進與提高,當前覆銅板的技術發展包括高耐熱、無鹵化和薄形化。勃姆石由于阻燃性、填充性好、耐漏電性能好、粒徑小且分布窄等特點,順應了覆銅板技術發展趨勢,因此在高性能覆銅板中的應用前景看好。
3、催化劑的載體
在制備過程中通過控制反應溫度、濃度及p H等條件,可得到不同孔體積、孔結構及比表面積的納米勃姆石。產品在不飽和羰基化合物的加氫、制備富勒烯等工藝上,被視為良好的催化劑載體材料。如朱媛媛等開發了新型的固定化酶載體材料,以鋁酸鈉作為前聚體,采用溶酸-凝膠法制備了紈米勃姆石,并將其作為載體,首次應用于酶的固定化。黃冠等用勃姆石固載四苯基鐵卟啉催化劑,結果顯示可有效重復催化9次,其催化產率可提高近40%。
4、氣凝膠添加劑
二氧化硅氣凝膠是一種孔徑結構中充滿空氣的固態納米材料,具有高孔隙率,小孔徑尺寸,低導熱系數等特點,但缺點是力學性能和高溫性能差。陳凱等將纖維狀納米勃姆石加入到二氧化硅氣凝膠中,結果表明,與空白組相比,當勃姆石摻量為5%時,氣凝膠壓縮強度從0.4 MPa增加到1.5 MPa,當勃姆石摻量增加到20%時,復合氣凝膠壓縮強度達到4.1 MPa,壓縮強度明顯提升。
氣凝膠
5、增強水泥性能
納米勃姆石不僅可以作用于陶瓷、氣凝膠等材料中,提高復合材料的力學性能,還可以加入到水泥中,提高水泥漿體的力學性能。如Zhu等研究了顆粒狀納米勃姆石對粉煤灰水泥的影響,結果表明,與空白組相比當勃姆石摻量為0.25%時,粉煤灰水泥的1 d抗壓強度可以提高57%。同樣的,馮玉潔等將顆粒狀納米勃姆石加入到礦渣硅酸鹽水泥中,與空白組相比,當勃姆石摻量為0.6%時,水泥的抗壓強度最大可以提高18.4%。
與空白組相比,勃姆石的加入有效增加了水泥水化產物的生成,提高了漿體的致密程度
6、人造大理石、瑪瑙的填充料
當今人造大理石、瑪瑙等人工寶石已是尋常百姓的耐用消費品,對產品質量也是要求越來越嚴格。其中,人工大理石中需添加超過一半的填料,而勃姆石由于具有和聚脂樹脂極接近的折光數,可使人造大理石的光見度高,且具有成本低、重量輕,不易脆裂等特點。
7、造紙填料
造紙填料是指加入紙漿內的一些基本不溶于水的固體微粒,加入的目的是為了改善紙張的不透明度、亮度、平滑度、印刷適應性(如提高吸收性、吸墨性)、柔軟性、均勻性和尺寸穩定性。納米勃姆石作為高級紙張,如畫報紙、鈔票紙、照相紙和高級字典紙等充填料,具有比前述各種填料更多的優越性。
資料來源:
納米勃姆石粉體的制備與應用研究進展,盧楊,郝春來,戴晨晨,王復棟,李振,王晶。
勃姆石制備過程與機理研究,車洪生,謝庚彪,劉現民,蘇靜波。
片狀納米勃姆石對水泥力學及微觀性能的影響,朱建平,朱麗飛,馮春花,闕永博,宋薇茵,張文艷,楊闊。
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