納米粒子的團聚形成機理及分散方法

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)納米粒子的團聚形成機理及分散方法納米粒子的團聚形成機理及分散方法1 團聚分類團聚分類所謂納米粉體的團聚是指原生的納米粉體顆粒在制備、分離、處理及存放過程中相互連接、由多個顆粒形成較大的顆粒團簇的現(xiàn)象。由于團聚顆粒粒度小，表面原子比例大，比表面積大，表面能大，處于能量不穩(wěn)定狀態(tài)，因而細微的顆粒都趨向于聚集在一起，很容易團聚，形成團聚狀的二次顆粒，乃至三次顆粒，使粒子粒徑變大。納米顆粒的團聚一般分為兩種：軟團聚和硬團聚。對于軟團聚機理，人們的看法比較一致，即軟團聚是由納米粉體表面分子或原子之間的范德華力和靜電引力所致，由于作用力較弱，可以通過一些化學(xué)作用或

2、施加機械能的方式來消除。對于硬團聚，不同化學(xué)組成不同制備方法有不同的團聚機理，無法用統(tǒng)一的理論來解釋。因此需要采取一些特殊的方法來對其進行控制。2 納米顆粒團聚的形成機理納米顆粒團聚的形成機理顆粒細化到納米級后，其表面積累了大量的正、負電荷，納米顆粒的形狀極不規(guī)則，這樣造成了電荷的聚集。納米顆粒具有很高的化學(xué)活性，表現(xiàn)出強烈的表面效應(yīng)，很容易發(fā)生聚集而達到穩(wěn)定狀態(tài)，從而團聚發(fā)生。2.1 納米顆粒在液體介質(zhì)中的團聚機理納米顆粒在液體介質(zhì)中的團聚機理液體介質(zhì)中超細顆粒團聚的主要原因是吸附和排斥共同作用的結(jié)果。如果吸附作用大于排斥作用，顆粒團聚；反之，顆粒則分散。2.2 干燥過程中團聚顆粒團聚的機理

3、干燥過程中團聚顆粒團聚的機理 干燥過程可看作固液分離過程，目前有代表性的理論有：晶橋理論，毛細管力吸附理論，氫鍵作用理論和化學(xué)鍵作用理論。實際上，單一的理論很難解釋團聚形成的機理，必須綜合目前的理論，具體實驗具體分析。在制各超細氧化鋁的實驗中已經(jīng)表明：粉體的一次顆粒團聚成二次顆形成硬團聚的機理在于：在制備粉體的過程中，濕凝膠的脫水干燥，煅燒過程是引起粉體中硬團聚形成的主要原因。膠體進入干燥階段，不同的干燥方法也會產(chǎn)生不同的團聚效果。納米顆粒的團聚與分散取決于其形態(tài)和表面結(jié)構(gòu)等，而納米顆粒的形態(tài)和表面結(jié)構(gòu)又與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、雜質(zhì)、表面吸附和化學(xué)反應(yīng)、制備工藝、環(huán)境狀態(tài)等諸多因素有關(guān)，因而導(dǎo)致了納米粉

4、體團聚與分散機制的復(fù)雜性和多樣性。3 納米顆粒團聚分散方法納米顆粒團聚分散方法 納米顆粒團聚分散就是采用一定的手段獲得粒子細小、粒徑分布窄、分散性好的顆粒。目前就團聚的分散有多種分類。常用的分散方法有物理的和化學(xué)的方法，制備、儲運、使用過程中納米顆粒分散方法等分類。3.1 制備過程中納米粉體團聚的解決方法精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)3.1.1 表面改性 采用物理和化學(xué)方法對納米顆粒進行表面處理，有目的地改變其表面物理化學(xué)性質(zhì)，稱為表面改性。其目的是變相降低納米粉體顆粒的表面能，提高納米粉體的穩(wěn)定性。通過改性可以大大減少納米顆粒之間的團聚。目前，納米粉體表面改性的方法很多，主要有包

