一种金属氧化物复合材料及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于复合材料制备领域，具体涉及一种金属氧化物复合材料及其制备方法 与应用。
【背景技术】
[0002] 随着纳米技术的发展，二元或多元纳米复合材料因其特殊的组成结构越来越多的 引起人们的广泛关注，纳米复合材料不仅具有本体一元纳米材料的基本性能而且具有一元 本体纳米材料所不具有的一些性能。从某种意义上说，纳米复合材料的研宄势必会把纳米 科技推向一个新的层次，三维自组装纳米材料相比于低维材料，具有截然不同的性能，因此 也就具有新颖的应用。现有文献报道，大多是制备一元本体三维纳米材料，鲜有二元甚至多 元三维复合纳米材料的制备，三维复合纳米材料的制备，最好是在一元纳米材料制备基础 上引入第二种纳米材料，同步原位的形成最终的复合材料。在以往的报道中，合成的复合材 料往往是方法复杂、合成过程中需要特殊的仪器、毒性大、耗能大、形貌不规则等缺点。因此 发展一条环保、廉价、有效的方法来合成三维二元纳米金属氧化物，并通过简单调控就能最 终获得不同掺杂比例的纳米复合材料是十分必要的。
[0003] 硅橡胶具有优异的耐热性，广泛应用于航空航天等高技术领域，但随着科技进步， 这些领域对硅橡胶的耐热性提出了更高的要求。添加抗氧剂改善硅橡胶热性能的方法实 用、简便，是提高其热性能的重要途径。最常用的抗氧剂是以氧化铁为代表的金属氧化物及 其衍生物。在单一氧化铁基础上引入第二元素，因蜇合效应会比单一氧化铁在硅橡胶中起 到的作用好，但如何用一种简便的方法合成出含铁的二元纳米金属氧化物，并将其应用到 娃橡胶，以提高其耐热性能，仍需进一步的研宄。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种金属氧化物复合材料及其制备方法。
[0005] 本发明所提供的金属氧化物复合材料具备如下特点：1)粉体材料，粒径为 500nm-lym;2)形状为三维花状结构，表面为纳米颗粒组成的多孔结构；3)由氧化铁和金 属氧化物A组成，其中，所述金属氧化物A为氧化铟、氧化锡、氧化铜、氧化铈、氧化锌、氧化 锰、氧化镧、氧化镁、氧化钛、氧化锆和氧化铝中的任一种，所述氧化铁和氧化物A的摩尔比 为 1 : (0· 05-0. 5)。
[0006] 本发明所提供的金属氧化物复合材料由下述制备方法制备得到。
[0007] 本发明所提供的金属氧化物复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0008] 1)制备复合金属氧化物前驱体混合液：将可溶性铁盐、可溶性非铁金属盐、酸吸 收剂和保护剂于有机溶剂中进行反应，得到复合金属氧化物前驱体混合液；
[0009] 2)制备金属氧化物复合材料：对所述复合金属氧化物前驱体混合液离心得到沉 淀物，并对沉淀物进行热处理，得到所述金属氧化物复合材料。
[0010] 上述制备方法中，步骤1)中，所述可溶性铁盐具体可为硝酸铁、氯化铁、硝 酸铁的水合物和氯化铁的水合物中的至少一种，其中，所述硝酸铁的水合物具体可为 Fe(NO3)3 · 9H20,所述氯化铁的水合物具体可为FeCl3 · 6H20。
[0011] 所述可溶性非铁金属盐具体可为 InCl3、SnCl4、CuCl2、Ce (NO3) 3、ZnCl2、Mn (NO3) 2、 La (NO3) 3、MgCl2、TiCl4、ZrCl4和 AlCl 3中的任一种。
[0012] 所述酸吸收剂具体可为尿素、醋酸钠、碳酸氢钠、碳酸钠和氢氧化钠中的至少一 种。
[0013] 所述保护剂为聚乙二醇、四丁基溴化铵、四丁基氢氧化铵、四丁基氯化铵、丙烯酰 胺和葡萄糖中的至少一种。
[0014] 所述可溶性铁盐、所述可溶性非铁金属盐、所述保护剂和所述酸吸收剂的摩尔比 为 1:(0· 05-0.5) :(3-20):(3-20)。
[0015] 所述反应的反应温度为180°C _260°C，反应时间为30-360min。
[0016] 所述有机溶剂为多羟基醇，所述多羟基醇具体可为乙二醇、丙三醇、1. 2丙二醇和 1. 4 丁二醇中的至少一种。
