纳米粉体表面及其团聚机理 2014

1、纳米粉体的表面及其团聚机理纳米粉体的表面及其团聚机理主讲：李 国 栋 Prof2011年10月中南大学粉末冶金研究院思思 考考 题题 纳米粉体与一般粉体的本质区别是什么？纳米粉体与一般粉体的本质区别是什么？ 纳米粉体的基本特征是什么？纳米粉体的基本特征是什么？ 怎样获得纳米晶陶瓷？怎样获得纳米晶陶瓷？ 你对纳米科技发展是怎样看待？你对纳米科技发展是怎样看待？第三章第三章 纳米粉体团聚机理纳米粉体团聚机理 3.1 纳米粉体的表面结构纳米粉体的表面结构 1 清洁粉体的表面原子结构、特性清洁粉体的表面原子结构、特性 表面原子排列突然中断，如果在该处原子仍按照表面原子排列突然中断，如果在该处原子仍按照

2、内部方式排列，则势必增大系统的自由能内部方式排列，则势必增大系统的自由能(主要是主要是弹性能弹性能). 为此，表面附近原子排列必须进行调整为此，表面附近原子排列必须进行调整. 调整方式有两种：调整方式有两种： (1)自行调整自行调整，表面处原子排列与内部有明显不同；，表面处原子排列与内部有明显不同； (2)靠外来因素调整靠外来因素调整，如吸附杂质，生成新相等，如吸附杂质，生成新相等第三章第三章 纳米粉体团聚机理纳米粉体团聚机理 3.1 纳米粉体的表面结构纳米粉体的表面结构 1 清洁粉体的表面原子结构、特性清洁粉体的表面原子结构、特性 几种清洁表面结构几种清洁表面结构驰豫驰豫 重构重构 偏析偏析

3、吸附吸附 化合物化合物台阶台阶第三章第三章 纳米粉体团聚机理纳米粉体团聚机理 3.1 纳米粉体的表面结构纳米粉体的表面结构 1 清洁粉体的表面原子结构、特性清洁粉体的表面原子结构、特性 驰豫驰豫(relaxation)、重构、重构(reconstruction)、吸附、吸附(chemisorption)等是常见表面结构与现象等是常见表面结构与现象. 驰豫、重构、偏析驰豫、重构、偏析(segregation)、台阶台阶(ledge)属粉表面属粉表面自行调整自行调整且通常是驰豫的且通常是驰豫的. 表面原子表面原子(或离子或离子)间距偏离体内的晶体晶格常数间距偏离体内的晶体晶格常数，而晶胞结构基本不

4、变，而晶胞结构基本不变，这种情况称这种情况称驰豫驰豫NaCl 理想结构与驰豫结构理想结构与驰豫结构Na+Cl双电层结构双电层结构第三章第三章 纳米粉体团聚机理纳米粉体团聚机理 3.1 纳米粉体的表面结构纳米粉体的表面结构 1 清洁粉体的表面原子结构、特性清洁粉体的表面原子结构、特性 金属氧化物粉表面金属氧化物粉表面（如（如SiO2、Al2O3、ZrO2等）等）一般也有类似的一般也有类似的弛豫结构弛豫结构. 存在表面电矩，氧离存在表面电矩，氧离子在最外层，而使表面常带负电荷子在最外层，而使表面常带负电荷 氧离子亚层与金属离子亚层的厚度直接影响粉氧离子亚层与金属离子亚层的厚度直接影响粉（或浆体）的

5、等电点（或浆体）的等电点（IEP）等电性能（如胶体）等电性能（如胶体双电层），以及粉的化学吸附、化学反应等物双电层），以及粉的化学吸附、化学反应等物化性能化性能. 3.1 纳米粉体的表面结构纳米粉体的表面结构 1 清洁粉体的表面原子结构、特性清洁粉体的表面原子结构、特性 如果是同种粉体，无论杂质存在与否，由于驰豫如果是同种粉体，无论杂质存在与否，由于驰豫产生的表面电荷彼此相互排斥，要使这些粉紧密产生的表面电荷彼此相互排斥，要使这些粉紧密接触会相当困难，从而带来粉成型工艺困难（如接触会相当困难，从而带来粉成型工艺困难（如干磨后未吸附水的粉难以干压成型）干磨后未吸附水的粉难以干压成型）. 即驰豫现