5、覆處理改性、沉淀反應(yīng)改性、表面化學(xué)改性、機械化學(xué)改性、高能處理改性、膠囊化改性、微乳化改性等等。3.1.2 控制 pH 值 根據(jù)制備納米顆粒的不同，控制不同的 pH 值。例如：在 ZrO2超細粉制備過程中 pH 值控制在 9-11 為宜；并且對溶液進行強力攪拌可提高析出凝膠的均勻性，減少團聚的產(chǎn)生。3.1.3 顆粒表面形成雙電層液體中的顆粒表面因離子的選擇性溶解、選擇性吸附或同晶置換而帶電，反號離子通過靜電吸引作用在顆粒周圍的液體中擴散分布形成雙電層。通過雙電層之間庫倫排斥作用使納米粒子之間發(fā)生團聚的引力大大降低，從而有效地防止納米顆粒的團聚，達到納米顆粒分散的目的。3.1.4 物理法分散機械

6、力分散通常被認為是最簡單的物理分散方法，它是借助外界剪切力或撞擊力能使納米粒子在介質(zhì)中分散的一中方法。在機械攪拌下納米粒子的特殊表面結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，形成有機化合物枝鏈或保護層，使得納米粒子更易分散。超聲波分散是降低納米粒子團聚的有效方法。主要是基于超聲波的特殊分散性能。超聲波是頻率范圍在 20106kHz 的機械波，其波速一般約為 1500m/s，波長為 100.01 cm。顯然，超聲波的波長遠大于分子尺寸，說明超聲波本身不能直接對分子產(chǎn)生作用，而是通過對分子周圍環(huán)境的物理作用影響分子的，也即是利用超聲空化作用所產(chǎn)生的沖擊波和微射流所具有的粉粹作用，達到分散微粒的目的。該技術(shù)目前普遍用于

7、液相制備納米粉體的方法中，尤其是溶膠-凝膠法。3.1.5 采用適當(dāng)洗滌方法在沉淀物中的水是引起納米粒團聚的因素之一，因此采用適當(dāng)?shù)南礈旆椒▽⒊恋砦镏械乃慈ナ欠乐辜{米粒子團聚的主要方法。首選用的物質(zhì)是低沸點的有機物。3.1.6 采用適當(dāng)干燥、煅燒方式實驗證明，在保證沉淀物干燥完全、煅燒分解完全的基礎(chǔ)上，溫度越低、時間越短越好。目前常采用的干燥方式有以下幾種方式：閃蒸、冷凍干燥、超臨界干燥、噴霧干燥、真空干燥等方式。目前最先進的煅燒方式是懸態(tài)鍛燒, 該方法可使粉體煅燒瞬間完成。3.2 儲運過程中納米粉體團聚的解決方法3.2.1 鈍化處理所謂的鈍化處理，就是對剛制備出來的納米粉體在接觸大氣之前先進

8、行表面慢氧化處精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)理，經(jīng)過這樣處理的納米粉體表面可形成一層氧化膜，顆粒的穩(wěn)定性大大提高，可以很方便在空氣中儲運和應(yīng)用。3.2.2 防聚結(jié)處理通常是將采用少量的添加劑摻雜在納米粉體中。這樣可在納米粉體表面產(chǎn)生強吸附或化學(xué)親和作用，又在阻礙納米粒子對水的吸附，使納米粒子表面不能形成完整的水膜，顆粒間的鹽橋消失，從而抑制納米粒子的聚結(jié)。常用防聚結(jié)處理的添加劑有：抗靜電劑、潤滑劑、防潮劑、表面活性劑、偶聯(lián)劑等。3.2.3 溶劑儲存使用各種溶劑對納米粉體進行保護是一種有效的儲運方法。根據(jù)客戶不同的使用要求可選用不同的化學(xué)溶劑（如水、苯、二甲苯、丙酮或醇類等）配成不同濃度的穩(wěn)定的納米漿液，以此來保持顆粒間良好的分散性和均勻性，延緩或避免顆粒之間的團聚。3.2.4 加強儲運管理在納米粉體的儲運過程中，要嚴(yán)格按照其運輸管理等規(guī)章制度來執(zhí)行。納米粉體應(yīng)儲存在避光、干燥、陰涼的地方，堆放時要做到包裝之間沒有擠壓力，而且納米粉體堆放時間不易過長，最好是按照訂單生產(chǎn)，運輸過