多孔氮化铝微球及其制备方法与流程

本发明涉及陶瓷材料，特别涉及一种多孔氮化铝微球及其制备方法。

背景技术：

1、氮化铝（aln）作为一种先进的无机非金属材料，具有高热导率（理论值可达320w·m-1·k-1）、高电阻率、低介电常数、低热膨胀系数以及优异的化学稳定性等综合性能，在电子封装、光电器件、导热填料等领域得到了广泛关注。

2、与普通氮化铝粉体相比，具有多孔结构的氮化铝微球因其高比表面积、低密度、高渗透性以及独特的孔道限域效应，在多个前沿应用领域展现出独特优势。在热界面材料（tim）领域，多孔结构能够为聚合物基体提供机械互锁锚点和储存余量，改善填料与基体之间的界面结合，降低界面热阻。同时，微球形态赋予了粉体良好的流动性和分散性，有利于在基体材料中实现高填充率，从而构建更高效的导热网络。在催化载体领域，高比表面积的多孔结构提供了丰富的活性位点及锚定位，有利于提高催化剂的分散性和催化效率。在相变储能领域，多孔氮化铝微球及其骨架是构建下一代高性能材料的理想选择。此外，理论研究表明，多孔氮化铝材料因具有适中的氢吸附能且不存在金属修饰碳纳米结构中常见的金属原子团聚问题，在固态储氢领域展现出重要潜力。

3、然而，现有球形氮化铝制备方法所生产的产物多为致密粉体，比表面积较低，内部孔结构不易控制。喷雾造粒法（如cn202311836763.5）虽可获得球形粉体，但所得产物在烧结后孔隙率极低。此外，传统碳热还原法产物形貌多为无定形或不规则颗粒，难以直接获得球形微球。水热碳球模板法（如cn201910459958.x）虽能获得空心球形形貌，但所用水热法碳球缺乏对多孔结构的调控能力。因此，开发一种能够同时实现微球形态和孔结构调控的氮化铝微球制备方法，具有重要的科学意义和实用价值。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在问题，本发明旨在提供一种能够同时实现微球形态和孔结构调控的氮化铝微球及其制备方法。

2、本发明的第一方面提供一种多孔氮化铝微球的制备方法，包括：

3、密胺树脂球制备工序：制备具有介孔结构的密胺树脂球；

4、介孔碳球制备工序：对密胺树脂球进行碳化处理，得到具有介孔结构的介孔碳球；

5、表面改性工序：对介孔碳球进行表面氧化处理，得到表面改性的介孔碳球；

6、分级浸渍吸附工序：使用铝盐溶液对表面改性的介孔碳球进行浸渍处理，得到负载铝离子的介孔碳球；

7、高温氮化工序：对负载铝离子的介孔碳球进行高温氮化处理，得到多孔氮化铝碳复合微球；

8、脱碳工序：对多孔氮化铝碳复合微球进行脱碳处理，得到多孔氮化铝微球。

9、在一些实施方式中，密胺树脂球制备工序包括：

10、乳液制备步骤：将聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物和1,3,5-三甲基苯溶于水中，搅拌形成稳定的乳液；

11、预聚体溶液制备步骤：将三聚氰胺、甲醛、碱及水混合，在弱碱性环境下形成三聚氰胺甲醛预聚体溶液；

12、混合自组装步骤：将乳液加入三聚氰胺甲醛预聚体溶液中搅拌，使乳液在弱碱性条件下与三聚氰胺甲醛预聚体自组装，形成球形胶束复合体分散溶液；

13、交联固化步骤：使用酸调节球形胶束复合体分散溶液的ph为弱酸性，使三聚氰胺甲醛预聚体交联，得到含介孔密胺树脂球的分散液；

14、后处理步骤：对含介孔密胺树脂球的分散液进行固液分离、洗涤、干燥，得到介孔密胺树脂球。

15、在一些实施方式中，所述制备方法还满足以下条件中的一项或多项：

16、（1）将聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物、1,3,5-三甲基苯、水剧烈搅拌4-8h，得到稳定的乳液；

17、（2）聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物与1,3,5-三甲基苯的质量比优选为1:0.5~1:5；