6、即驰豫现象不会导致粉团聚，而是分散象不会导致粉团聚，而是分散. 从能量的角度从能量的角度,弛豫导致粉体表面相互靠近至紧密弛豫导致粉体表面相互靠近至紧密接触时接触时,产生强大的键力而相互排斥产生强大的键力而相互排斥第三章第三章 纳米粉体团聚机理纳米粉体团聚机理 3.1 纳米粉体的表面结构纳米粉体的表面结构 1 清洁粉体的表面原子结构、特性清洁粉体的表面原子结构、特性 其它几种靠表层原子自行调整方式，如重构、偏其它几种靠表层原子自行调整方式，如重构、偏析、台阶（如图析、台阶（如图1b、图、图1c、图、图1f）也不会导致粉）也不会导致粉团聚团聚. 并且往往也是驰豫结构并且往往也是驰豫结构. 因此，导

7、致团聚的因此，导致团聚的因素必定是外来因素，即化学吸附或有新化合物因素必定是外来因素，即化学吸附或有新化合物生成引起的生成引起的. 当使用的纳米粉之间不起化学反应，也没有足够当使用的纳米粉之间不起化学反应，也没有足够的能量进行成核、长大，那么的能量进行成核、长大，那么引起团聚的因素就引起团聚的因素就一定与环境介质有关，如化学反应或化学吸附一定与环境介质有关，如化学反应或化学吸附.第三章第三章 纳米粉体团聚机理纳米粉体团聚机理 3.1 纳米粉体的表面结构纳米粉体的表面结构 2 大气环境下的纳米粉体表面原子结构、特性大气环境下的纳米粉体表面原子结构、特性 由于粉体外表面结构不同于内表面的结构由于粉

8、体外表面结构不同于内表面的结构,导致过导致过剩能量即表面能的产生。随着粉体变细剩能量即表面能的产生。随着粉体变细,其比表面其比表面积增加积增加,表面能增大表面能增大,表面效应表面效应(如弛豫、偏析、吸如弛豫、偏析、吸附附) 、量子尺寸效应、量子尺寸效应(如能隙变宽等如能隙变宽等) 增强增强,熔点降熔点降低低,使纳米粉的表面性质变得更加活跃使纳米粉的表面性质变得更加活跃,许多在加许多在加热条件下或高温下才发生的化学反应热条件下或高温下才发生的化学反应,在常温下已在常温下已经很剧烈了经很剧烈了第三章第三章 纳米粉体团聚机理纳米粉体团聚机理 3.1 纳米粉体的表面结构纳米粉体的表面结构 2 大气环境

9、下纳米粉体表面原子结构、特性大气环境下纳米粉体表面原子结构、特性 随着比表面积的增加随着比表面积的增加,表面层原子数量增加到一定表面层原子数量增加到一定程度引起结构与性质的质变程度引起结构与性质的质变,出现久保效应等。纳出现久保效应等。纳米粉能够从空气中吸附大量的水米粉能够从空气中吸附大量的水,在表面形成羟基在表面形成羟基层和多层物理吸附水。层和多层物理吸附水。第三章第三章 纳米粉体团聚机理纳米粉体团聚机理OH 峰峰取取Al2O3 纳米（纳米（60nm）粉于）粉于120保温保温1h，密封密封. 用美国用美国Nicolt 公司公司170st FTTR 红外光谱仪红外光谱仪（有付立叶变换）进行测试

