最新無機(jī)功能材料的制備

1、超細(xì)功能粉體材料的制備李新3.1引言 超細(xì)粉體的研究始于20世紀(jì)60年代，但較全面的研究是從20世紀(jì)80年代開始，所謂超細(xì)粉體是指尺度介于分子,原子與塊狀材料之間, 包括金屬,非金屬,有機(jī),無機(jī)和生物等多種材料顆粒 。 現(xiàn)在一些發(fā)達(dá)國家已經(jīng)在超細(xì)粉體的應(yīng)用方面取得了較豐碩的成果。我國對超細(xì)粉體的研究起步較晚，但現(xiàn)在成為熱潮。 超細(xì)粉體通常包括微米級（130um）、亞微米級（0.11um）和納米級（1100nm）的粒子。隨著物質(zhì)的超細(xì)化,其表面電子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化,產(chǎn)生了塊狀材料不具備的表面效應(yīng),如小尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等,從而使超細(xì)粉體與常規(guī)顆粒材料相比具有一系列優(yōu)異的

2、物理,化學(xué)性質(zhì).超細(xì)粉體有許多獨特性能 。 相信不久的將來，隨著超細(xì)粉體的研究深入和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，它將成為21世紀(jì)的新型功能材料。 3.2超細(xì)粉體的特性 (1)比表面積大； (2)熔點低 (3)磁性強(qiáng)； (4)活性好； (5)光吸收好； (6)熱導(dǎo)性能好 3.2.1比表面積 由于超細(xì)粉體的粒徑較小，所以其比表面積相應(yīng)的增大，表面能也增加。 表一銅顆粒平均粒徑和比表面積的關(guān)系 平均粒徑/nm 比表面積/（m2/g） 1 6.7x102 10 6.7x10 100 6.73.2.2活性好 隨著粒度的大小，粒子的表面原子數(shù)成倍增加，使其具有較強(qiáng)的表面活性和催化性，在參與反應(yīng)可明顯加快反應(yīng)速度，具有

3、良好的化學(xué)反應(yīng)性。表二顆粒尺寸與表面原子的關(guān)系3.2.3熔點低 研究發(fā)現(xiàn)表明，物質(zhì)的粒徑越小，其熔點就越低。粒徑與熔點的關(guān)系： 是塊狀物質(zhì)熔點與超細(xì)粉體熔點之差 熔點下降也辦隨著蒸汽壓的上升。 由此可知，超細(xì)粉體的制備時，能產(chǎn)生明顯的燒結(jié)活性，降低燒結(jié)溫度，簡化材料的制備工藝。3.2.4磁性強(qiáng) 超細(xì)粉體的體積比強(qiáng)磁性物質(zhì)的磁疇還小，這種粒子即使不磁化也是一個永久磁體，具有較大的矯頑力。3.2.5光吸收性和熱導(dǎo)性好 大多數(shù)超細(xì)粉體在低溫或者超低溫下幾乎沒有熱阻，并且超細(xì)粉體特別是超細(xì)金屬粉體，當(dāng)粒度小于100nm以后，大部分呈現(xiàn)黑色，這就是光完全被金屬體吸收的緣故。3.3超細(xì)粉體的制備3.3.1

4、球磨法 球磨是通過球磨腔體中球磨介質(zhì)的運動帶動內(nèi)裝粉體顆粒的運動來實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移的過程，把能量轉(zhuǎn)移到粉末中，轉(zhuǎn)移到粉末的能量使粉末發(fā)生塑性變形并由于破碎而細(xì)化粉末使得表面能增大。 研磨方式：干磨和濕磨。3.3.2球磨法的影響因素 1、球磨機(jī)轉(zhuǎn)速 2、填充系數(shù) 3、研磨介質(zhì) 4、料球水的比例 5、助劑 6、加料方法 7、加料粒度1、球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)速較慢時，球石上升不高就滑行下來，粉碎作用很小。轉(zhuǎn)速太快，研磨介質(zhì)就附在磨機(jī)內(nèi)壁隨著旋轉(zhuǎn)，物料的研磨停止。轉(zhuǎn)速適當(dāng)時，球能夠帶著原料沿著筒壁上升到一定高度，當(dāng)其重力的分力等于離心力時，研磨介質(zhì)就沿著拋物線的軌道下落撞擊下面的物料或者球面上。此時，效率最高

5、。2、填充系數(shù) 實 踐證 明球磨機(jī)中最適宜的裝載程度為達(dá)到全部容積的80% -90%，一般裝載總量不超過球磨機(jī)總?cè)萘康?/5時較好。其中球石約占總?cè)莘e的45%55%。3、料球水的比例 在球磨過程中, 球料比太低時, 由于球磨中球的數(shù)量較少, 發(fā)生球與球的碰撞次數(shù)較少, 球間粉多, 球?qū)Ψ勰┑呐鲎擦Φ? 粉末不能獲得足夠的能量, 因而粉末在球間發(fā)生變形相對困難。球料比太高時, 球磨過程中球與球的碰撞次數(shù)多, 球的碰撞力大, 球間粉末相對較少, 易于變形和細(xì)化, 系統(tǒng)內(nèi)儲能增加, 混合粉末在較短時間有足夠的能量發(fā)生變形。v 過去料球水的比例是1:1.5:1.2。但據(jù)人們近幾年的研究，主張多球粉碎，