[0017] 上述制备方法中，步骤2)中，所述热处理的条件如下：热处理的温度为 300°C _600°C，热处理的时间为3-6h，升温速率为20-50°C /min。具体可以20-50°C /min的 升温速率从室温（25°C )升至450°C，并于此温度下热处理3-6h。
[0018] 所述热处理之前，还包括将所述沉淀物于50°C -100°C下干燥10_24h得到复合金 属氧化物前驱体的步骤。
[0019] 所述金属氧化物复合材料为二元纳米复合金属氧化物。
[0020] 此外，本发明所制备得到的金属氧化物复合材料在作为耐热性添加剂中的应用也 属于本发明的保护范围。
[0021] 上述应用中，所述耐热性添加剂具体可为添加到到硅橡胶中的耐热性添加剂。
[0022] 与添加到硅橡胶中的单一氧化铁相比，通过将金属氧化物复合材料添加到硅橡胶 中，能够有效地提高硅橡胶耐热性能，能广泛应用于硅橡胶耐热领域。
[0023] 与其他现有制备技术相比，本发明所采用的方法具有如下特点：
[0024] (1)采用廉价无毒的金属盐，廉价的酸吸收剂和保护剂，反应条件容易，后处理简 单，故具有环保，易于操作、便于规模化生产不同比例，不同铁基二元复合金属氧化物的优 点。
[0025] (2)前驱体只需在高温灼烧即可转化为复合纳米氧化物，灼烧前后形貌基本不变， 无需复杂的转化过程。
[0026] (3)所得到的复合金属氧化物纳米材料比表面积大，表面多空。
[0027] (4)在硅橡胶耐热性考察中，金属氧化物复合材料可有效地提高硅橡胶耐热性能。
【附图说明】
[0028] 图1为实施例1中制备的铁铟复合金属氧化物的扫描电镜照片。
[0029] 图2为实施例6中制备的铁锡复合金属氧化物的扫描电镜照片。
[0030] 图3为分别添加实施例1、6制备的复合金属氧化物的硅橡胶在氮气气氛下的TG 曲线。
[0031]图4为实施例1中制备的铁铟复合金属氧化物的孔径分布图。
[0032] 图5为实施例1中制备的铁铟复合金属氧化物的孔径分布图。
【具体实施方式】
[0033] 下面通过具体实施例对本发明的方法进行说明，但本发明并不局限于此，凡在本 发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范 围之内。
[0034] 下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如 无特殊说明，均可从商业途径获得。
[0035] 下述所述试剂均购自北京化学试剂厂。
[0036] 实施例1、制备金属氧化物复合材料：
[0037] 1)制备复合金属氧化物前驱体混合液：依次将FeCl3(0. 006mol)、 InCl3 (0.0015mol)、四丁基溴化按（0.06mol)和尿素（0.06mol)加入到180ml的乙二醇中， 搅拌使溶液澄清，然后升温加热到240°C，持续4h ;
[0038] 2)制备金属氧化物复合材料：待温度降至到室温后，用乙醇离心洗涤5次，100°C 下干燥20h。把干燥好的粉体放入马弗炉中以25°C /min升温速率升温至450°C并恒温保 持4h。冷却后得到花状铁铟纳米复合金属氧化物。所得到的铁铟纳米复合金属氧化物的形 貌如图1所示，从图1可知：其形貌为三维花状结构，表面为纳米颗粒组成的多孔结构；铁 铟纳米复合金属氧化物的粒径为500nm。利用ICP-AES(电感耦合等离子体原子发射光谱 法）测定最终产物中金属元素的摩尔比例，得知：铁铟纳米复合金属氧化物中氧化铁和氧 化铟的摩尔比为4:1，通过比表面积测试，得到复合金属氧化物的比表面积的测结果如图4 所示，从图4可得知：纳米复合材料孔径大部分分布在8-40nm，比表面积为29m 2 · g'
[0039] 实施例2、制备金属氧化物复合材料：
[0040] 1)制备复合金属氧化物前驱体混合液：依次将FeCl3(0. 006mol)、 InCl3 (0. 0005mol)、四丁基氯化铵（0. 03mol)和碳酸钠（0. 054mol)加入到 180ml 的 I. 2 丙 二醇溶液中，搅拌使溶液澄清，然后升温加热到250 °C，持续5h ;
[0041] 2)制备金属氧化物复合材料：待温度降至到室温后，用乙醇离心洗涤5次，100°C 下干燥20h。把干燥好的粉体放入马弗炉中以25°C /min升温速率升温至450°C并恒温保持 4h。