SEM在氯氧鎂晶須制備過程中的應用

(武漢理工大學材料研究與測試中心， 武漢430070)

1 前言

氯氧鎂晶須(MOCW)是一種重要的鎂鹽化合物，在填充劑、阻燃劑和制備其它一維材料等方面具有廣闊的應用前景[1,2]。目前合成氯氧鎂晶須的方法主要是水溶液法和水熱法[2-4]，微乳法合成氯氧鎂晶須的相關報道比較少[5]。本實驗通過用CTAB、環(huán)己烷、正丁醇和氯化鎂溶液配成的微乳液，用微乳法合成MOCW并用SEM對制備的MOCW的形貌進行了表征。

2 實驗部分

2.1 實驗原料

無水乙醇(分析純)、環(huán)己烷(分析純)、正丁醇(分析純)、CTAB(分析純)、六水氯化鎂(分析純)。

2.2 微乳法合成MOCW

采用溶膠凝膠法制備納米MgO。各稱取1.1 g的CTAB于3個燒杯中，再向各燒杯中依次加25 mL的環(huán)己烷和0.5g濃度為4.2 mol/L、3.5 mol/L、2.0 mol/L的氯化鎂溶液，最后在攪拌下向燒杯中不斷滴加7 mL左右的正丁醇，直至形成外觀透明、澄清的微乳液；稱取0.3g納米MgO緩慢地加入微乳液中，攪拌4 h，然后超聲儀超聲0.5 h,最后將其靜置12 h。將靜置的液體移于離心管中，以4500 r/min的速度離心5 min，去掉離心液，得到白色沉淀物。用無水乙醇洗滌白色沉淀物，干燥沉淀物得到MOCW。清洗后，氯化鎂溶液濃度為4.2 mol/L、3.5 mol/L和2.0 mol/L對應的樣品分別稱為A、B和C樣。

2.3 表征

用Nexus型傅里葉變換紅外光譜儀(FTIR)，以KBr壓片法檢測樣品的成分。用S-4800型場發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察MOCW的形貌，其加速電壓為10 kV，樣品真空噴鉑。

3 結(jié)果與討論

3.1 FTIR分析

圖1 A樣品的FTIR圖譜1. MOCW清洗后 2. MOCW清洗前 3. CTAB

采用CTAB、環(huán)己烷、正丁醇和氯化鎂溶液配成的微乳液，利用微乳法合成MOCW。為了便于觀察形貌，需要清洗MOCW表面的有機化合物。用無水乙醇清洗制備的MOCW。圖1中1、2和3分別為MOCW清洗后、MOCW清洗前和CTAB的FTIR圖。圖1中1表明， 3674 cm-1和3609 cm-1為MOCW結(jié)構(gòu)水中OH-1的伸縮振動帶，3432 cm-1為結(jié)晶水中OH-的伸縮振動帶，1653 cm-1和1602 cm-1為MOCW結(jié)構(gòu)水中OH-1的彎曲振動帶，表明用無水乙醇清洗后，幾乎沒有CTAB了，也沒有環(huán)己烷和正丁醇，產(chǎn)物全部是MOCW，有機化合物被完全清洗掉。圖1中2表明，既有MOCW的振動吸收帶，又有CTAB的振動吸收帶，而沒有環(huán)己烷和正丁醇的振動吸收帶。所以，用無水乙醇清洗前，離心得到的白色產(chǎn)物含有CTAB和MOCW，環(huán)己烷和正丁醇有機物已以離心液被離心分離了。

被完全清洗干凈的MOCW的 SEM照片應該是很清晰的，見圖2～圖4。

3.2 SEM分析

微乳法合成MOCW時，隨著氯化鎂溶液濃度的降低，水含量逐漸提高，改變了微乳液組成與結(jié)構(gòu)，影響MOCW的生長。

圖2、圖3和圖4分別為A、B和C樣，氯化鎂溶液濃度分別為4.2 mol/L、3.5 mol/L和2.0 mol/L對應的樣品的SEM照片。

當氯化鎂溶液濃度為4.2mol/L時，清洗的A樣，由于CTAB已被無水乙醇清洗掉，樣品為純MOCW構(gòu)成的樣品，MOCW分散均勻，樣品中有少量短而彎曲的MOCW，這可能是氯化鎂溶液濃度比較高晶粒的生長速度快，一些細短MOCW的自由生長受到其它粗長MOCW的阻礙。

當氯化鎂溶液濃度降低為3.5 mol/L時，清洗的B樣為純MOCW構(gòu)成的樣品，MOCW長而直，表面光滑，均勻分散，晶須的平均直徑為80 nm，長徑比超過80，這可能是氯化鎂溶液濃度比較合適，微乳液組成與結(jié)構(gòu)是比較合理的，有利于MOCW自由生長。

圖2 A樣的SEM照片a. ×10000 b. ×30000

圖3 B樣的SEM照片a. ×10000 b. ×30000

圖4 C樣的SEM照片a. ×10000 b. ×30000

當氯化鎂溶液濃度降低為2.0 mol/L時，由于氯化鎂溶液濃度比較低，水含量比較高，MOCW的有機表面膜比較薄，MOCW容易互相吸附聚集生長，因此有束狀的MOCW形成，且MOCW的直徑比較大，所以清洗C樣的MOCW為束狀。

比較A、B和C樣，B樣的MOCW的長而直，表面光滑，品質(zhì)比較好，說明氯化鎂溶液濃度為3.5 mol/L時是比較好的。

A、B和C樣MOCW的表面是非常清晰的，說明MOCW表面被清洗得非常干凈，微乳法合成的MOCW可以通過無水乙醇清洗干凈，與FTIR分析結(jié)果是一致的。

4 結(jié)論

利用SEM方法，能夠很好地表征在MOCW制備過程中氯化鎂溶液濃度不同時的形貌。當氯化鎂溶液濃度為3.5 mol/L時，MOCW的品質(zhì)比較好，晶須表面光滑，平均直徑為80 nm，長徑比超過80。利用FTIR方法能夠很好地表征MOCW的清洗干凈的程度。無水乙醇是MOCW很好的清洗劑。

[1]陳雪剛,呂雙雙,夏枚生,等. 堿式氯化鎂納米晶須的制備與應用進展. 材料導報,2009,23(4):52-55.

[2]Yang Z ,Cingarapu S ,Klabunde K J. Synthesis of magnesium oxychloride nanorods with controllable morphology and their transformation to magnesium hydroxide nanorods via treatment with sodium hydroxide. J Sol-Gel Sci Technol,2010,53: 359-365.

[3]陳雪剛,呂雙雙,張路,等. CaO-MgCl2-H2O體系中一維堿式氯化鎂的水熱合成與表征. 無機材料學報，2010,25(2):129-134.

[4]Fan W L,Song X Y,Sun S X,at al. Hydrothermal formation and characterization of magnesium hydroxide chloride hydrate nanowires.J Crystal Growth,2007,305(1):167-174.

[5]Qin L Q,Yu J H,Qin Z Y. Synthesis of Magnesium Oxychloride Nanowhisker by Microemulsion Method. Advanced Materials Research,2012,535-537 :357-361.