納米粒子的團(tuán)聚形成機(jī)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(tuán)聚形成機(jī)理及分散方法納米粒子的團(tuán)聚形成機(jī)理及分散方法1 團(tuán)聚分類團(tuán)聚分類所謂納米粉體的團(tuán)聚是指原生的納米粉體顆粒在制備、分離、處理及存放過(guò)程中相互連接、由多個(gè)顆粒形成較大的顆粒團(tuán)簇的現(xiàn)象。由于團(tuán)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(xì)微的顆粒都趨向于聚集在一起，很容易團(tuán)聚，形成團(tuán)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(tuán)聚一般分為兩種：軟團(tuán)聚和硬團(tuán)聚。對(duì)于軟團(tuán)聚機(jī)理，人們的看法比較一致，即軟團(tuán)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(guò)一些化學(xué)作用或

2、施加機(jī)械能的方式來(lái)消除。對(duì)于硬團(tuán)聚，不同化學(xué)組成不同制備方法有不同的團(tuán)聚機(jī)理，無(wú)法用統(tǒng)一的理論來(lái)解釋。因此需要采取一些特殊的方法來(lái)對(duì)其進(jìn)行控制。2 納米顆粒團(tuán)聚的形成機(jī)理納米顆粒團(tuán)聚的形成機(jī)理顆粒細(xì)化到納米級(jí)后，其表面積累了大量的正、負(fù)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(qiáng)烈的表面效應(yīng)，很容易發(fā)生聚集而達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，從而團(tuán)聚發(fā)生。2.1 納米顆粒在液體介質(zhì)中的團(tuán)聚機(jī)理納米顆粒在液體介質(zhì)中的團(tuán)聚機(jī)理液體介質(zhì)中超細(xì)顆粒團(tuán)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(tuán)聚；反之，顆粒則分散。2.2 干燥過(guò)程中團(tuán)聚顆粒團(tuán)聚的機(jī)理

3、干燥過(guò)程中團(tuán)聚顆粒團(tuán)聚的機(jī)理 干燥過(guò)程可看作固液分離過(guò)程，目前有代表性的理論有：晶橋理論，毛細(xì)管力吸附理論，氫鍵作用理論和化學(xué)鍵作用理論。實(shí)際上，單一的理論很難解釋團(tuán)聚形成的機(jī)理，必須綜合目前的理論，具體實(shí)驗(yàn)具體分析。在制各超細(xì)氧化鋁的實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)表明：粉體的一次顆粒團(tuán)聚成二次顆形成硬團(tuán)聚的機(jī)理在于：在制備粉體的過(guò)程中，濕凝膠的脫水干燥，煅燒過(guò)程是引起粉體中硬團(tuán)聚形成的主要原因。膠體進(jìn)入干燥階段，不同的干燥方法也會(huì)產(chǎn)生不同的團(tuán)聚效果。納米顆粒的團(tuán)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(tuán)聚與分散機(jī)制的復(fù)雜性和多樣性。3 納米顆粒團(tuán)聚分散方法納米顆粒團(tuán)聚分散方法 納米顆粒團(tuán)聚分散就是采用一定的手段獲得粒子細(xì)小、粒徑分布窄、分散性好的顆粒。目前就團(tuán)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(chǔ)運(yùn)、使用過(guò)程中納米顆粒分散方法等分類。3.1 制備過(guò)程中納米粉體團(tuán)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(duì)納米顆粒進(jìn)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(guò)改性可以大大減少納米顆粒之間的團(tuán)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(jī)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(xì)粉制備過(guò)程中 pH 值控制在 9-11 為宜；并且對(duì)溶液進(jìn)行強(qiáng)力攪拌可提高析出凝膠的均勻性，減少團(tuán)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(hào)離子通過(guò)靜電吸引作用在顆粒周圍的液體中擴(kuò)散分布形成雙電層。通過(guò)雙電層之間庫(kù)倫排斥作用使納米粒子之間發(fā)生團(tuán)聚的引力大大降低，從而有效地防止納米顆粒的團(tuán)聚，達(dá)到納米顆粒分散的目的。3.1.4 物理法分散機(jī)械

6、力分散通常被認(rèn)為是最簡(jiǎn)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(jī)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(jī)化合物枝鏈或保護(hù)層，使得納米粒子更易分散。超聲波分散是降低納米粒子團(tuán)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(jī)械波，其波速一般約為 1500m/s，波長(zhǎng)為 100.01 cm。顯然，超聲波的波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于分子尺寸，說(shuō)明超聲波本身不能直接對(duì)分子產(chǎn)生作用，而是通過(guò)對(duì)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(dá)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(tuán)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(tuán)聚的主要方法。首選用的物質(zhì)是低沸點(diǎn)的有機(jī)物。3.1.6 采用適當(dāng)干燥、煅燒方式實(shí)驗(yàn)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(shí)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(jìn)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(chǔ)運(yùn)過(guò)程中納米粉體團(tuán)聚的解決方法3.2.1 鈍化處理所謂的鈍化處理，就是對(duì)剛制備出來(lái)的納米粉體在接觸大氣之前先進(jìn)

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(guò)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(chǔ)運(yùn)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(qiáng)吸附或化學(xué)親和作用，又在阻礙納米粒子對(duì)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(rùn)滑劑、防潮劑、表面活性劑、偶聯(lián)劑等。3.2.3 溶劑儲(chǔ)存使用各種溶劑對(duì)納米粉體進(jìn)行保護(hù)是一種有效的儲(chǔ)運(yùn)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(lái)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(tuán)聚。3.2.4 加強(qiáng)儲(chǔ)運(yùn)管理在納米粉體的儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中，要嚴(yán)格按照其運(yùn)輸管理等規(guī)章制度來(lái)執(zhí)行。納米粉體應(yīng)儲(chǔ)存在避光、干燥、陰涼的地方，堆放時(shí)要做到包裝之間沒有擠壓力，而且納米粉體堆放時(shí)間不易過(guò)長(zhǎng)，最好是按照訂單生產(chǎn)，運(yùn)輸過(guò)