专利名称：氧化镁纳米结构的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种纳米材料制备技术领域的方法，具体是一种采用电弧放电法的氧 化镁纳米结构的制备方法。
背景技术：
纳米氧化镁是一种新型高功能精细无机材料。纳米氧化镁以其特有的力学，光学， 电学和热学等特殊性能，而广泛应用于高级陶瓷材料、电气绝缘材料、医学和航空材料、化 妆品、香粉、油漆、橡胶填充剂、气体吸附剂、催化剂载体等领域，有着广阔的应用前景和巨 大的经济潜力。例如纳米结构的氧化镁具有高活性和高分散性，可以很容易跟高聚物和其 他材料复合，而该复合材料则具有很好的吸波性，同时力学性能也得以改善；纳米氧化镁还 具有抗菌性能；还有，纳米级的氧化镁材料，也具有吸附性能好的优点，可作为吸附剂和催 化剂。而且近几年来，研究者发现氧化镁纳米材料以其特有的力学和光电性能在微系统和 纳系统的构建、纳米器件的制备和连接有着重大的应用潜力。此外，纳米氧化镁形貌多种多 样，如氧化镁纳米管、纳米线、纳米立方、纳米带、纳米棒以及纳米晶须等等。目前，纳米氧化镁制备研究有了很大进展(Y. F. Hao, G. W. Meng, Y. Zhou, et al.Tuning thearchitecture of MgO nanostructures by chemical vapour transport and condensation. Nanotechnology 17 (2006) 5006-5012)，其主要制备方法有气相沉积 法、金属醇盐水解法、溶胶凝胶法等。这些方法一般存在产率低、试验周期长、形貌不可控等 缺点。电弧放电法作为一种有效制备方法，已经在制备纳米材料方面发挥了独特的优势，尤 其是在制备碳纳米管方面。本发明利用电弧放电法制备不同氧化镁纳米结构。由此可以得 到纯度高，产率大，形貌可控的纳米氧化镁材料。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种氧化镁纳米结构的制备方 法。本发明采用电弧放电法(Arc discharging)通过控制氧气含量来控制所制备氧化镁纳 米结构的形貌，具有纯度高、在不同制备条件下获得的产物形貌较为单一以及产率大等优 点。为纳米氧化镁更深层次的应用打下了基础。本发明是通过以下技术方案实现本发明方法为以填充有单质镁的石墨坩埚为阳极，并将其放置于充有缓冲气体 和空气的电弧室内与阴极进行电弧放电，即可制得氧化镁纳米结构。所述的单质镁为镁粉、镁带等。所述的缓冲气体为氩气、氦气、氮气的一种。所述的缓冲气体的压力为IOkPa 20kPa。所述的空气的压力为0. 5kPa 20kPa。所述的放电电压范围为30 80V，放电电流范围是60 120A。所述氧化镁纳米结构为纳米线、四角状纳米结构和纳米立方体。
与现有技术相比。本发明的优越性在于采用电弧放电法大量制备形貌可控的纳 米氧化镁，工艺简单、试验周期短，产率高，便于大规模推广与应用。
图1为实施例一所制备的氧化镁纳米线的扫描电镜(SEM)照片；图2为实施例二所制备的氧化镁纳米立方体的扫描电镜(SEM)照片；图3为实施例三所制备的四角状氧化镁纳米结构的扫描电镜(SEM)照片；图4为氧化镁纳米结构的X射线衍射(XRD)曲线示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施例详细说明，所有实施例都是在本发明技术方案为 前提下进行实施，给出了详细实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下 述的实施例。实施例1将99. 5%的镁粉放入石墨坩埚中作为阳极。然后将此阳极放置于电弧室与阴极 相对。电弧室先抽真空至50Pa左右，然后依次通入0. 5kPa空气和20kPa氩气。放电电流 为80 85A，放电电压为40 45V，放电时间为10分钟。所指得的产物为氧化镁纳米线， 形貌如图1所示。实施例2将99. 5%的镁带剪碎放入石墨坩埚中作为阳极。然后将此阳极放置于电弧室与 阴极相对。电弧室先抽真空至50Pa左右，然后依次通IOkPa空气和IOkPa氩气。放电电流 为110 120A，放电电压为75 80V，放电时间为4分钟。所指得的产物为氧化镁纳米立 方体，形貌如图2所示。实施例3将99. 5%的镁粉放入石墨坩埚中作为阳极。然后将其放入电弧室内与阴极相对。 电弧室先抽真空至50Pa左右，然后依次通入2kPa空气和18kPa氦气。放电电流为90 95A，放电电压为45 50V，放电时间为5分钟。所指得的产物为四角状氧化镁纳米结构，如 附图三所示。实施例4将99. 5%的镁带剪碎后放入石墨坩埚中作为阳极。然后将其放入电弧室内与阴极 相对。电弧室先抽真空至50Pa左右，然后依次通入IkPa空气和20kPa氮气。放电电流为 60 65A，放电电压为30 35V，放电时间为8分钟。所指得的产物为氧化镁纳米线。
权利要求
一种氧化镁纳米结构的制备方法，其特征在于，以填充有单质镁的石墨坩埚为阳极，并将其放置于充有缓冲气体和空气的电弧室内与阴极进行电弧放电，即可制得氧化镁纳米结构。
2.根据权利要求1所述的氧化镁纳米结构的制备方法，其特征是，所述的单质镁为镁 粉、镁带。
3.根据权利要求1所述的氧化镁纳米结构的制备方法，其特征是，所述的缓冲气体为 氩气、氦气、氮气的一种。
4.根据权利要求1所述的氧化镁纳米结构的制备方法，其特征是，所述的缓冲气体的 压力为IOkPa 20kPa。
5.根据权利要求1所述的氧化镁纳米结构的制备方法，其特征是，所述的空气的压力 为 0. 5kPa 20kPa。
6.根据权利要求1所述的氧化镁纳米结构的制备方法，其特征是，所述的放电电压范 围为30 80V，放电电流范围是60 120A。
7.根据权利要求1所述的氧化镁纳米结构的制备方法，其特征是，所述氧化镁纳米结 构为纳米线、四角状纳米结构和纳米立方体。
全文摘要
一种纳米材料制备技术领域的氧化镁纳米结构的制备方法。制备方法为以单质镁放入石墨坩埚中作为阳极，在充有缓冲气体和空气的电弧室内与阴极发生电弧放电，通过改变空气含量即可制得不同形貌的氧化镁纳米结构。发明采用电弧放电法通过控制氧气含量来控制所制备氧化镁纳米结构的形貌，具有实验周期短、纯度高，形貌可控等优点，在不同制备条件下获得的产物形貌较为单一以及产率大等优点。为纳米氧化镁更深层次的应用打下了基础。
文档编号B82B3/00GK101898774SQ20101025242
公开日2010年12月1日 申请日期2010年8月13日 优先权日2010年8月13日
发明者周鹏, 张亚非, 苏言杰, 魏浩 申请人:上海交通大学