10、（有付立叶变换）进行测试其块状单晶无此峰其块状单晶无此峰 从亚微米到纳米级从亚微米到纳米级-Al2O3 粉在常温下和空气中都具粉在常温下和空气中都具有如图所示的吸湿曲线有如图所示的吸湿曲线,且吸湿性随表观密度、粒度的减且吸湿性随表观密度、粒度的减小而增强。小而增强。 将纳米将纳米-Al2O3 粉末少量入坩埚，放入通粉末少量入坩埚，放入通N2气的高气的高温炉中加热至温炉中加热至900，恒温，恒温1h，冷却至，冷却至180时，迅速时，迅速用耐高温密封胶密封用耐高温密封胶密封. 至室温后，称重至室温后，称重. 打开盖子，让打开盖子，让-Al2O3 粉吸附空气中的水分，每粉吸附空气中的水分，每3min

11、 称量一次称量一次加热（加热（800900）而脱去水的纳米）而脱去水的纳米Al2O3粉在甲基红溶液吸附甲基红时，与脱水前的粉在甲基红溶液吸附甲基红时，与脱水前的Al2O3粉相比，吸附量明显减少粉相比，吸附量明显减少. 这表明：甲这表明：甲基红是由铝醇基（基红是由铝醇基（ Al-OH）吸附，而不易被铝氧）吸附，而不易被铝氧基基(Al-O-Al)表面吸附表面吸附. 也说明也说明Al2O3粉在加热过程粉在加热过程中，铝醇基会脱水变成铝氧键表面中，铝醇基会脱水变成铝氧键表面.3.1 纳米粉体的表面结构纳米粉体的表面结构 8h 吸附水量为吸附水量为3010-3g，比亚微米粉体吸，比亚微米粉体吸水大得多水

12、大得多4. 对于粒径为对于粒径为=60nm 的纳米粉的纳米粉来说，来说，远远超过单位表面最大单层化学吸远远超过单位表面最大单层化学吸附量附量(表面全为羟基时，约表面全为羟基时，约11018 个/m2). 这表明这表明纳米粉吸附空气中水反应生成羟基纳米粉吸附空气中水反应生成羟基后，羟基又以物理吸附的形式继续吸附空后，羟基又以物理吸附的形式继续吸附空气中的水气中的水.物理吸附水量随时间有不断增加物理吸附水量随时间有不断增加趋势，这是粉体表面自由能不断降低，趋趋势，这是粉体表面自由能不断降低，趋向稳定结构的结果向稳定结构的结果. 3.1 纳米粉体的表面结构纳米粉体的表面结构 2 大气环境下纳米粉体表

13、面原子结构、特性大气环境下纳米粉体表面原子结构、特性 大多数氧化物、金属、碳化物、氮化物等纳米粉大多数氧化物、金属、碳化物、氮化物等纳米粉体在大气环境下都有这种表面羟基层结构体在大气环境下都有这种表面羟基层结构,因而它因而它们的们的团聚机理是相同团聚机理是相同的的(lgd) 。 所不同的是所不同的是,过渡层的结构及羟基的排列不同过渡层的结构及羟基的排列不同,并并与制备工艺与环境的温度、气氛等有关。所以与制备工艺与环境的温度、气氛等有关。所以,弄弄清表面羟基层结构相互作用与导致聚集机制是研清表面羟基层结构相互作用与导致聚集机制是研究粉体团聚机理的前提究粉体团聚机理的前提第三章第三章 纳米粉体团聚

14、机理纳米粉体团聚机理 3.2 纳米粉体的团聚机理纳米粉体的团聚机理 1 纳米粉体团聚力的来源纳米粉体团聚力的来源 新破碎的干燥的超细粉体和用溅射法制备的纳米新破碎的干燥的超细粉体和用溅射法制备的纳米粉体是分散的粉体是分散的,在干燥或有惰性气体保护的条件下在干燥或有惰性气体保护的条件下是很难把它们压成块是很难把它们压成块,除非压力超过粉体的自身强除非压力超过粉体的自身强度度,说明说明粉体自身表面结构调整是不会导致团聚粉体自身表面结构调整是不会导致团聚。 在真空状态下在真空状态下, ,原子团簇不会自发降低表面自由能原子团簇不会自发降低表面自由能而自动聚集而自动聚集, ,需要克服一定的势垒才能使原子

