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发布时间:2019-7-3 点击:



 如何解决纳米粉体的团聚问题


纳米材料具有独特的力学、光、热、电、磁、吸附、气敏等性质,在传统材料中加入纳米粉体将大大改善其性能或带来意想不到的性质。但是在实际应用过程中,由于纳米粒子粒径小,表面活性高,使其易发生团聚而形成尺寸较大的团聚体,严重地阻碍了纳米粉体的应用和相应的纳米材料的制备。


纳米粉体团聚现象

目前市场上很多纳米产品表征出来发现既含纳米级颗粒又含微米级颗粒,不能实现真正的纳米标准(1-100nm),主要原因就是粉体团聚现象严重,纳米级颗粒又团聚成了大颗粒。

1、纳米粉体为什么会团聚?

所谓纳米粉体的团聚是指原生的纳米粉体颗粒在制备、分离、处理及存放过程中相互连接、由多个颗粒形成较大的颗粒团簇的现象,一般分为软团聚和硬团聚两种。

纳米粉体的团聚与分散性取决于其形态和表面结构等。而纳米粉体的形态和表面结构又与其内部结构、杂质、表面吸附和化学反应、制备工艺、环境状态等诸因素有关,因而导致了纳米粉体团聚与分散机制的复杂性和多样性。

2、如何解决纳米粉体的团聚问题?

解决纳米粉体的团聚问题,需要采用一定的手段将纳米粉体均匀分散开。纳米粉体的分散方法主要有超声波分散、机械力分散和化学法分散。目前应用最为广泛的是化学分散,即表面改性。

表面改性是指通过采用表面添加剂的方法,使粒子表面发生化学反应和物理作用,从而改变粒子表面状态,如表面原子层结构和官能团、表面疏水性、电性、化学吸附和反应特性等。通过表面改性,可提高粉体的分散性、耐久性、耐候性,提高表面活性,从而使粒子表面产生新的物理、化学、光学特性,适用不同的应用要求,拓宽其应用领域,并显著提高材料的附加值。

纳米粉体表面改性的方法很多,主要有包覆处理改性、沉淀反应改性、表面化学改性、机械化学改性、高能处理改性、胶囊化改性、微乳化改性等。   

(1)包覆处理改性

包理处理改性也称涂覆和涂层,是利用无机物或有机物,主要表面活性剂,水溶性或油溶性高分子化合物及脂肪酸皂等粉体表面进行包覆以达到改性的方法。如包括利用吸附、附着及简单化学反应或沉淀现象进行包膜。

(2)沉淀反应改性

利用化学反应并将其生成物沉淀在被改性粉体的表面,使形成一层或多层“改性层”的方法,以改变纳米粉体材料的表面特性,使其达到所需的使用要求,这是湿法改性的主要方法。

(3)表面化学改性

这是表面改性最重要、最常用的方法。表面化学改性通过表面改性剂与颗粒表面进行化学反应,从而使表面改性剂覆盖粒子表面,改变纳米粉体颗粒表面结构和状态,达到表面改性的目的。表面化学改性方法除利用表面官能团外,还利用游离基反应,鳌合反应,溶胶吸附和偶联剂。

纳米粒子比表面积大,表面键态,电子态不同于粒子内部,配位不全导致悬挂键大量存在,这就为采用化学反应对纳米粒子表面改性提供了有利条件。

纳米粉体材料的表面化学改性受到诸多因素的影响。主要有:纳米粉体颗粒表面的性质影响;表面改性剂的种类、用量及使用方法的影响;工艺设备及操作条件的影响等。

(4)机械化学改性

机械化学改性是通过超微粉碎及其它强烈机械力作用的过程有目的的对粉体表面进行激活,在一定程度上改变颗粒表面的晶体结构(表面无定形化)、溶解性能、化学吸附和反应活性(增加表面的活性点或活性从点)等。

(5)高能处理改性

通过电晕、紫外光、等离子体放射线、微波等高能粒子作用,在纳米粒子表面产生活性点,增加表面活性,容易与其它物质发生化学反应或吸附,对纳米粒子表面改性进而达到易分散的目的。

(6)胶囊化改性

胶囊化改性是在粉体颗粒表面上覆盖均质而且有一定厚度薄膜的一种表面改性方法。

(7)微乳化改性

在纳米粒子的制备中,形成两种或两种以上不互溶液体的热力学稳定的,各向同性的、外观透明或半透明的分散体系,微观上由表面活性剂界面膜所稳定的一种或两种液体的液滴所构成的微乳液。粒子表面包覆一层表面活性剂分子,使粒子间不易聚结,通过选择不同的表面活性剂、助表面活性剂可对粒子进行修饰,并控制颗粒的大小。

从目前纳米材料发展来看,纳米粉体的团聚问题严重地限制了纳米材料的应用,纳米粉体的分散及表面改性技术是纳米材料发展过程中“重中之重”的技术。只有处理好这些问题,纳米粉体材料才能发挥巨大的功能。纳米粉体颗粒的均匀分散是各种材料改性后性能能否得到提高的关键,采用各种纳米粉体表面改性技术,可以使纳米粉体的表面和基体具有兼容性。






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