6、認(rèn)為增加磨球量，減少注人水量，可在一定范圍內(nèi)縮短研磨時間。一般是以泥漿在球石上不成團(tuán)或者球石之間相互不粘連為宜，否則將會失去撞擊研磨的作用。一般料球水的比例是1:1.5-2:1。4、助劑 為了提高球磨效率，加入助劑，如水、有機(jī)溶劑、表面活性劑和無機(jī)電解質(zhì)等。 助劑的作用機(jī)理有：一種是rehinder理論，其認(rèn)為吸附作用能引起顆粒表面能的變小，有效的吸附必然包括新表面的形成過程，而形成表面的能量則正比于所消耗的表面自由能，而化學(xué)劑的加入應(yīng)減少顆粒的有效表面能，從而提高球磨效率。另一個理論 是westwoods提出的理論，其認(rèn)為助磨劑的作用是由于顆粒表面處的電子狀態(tài)變化，以及在固體顆粒上的吸附作用

7、導(dǎo)致發(fā)“點或線”的缺陷引起的。5、加料方法 加料方法有一次投料和二次投料之分。如二次投料，因為第一階段沒有多量懸浮的粘土物質(zhì)起緩沖作用。球石落下時，速度增大，而動能的增大與速度的平方成正比，因而增大了磨球?qū)ξ锪系臎_擊能力。另一方面，由于粘上尚未加人，實際上等于增大了球與料的比例，使物料與球石有更多的接觸機(jī)會，因而提高了研磨效率。6、加料粒度 加 料粒 度 愈細(xì)球磨時間越短，但過細(xì)的加料粒度勢必增加中碎的負(fù)擔(dān)。通常球磨機(jī)的加料粒度為2mm左右為宜。3.3.3球磨超細(xì)粉體的產(chǎn)品特性1、球磨對粒徑的影響 在上述最佳的工藝條件下，所的某種物質(zhì)的粒徑分布。2、產(chǎn)品的sem形貌 粒度結(jié)構(gòu)均勻，分散性好。3

8、、產(chǎn)品的白度 白度又稱亮度，測定物質(zhì)的白度通常是以氧化鎂為標(biāo)準(zhǔn)白度100%，并定義它為標(biāo)準(zhǔn)反射率100%。反射率越高，白度越高。粒度/um白度/% 粒度/um白度/%1.9093.442.6293.583.1992.583.2492.784、球磨對反應(yīng)的影響 球磨可以促使反應(yīng)物表面的覆蓋物質(zhì)，使內(nèi)部未參與反應(yīng)的物質(zhì)繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)，因此，球磨可以提高合成反應(yīng)的進(jìn)行程度。5、球磨對ph影響 從表中數(shù)據(jù)可以看出，直接沉淀反應(yīng)結(jié)束 時溶液的ph 值為8.5，陳化后ph 值降低到6.8。如果對沉淀反應(yīng)溶液進(jìn)行球磨處理后，ph 值由8.5 提高到9.68，陳化后的ph 值為9.72。6、球磨對峰的影響 球磨

9、可以促使某些反應(yīng)中某些雜質(zhì)峰的消失，使其峰更加明顯。 如圖，樣品1是經(jīng)過球磨的，樣品2未經(jīng)過球磨。樣品1的峰較明顯。3.4超細(xì)粉體的應(yīng)用 許多廉價的天然礦物和化工原料制成超細(xì)粉后，不僅擴(kuò)大了應(yīng)用范圍，而且產(chǎn)生了高額附加值， 如普通高嶺土超細(xì)加工成涂布紙顏料價格增加1-2 倍。 目前，超細(xì)粉體主要市場面向化工、輕工、醫(yī)藥、農(nóng)藥、磨料、高技術(shù)陶瓷、復(fù)合材料等領(lǐng)域。 1、化工輕工行業(yè) 超細(xì)滑石粉填料在油漆、造紙塑料、橡膠等行業(yè)具有相當(dāng)?shù)闹匾?，它使涂層光滑?產(chǎn)生優(yōu)異的色調(diào)。在乳膠漆中可以取代部分昂貴的鈦白粉。在造紙業(yè)中“ 超細(xì)滑石粉可作為高光涂層。 目前，我國超細(xì)微粉體技術(shù)開發(fā)階段。同國外相比，

10、應(yīng)用范圍窄，產(chǎn)品規(guī)格單一，質(zhì)量產(chǎn)量不能滿足要求。2、醫(yī)藥、農(nóng)藥領(lǐng)域的應(yīng)用 醫(yī)藥工業(yè)中對原料及其制劑中的顆粒細(xì)度要求越來越高。 隨著國際標(biāo)準(zhǔn)的提高，顆粒細(xì)、藥效好、用量少成為必然趨勢。因此，采用超細(xì)微粉制備技術(shù)是達(dá)到上述要求最理想的方法之一。3、食品工業(yè)的應(yīng)用 由于果蔬超微粉的溶解性和分散性好、容易消化吸收， 在保健食品的生產(chǎn)中有廣闊的應(yīng)用前景，如補(bǔ)鈣食品、高膳食纖維食品等。4、有機(jī)物超細(xì)粉體的應(yīng)用 橡膠、塑料、合成樹脂等有機(jī)高分子材料的超細(xì)粉碎技術(shù)不同于無機(jī)物， 它需要將有機(jī)材料低溫冷凍脆化，避免在加工時產(chǎn)生降解或積蓄熱量，以保持物料原有的物理、 化學(xué)性能，因此，它是深冷工程技術(shù)與超細(xì)微粉制備技術(shù)相結(jié)合的一項高技術(shù)。5、微電子行業(yè)的應(yīng)用 超細(xì)微粉應(yīng)用于微電子工業(yè)的典型代表有電子漿料、磁記錄材料以及電子陶瓷粉料。 電子漿料是微電子領(lǐng)域必不可少的電極材料， 它被敷于導(dǎo)電體、介電體和絕緣體的表面。6、高技術(shù)陶瓷、磨料與耐火材料的應(yīng)用 氧化物、氮化物、