15、团簇需要克服一定的势垒才能使原子团簇相互团聚、长大相互团聚、长大, ,一般需要较高的温度或能量。这一般需要较高的温度或能量。这就从动力学上定性说明了就从动力学上定性说明了常温下清洁的纳米粉体常温下清洁的纳米粉体是分散的是分散的, ,不会自动团聚（不会自动团聚（lgdlgd）。第三章第三章 纳米粉体团聚机理纳米粉体团聚机理 3.2 纳米粉体的团聚机理纳米粉体的团聚机理 1 纳米粉体团聚力的来源纳米粉体团聚力的来源 超细粉体（纳米粉体）自身表面结构的调整是不超细粉体（纳米粉体）自身表面结构的调整是不会导致团聚。会导致团聚。团聚力的来源只有在外来物质的作团聚力的来源只有在外来物质的作用下用下,粉体间

16、的作用力才会由排斥变为吸引并增加粉体间的作用力才会由排斥变为吸引并增加到越过势垒到越过势垒,导致团聚（导致团聚（lgd）。第三章第三章 纳米粉体团聚机理纳米粉体团聚机理 3.2 纳米粉体的团聚机理纳米粉体的团聚机理 1 纳米粉体团聚力的来源纳米粉体团聚力的来源大气环境大气环境 1） 氢键与毛细管力的形成氢键与毛细管力的形成 氧化物、金属、碳化物、氮化物等物质的表面在氧化物、金属、碳化物、氮化物等物质的表面在大气环境下都有一层羟基大气环境下都有一层羟基,这是表面的悬键与空气这是表面的悬键与空气中的中的O2 和水等反应形成的（和水等反应形成的（lgd）。 表面羟基层的形成表面羟基层的形成,一方面使

17、表面结构发生变化一方面使表面结构发生变化,减减少了表面因弛豫现象而出现的静电排斥作用少了表面因弛豫现象而出现的静电排斥作用;另一另一方面方面,导致羟基间的导致羟基间的范德华力、氢键范德华力、氢键的产生的产生,使粉体使粉体间的排斥力变为吸引力间的排斥力变为吸引力,导致团聚（导致团聚（lgd） 。第三章第三章 纳米粉体团聚机理纳米粉体团聚机理 随着羟基的密度、数量及活度增加随着羟基的密度、数量及活度增加,团聚加剧。表团聚加剧。表面羟基活度与粉体结构、阳离子极化率、量子尺面羟基活度与粉体结构、阳离子极化率、量子尺寸效应和电子结构等有关寸效应和电子结构等有关 由于在由于在羟基层羟基层(R O H) 中

18、氧的两端中氧的两端,一端是高一端是高价金属离子价金属离子Rn + ( n = 2 ,3 ,4 ,5 等等) ,另一端是电另一端是电荷小的氢离子荷小的氢离子,结构不平衡结构不平衡,表面过剩能仍较大表面过剩能仍较大,从从而使羟基继续以物理吸附的形式吸附水等极性物而使羟基继续以物理吸附的形式吸附水等极性物质质 物理吸附水层由于羟基的极化作用物理吸附水层由于羟基的极化作用,使吸附水性更使吸附水性更强强(如如H+ 、OH- ,在吸附层的浓度远大于自由水中在吸附层的浓度远大于自由水中的浓度的浓度) 。第。第1 层物理吸附水的极化又会促进第层物理吸附水的极化又会促进第2 层、第层、第3 层物理吸附水极化。层

19、物理吸附水极化。这种作用有利于吸这种作用有利于吸附水层的增厚附水层的增厚,当吸附层达到一定厚度当吸附层达到一定厚度,粉表面就粉表面就形成了水膜形成了水膜,于是产生另一种大的吸引力即水膜的于是产生另一种大的吸引力即水膜的表面张力表面张力。极化与反极化作用又会促进表面离子。极化与反极化作用又会促进表面离子离解或水化离解或水化,形成新的物质即形成新的物质即固相桥固相桥。活化能进一。活化能进一步降低步降低,使粉间形成新相使粉间形成新相,形成形成一次团聚一次团聚,二次团聚二次团聚。 3.2 纳米粉体的团聚机理纳米粉体的团聚机理 1 纳米粉体团聚力的来源纳米粉体团聚力的来源大气环境大气环境 2） 粉体间的

