SEM在氯氧镁晶须制备过程中的应用

(武汉理工大学材料研究与测试中心， 武汉430070)

1 前言

氯氧镁晶须(MOCW)是一种重要的镁盐化合物，在填充剂、阻燃剂和制备其它一维材料等方面具有广阔的应用前景[1,2]。目前合成氯氧镁晶须的方法主要是水溶液法和水热法[2-4]，微乳法合成氯氧镁晶须的相关报道比较少[5]。本实验通过用CTAB、环己烷、正丁醇和氯化镁溶液配成的微乳液，用微乳法合成MOCW并用SEM对制备的MOCW的形貌进行了表征。

2 实验部分

2.1 实验原料

无水乙醇(分析纯)、环己烷(分析纯)、正丁醇(分析纯)、CTAB(分析纯)、六水氯化镁(分析纯)。

2.2 微乳法合成MOCW

采用溶胶凝胶法制备纳米MgO。各称取1.1 g的CTAB于3个烧杯中，再向各烧杯中依次加25 mL的环己烷和0.5g浓度为4.2 mol/L、3.5 mol/L、2.0 mol/L的氯化镁溶液，最后在搅拌下向烧杯中不断滴加7 mL左右的正丁醇，直至形成外观透明、澄清的微乳液；称取0.3g纳米MgO缓慢地加入微乳液中，搅拌4 h，然后超声仪超声0.5 h,最后将其静置12 h。将静置的液体移于离心管中，以4500 r/min的速度离心5 min，去掉离心液，得到白色沉淀物。用无水乙醇洗涤白色沉淀物，干燥沉淀物得到MOCW。清洗后，氯化镁溶液浓度为4.2 mol/L、3.5 mol/L和2.0 mol/L对应的样品分别称为A、B和C样。

2.3 表征

用Nexus型傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)，以KBr压片法检测样品的成分。用S-4800型场发射扫描电子显微镜观察MOCW的形貌，其加速电压为10 kV，样品真空喷铂。

3 结果与讨论

3.1 FTIR分析

图1 A样品的FTIR图谱1. MOCW清洗后 2. MOCW清洗前 3. CTAB

采用CTAB、环己烷、正丁醇和氯化镁溶液配成的微乳液，利用微乳法合成MOCW。为了便于观察形貌，需要清洗MOCW表面的有机化合物。用无水乙醇清洗制备的MOCW。图1中1、2和3分别为MOCW清洗后、MOCW清洗前和CTAB的FTIR图。图1中1表明， 3674 cm-1和3609 cm-1为MOCW结构水中OH-1的伸缩振动带，3432 cm-1为结晶水中OH-的伸缩振动带，1653 cm-1和1602 cm-1为MOCW结构水中OH-1的弯曲振动带，表明用无水乙醇清洗后，几乎没有CTAB了，也没有环己烷和正丁醇，产物全部是MOCW，有机化合物被完全清洗掉。图1中2表明，既有MOCW的振动吸收带，又有CTAB的振动吸收带，而没有环己烷和正丁醇的振动吸收带。所以，用无水乙醇清洗前，离心得到的白色产物含有CTAB和MOCW，环己烷和正丁醇有机物已以离心液被离心分离了。

被完全清洗干净的MOCW的 SEM照片应该是很清晰的，见图2～图4。

3.2 SEM分析

微乳法合成MOCW时，随着氯化镁溶液浓度的降低，水含量逐渐提高，改变了微乳液组成与结构，影响MOCW的生长。

图2、图3和图4分别为A、B和C样，氯化镁溶液浓度分别为4.2 mol/L、3.5 mol/L和2.0 mol/L对应的样品的SEM照片。

当氯化镁溶液浓度为4.2mol/L时，清洗的A样，由于CTAB已被无水乙醇清洗掉，样品为纯MOCW构成的样品，MOCW分散均匀，样品中有少量短而弯曲的MOCW，这可能是氯化镁溶液浓度比较高晶粒的生长速度快，一些细短MOCW的自由生长受到其它粗长MOCW的阻碍。

当氯化镁溶液浓度降低为3.5 mol/L时，清洗的B样为纯MOCW构成的样品，MOCW长而直，表面光滑，均匀分散，晶须的平均直径为80 nm，长径比超过80，这可能是氯化镁溶液浓度比较合适，微乳液组成与结构是比较合理的，有利于MOCW自由生长。

图2 A样的SEM照片a. ×10000 b. ×30000

图3 B样的SEM照片a. ×10000 b. ×30000

图4 C样的SEM照片a. ×10000 b. ×30000

当氯化镁溶液浓度降低为2.0 mol/L时，由于氯化镁溶液浓度比较低，水含量比较高，MOCW的有机表面膜比较薄，MOCW容易互相吸附聚集生长，因此有束状的MOCW形成，且MOCW的直径比较大，所以清洗C样的MOCW为束状。

比较A、B和C样，B样的MOCW的长而直，表面光滑，品质比较好，说明氯化镁溶液浓度为3.5 mol/L时是比较好的。

A、B和C样MOCW的表面是非常清晰的，说明MOCW表面被清洗得非常干净，微乳法合成的MOCW可以通过无水乙醇清洗干净，与FTIR分析结果是一致的。

4 结论

利用SEM方法，能够很好地表征在MOCW制备过程中氯化镁溶液浓度不同时的形貌。当氯化镁溶液浓度为3.5 mol/L时，MOCW的品质比较好，晶须表面光滑，平均直径为80 nm，长径比超过80。利用FTIR方法能够很好地表征MOCW的清洗干净的程度。无水乙醇是MOCW很好的清洗剂。

[1]陈雪刚,吕双双,夏枚生,等. 碱式氯化镁纳米晶须的制备与应用进展. 材料导报,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]陈雪刚,吕双双,张路,等. CaO-MgCl2-H2O体系中一维碱式氯化镁的水热合成与表征. 无机材料学报，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.