18、（3）碱为氨水、氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种；

19、（4）弱碱性条件的ph为8~10；

20、（5）在80~120℃下搅拌0.5~2小时，使三聚氰胺、甲醛反应形成三聚氰胺甲醛预聚体溶液；

21、（6）将乳液加入三聚氰胺甲醛预聚体溶液中搅拌1~3小时，使乳液在弱碱性条件下与三聚氰胺甲醛预聚体自组装，形成球形胶束复合体分散溶液；

22、（7）弱酸性环境的ph为2~5，交联固化步骤在搅拌环境下进行，反应时间为3~8小时；

23、（8）干燥在低于50℃下进行。

24、在一些实施方式中，碳化处理的温度为700~900℃；和/或，介孔碳球具有沿直径放射分布的孔道。

25、在一些实施方式中，表面氧化处理包括将介孔碳球浸入浓度为2~8 mol/l的硝酸溶液中，在60~100℃下回流处理4~12小时，在其表面形成含氧官能团。

26、在一些实施方式中，铝盐溶液为硝酸铝水溶液、氯化铝水溶液或硫酸铝水溶液中的一种或多种；和/或，铝盐溶液中的铝离子浓度为0.5~2 mol/l。

27、在一些实施方式中，分级浸渍吸附工序包括至少2级浸渍处理，每级浸渍处理包括将表面改性的介孔碳球分散于ph为6~8的铝盐溶液中浸渍6~24小时。

28、在一些实施方式中，制备方法还满足以下条件中的一项或多项：

29、（1）相邻两次浸渍处理之间，还包括对上一级浸渍处理后的介孔碳球进行真空干燥处理；

30、（2）分级浸渍吸附工序包括3~5级次浸渍，各级次浸渍使用的铝盐浓度逐级增加；

31、（3）分级浸渍吸附工序还包括使用聚乙二醇溶液对最后一级浸渍处理得到的介孔碳球进行润洗处理，并对润洗处理后的介孔碳球进行真空干燥处理，得到负载铝离子的介孔碳球。

32、在一些实施方式中，高温氮化处理的温度为1400~1600℃；

33、在一些实施方式中，脱碳处理的过程包括：以2~10℃/min的升温速率升温至600~700℃，保温2~6小时。

34、本发明的第二方面提供一种多孔氮化铝微球，所述多孔氮化铝微球由上述制备方法制得。

35、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

36、本发明以介孔密胺树脂球为前驱体经碳化制得介孔碳球，其高比表面积及残氮特性为铝离子提供了充足的负载位点与吸附性能。经表面改性引入含氧官能团，利用静电吸附进一步实现铝离子的高效负载。随后通过高温氮化，介孔孔道对铝进行原位限域，调控氮化铝纳米晶生长，获得多孔氮化铝碳复合微球。最后经脱碳去除模板，利用氮化铝纳米晶间的堆积间隙，保留微球形态，制得多孔氮化铝微球。

37、本发明其他进一步的有益效果可见于具体实施方式中的记载。

1.一种多孔氮化铝微球的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的多孔氮化铝微球的制备方法，其特征在于，所述密胺树脂球制备工序包括：

3.根据权利要求2所述的多孔氮化铝微球的制备方法，其特征在于，所述制备方法还满足以下条件中的一项或多项：

4.根据权利要求1所述的多孔氮化铝微球的制备方法，其特征在于，所述碳化处理的温度为700~900℃；和/或，

5.根据权利要求1所述的多孔氮化铝微球的制备方法，其特征在于，所述表面氧化处理包括将所述介孔碳球浸入浓度为2~8 mol/l的硝酸溶液中，在60~100℃下回流处理4~12小时，在其表面形成含氧官能团。

6.根据权利要求1所述的多孔氮化铝微球的制备方法，其特征在于，所述铝盐溶液为硝酸铝水溶液、氯化铝水溶液或硫酸铝水溶液中的一种或多种；和/或，

7.根据权利要求1所述的多孔氮化铝微球的制备方法，其特征在于，所述分级浸渍吸附工序包括至少2级浸渍处理，每级浸渍处理包括将表面改性的介孔碳球分散于ph为6~8的铝盐溶液中浸渍6~24小时。

8.根据权利要求7所述的多孔氮化铝微球的制备方法，其特征在于，所述制备方法还满足以下条件中的一项或多项：

9.根据权利要求1所述的多孔氮化铝微球的制备方法，其特征在于，所述高温氮化处理的温度为1400~1600℃；和/或，

10.一种多孔氮化铝微球，其特征在于，所述多孔氮化铝微球由如权利要求1-9中任一项所述的制备方法制得。