20、化学反应粉体间的化学反应 羟基层间的氢键和范德华力作用只能使粉体间形羟基层间的氢键和范德华力作用只能使粉体间形成软团聚成软团聚,羟基层间化学反应才是羟基层间化学反应才是氧化物、金属、氧化物、金属、碳化物、氮化物等纳米粉体产碳化物、氮化物等纳米粉体产生硬团聚根源生硬团聚根源（lgd）。 在水的作用在水的作用(H+ ,OH- ) 下下,粉体表面会部分溶解或粉体表面会部分溶解或离解离解,在表层水膜中出现多种离子。如在表层水膜中出现多种离子。如-Al2O3在在表层水膜中有表层水膜中有: AlO+ , AlO (OH) , Al (OH) 2 + ,Al (OH) 2 + ,Al3+ ,AlO2- ,O

21、H- ,H+ 等等,还有外来杂质带还有外来杂质带入的电解质、有机物等。入的电解质、有机物等。第三章第三章 纳米粉体团聚机理纳米粉体团聚机理 3.2 纳米粉体的团聚机理纳米粉体的团聚机理 1 纳米粉体团聚力的来源纳米粉体团聚力的来源大气环境大气环境 2） 粉体间的化学反应粉体间的化学反应 随着温度变化与水分的蒸发随着温度变化与水分的蒸发,在在表面易发生化学反表面易发生化学反应应,生成氧桥、盐桥或有机桥等键合聚集体生成氧桥、盐桥或有机桥等键合聚集体,即硬即硬团聚体团聚体,这种反应往往这种反应往往是不可逆是不可逆的的第三章第三章 纳米粉体团聚机理纳米粉体团聚机理氢键氢键加热加热在干燥和烧结前期在干燥

22、和烧结前期,由于温度、电解质等作用由于温度、电解质等作用,反应活化能降低反应活化能降低,使固相桥的生成更加容易使固相桥的生成更加容易,团团聚加剧。在干燥后期聚加剧。在干燥后期,一方面毛细表面张力或一方面毛细表面张力或液相桥的作用使粉不均匀聚集液相桥的作用使粉不均匀聚集;另一方面另一方面, 电解电解质浓度升高、温度升高使反应变快质浓度升高、温度升高使反应变快,团聚相当团聚相当剧烈剧烈,有时甚至出现超低温烧结有时甚至出现超低温烧结 纳米粉随着表层大量羟基的生成和吸附水的增加纳米粉随着表层大量羟基的生成和吸附水的增加,表层水膜中离子浓度增加表层水膜中离子浓度增加,粉间出现类似于粉间出现类似于“凝胶凝

23、胶”的不均匀凝结的不均匀凝结(聚合反应聚合反应) ,甚至出现离子扩散与晶甚至出现离子扩散与晶体生长体生长,因此导致因此导致纳米粉的贮存、运输、成型困难纳米粉的贮存、运输、成型困难。 浆体或坯体在干燥后期出现裂纹浆体或坯体在干燥后期出现裂纹,这是不均匀聚集这是不均匀聚集的宏观表现的宏观表现。 粉体越细粉体越细,生成羟基密度就越大生成羟基密度就越大,羟基的活性越高羟基的活性越高,粉体间聚合反应如粉体间聚合反应如Al (OH)3 ,Si (OH)4 胶体的聚合胶体的聚合反应越剧烈反应越剧烈。 纳米粉体的纳米粉体的低温烧结是产生硬团聚的另一个原因低温烧结是产生硬团聚的另一个原因。 3）水在粉体团聚中的

24、作用）水在粉体团聚中的作用 而在有水气存在的干燥、热解等加热过程中而在有水气存在的干燥、热解等加热过程中,水成水成为粉体团聚的为粉体团聚的促进剂促进剂。一方面使粉体表面生成羟。一方面使粉体表面生成羟基基,粉体间相互由排斥变为吸引粉体间相互由排斥变为吸引,温度的作用降低温度的作用降低了反应的活化能了反应的活化能,提高了反应速度提高了反应速度;另一方面另一方面,水在水在粉体的团聚反应过程中不是被消耗掉粉体的团聚反应过程中不是被消耗掉,而是作为而是作为催催化剂化剂。所以。所以,只要存在微量的水只要存在微量的水,在生产和加热过在生产和加热过程中就会产生大量的团聚程中就会产生大量的团聚,且温度越高且温度

25、越高,时间越长时间越长,团聚越严重团聚越严重,二次粒子越大。纳米微粒表面间的反二次粒子越大。纳米微粒表面间的反应动力学还需要进一步研究应动力学还需要进一步研究 3.2 纳米粉体的团聚机理纳米粉体的团聚机理 1 纳米粉体团聚力的来源纳米粉体团聚力的来源大气环境大气环境 2） 粉体间的化学反应粉体间的化学反应 随着温度变化与水分的蒸发随着温度变化与水分的蒸发,在在表面易发生化学反表面易发生化学反应应,生成氧桥、盐桥或有机桥等键合聚集体生成氧桥、盐桥或有机桥等键合聚集体,即硬即硬团聚体团聚体,这种反应往往这种反应往往是不可逆是不可逆的的第三章第三章 纳米粉体团聚机理纳米粉体团聚机理 3.3 无团聚纳

26、米粉体制备方法与机理 1 控制和消除大气环境下纳米粉团聚的控制和消除大气环境下纳米粉团聚的措施措施: a. 保持纳米粉体清洁表面结构和电矩排斥的分保持纳米粉体清洁表面结构和电矩排斥的分散状态散状态,防止防止(或消除或消除) 表面羟基层的产生表面羟基层的产生; b. 提高粉间的排斥能提高粉间的排斥能,增大粉间的距离增大粉间的距离,减少羟基减少羟基间相互作用力间相互作用力(范德华力、氢键范德华力、氢键) ; c. 将羟基层屏蔽将羟基层屏蔽、避免羟基层起作用、避免羟基层起作用; d. 减少电解质的产生和引入减少电解质的产生和引入等。关键是降低或等。关键是降低或消除表面羟基层相互作用消除表面羟基层相互

27、作用,以有效地防止和降低团以有效地防止和降低团 聚。聚。第三章第三章 纳米粉体团聚机理纳米粉体团聚机理 真空和惰性气体保护以及对纳米微粒的表真空和惰性气体保护以及对纳米微粒的表面进行改性是得到无团聚纳米粉体的面进行改性是得到无团聚纳米粉体的2 类方类方法。法。 3.3 无团聚纳米粉体制备方法与机理 2 真空和惰性气体保护真空和惰性气体保护 在制备、储存、使用过程中采用真空和惰性气体在制备、储存、使用过程中采用真空和惰性气体保护可有效地减轻乃至消除纳米粉体的团聚保护可有效地减轻乃至消除纳米粉体的团聚。 其原理是其原理是,采用真空或不与纳米粉体起反应的气体采用真空或不与纳米粉体起反应的气体保护保护

28、,维持清洁纳米粉体表面结构或吸附维持清洁纳米粉体表面结构或吸附(属物理属物理吸附吸附) 一层不与纳米粉体发生反应或化学吸附的一层不与纳米粉体发生反应或化学吸附的气体气体,让表面原子保持弛豫等自身调整结构与电矩让表面原子保持弛豫等自身调整结构与电矩排斥状态排斥状态,即即保持静电稳定保持静电稳定,如用物理气相沉积可如用物理气相沉积可制得无团聚的纳米粉制得无团聚的纳米粉。第三章第三章 纳米粉体团聚机理纳米粉体团聚机理 在大气环境或有极性气体存在时制备的纳米粉体在大气环境或有极性气体存在时制备的纳米粉体则不能避免团聚则不能避免团聚,如如超高速气流破碎超高速气流破碎的粉体是团聚的粉体是团聚的。的。 防止

29、空气与水的进入即保持环境为真空状态是获防止空气与水的进入即保持环境为真空状态是获得无团聚纳米粉体的关键得无团聚纳米粉体的关键.但要想环境保持真空但要想环境保持真空,须要大幅度增加成本须要大幅度增加成本,且给贮存、使用带来困难且给贮存、使用带来困难;而采用惰性气体保护需要高密封性能的容器和材而采用惰性气体保护需要高密封性能的容器和材料。料。 为解决这个问题为解决这个问题,应用惰性气体凝聚原位加压法应用惰性气体凝聚原位加压法,保证了纳米微粒具有清洁的表面保证了纳米微粒具有清洁的表面,减轻团聚减轻团聚,使制使制得的块体材料的纯度高得的块体材料的纯度高 3.3 无团聚纳米粉体制备方法与机理 2 纳米微

30、粒的表面改性纳米微粒的表面改性 表面改性是避免纳米粉体在储存、使用过程中发表面改性是避免纳米粉体在储存、使用过程中发生防团聚的有效方法。生防团聚的有效方法。 无机和金属纳米微粒的表面改性无机和金属纳米微粒的表面改性防团聚的原理防团聚的原理是是:通过化学吸附或化学反应在微粒的表面上形成一通过化学吸附或化学反应在微粒的表面上形成一层无害有机物层无害有机物,减少或消除表面羟基层的产生减少或消除表面羟基层的产生,并并利用利用有机物的空间位阻有机物的空间位阻作用作用,对羟基层进行屏蔽对羟基层进行屏蔽,从而达到防止团聚的目的。从而达到防止团聚的目的。第三章第三章 纳米粉体团聚机理纳米粉体团聚机理 3.3

31、无团聚纳米粉体制备方法与机理 2 纳米微粒的表面改性纳米微粒的表面改性 改性原理改性原理是是:利用利用电荷转移络合体电荷转移络合体,通过有机官能通过有机官能团对粒子表面进行化学吸附或化学反应团对粒子表面进行化学吸附或化学反应,使表面活使表面活性剂覆盖于粒子表面性剂覆盖于粒子表面, 如用硬脂酸、硅烷、钛酸酯类偶联剂、有机硅、如用硬脂酸、硅烷、钛酸酯类偶联剂、有机硅、表面活性剂、聚电解质等作为电荷转移络合体。表面活性剂、聚电解质等作为电荷转移络合体。 采用这种方法不仅可得到采用这种方法不仅可得到无团聚的纳米粉体无团聚的纳米粉体,同时同时还还赋予粉体良好的陶瓷成型性能赋予粉体良好的陶瓷成型性能和在有

32、机和在有机/ 纳米纳米复合材料中良好的分散、连接性能等复合材料中良好的分散、连接性能等第三章第三章 纳米粉体团聚机理纳米粉体团聚机理表面改性例子表面改性例子 用硬脂酸等改性制得无团聚亚微米、纳米用硬脂酸等改性制得无团聚亚微米、纳米粉体粉体,并用干压、注浆等成型方法得到了均并用干压、注浆等成型方法得到了均匀致密的陶瓷坯体匀致密的陶瓷坯体 物理吸附与化学吸附可在一定程度上减轻物理吸附与化学吸附可在一定程度上减轻团聚团聚,如醇如醇-水共沸蒸馏干燥去水可用于制备水共沸蒸馏干燥去水可用于制备少团聚的纳米粉体少团聚的纳米粉体 加入非离子表面活性剂的加入非离子表面活性剂的ZnSO4 和和NH4HCO3 可沉淀出少团聚的碱式碳酸可沉淀出少团聚的碱式碳酸锌锌,再用含有表面活性剂的水洗涤再用含有表面活性剂的水洗涤,干燥后干燥后表面活性剂仍然吸附在粒子表面表面活性剂仍然吸附在粒子表面,可得到可得到有空间位阻无团聚的碱式碳酸锌有空间位阻无团聚的碱式碳酸锌,在在350 550 加热就能得到少团聚纳米加热就能