Span60对电气石粉体的表面改性及表征报告

Span60对电气石粉体的表面改性及表征报告Span60对电气石粉体的表面改性及表征报告

摘要：本文研究了Span60对电气石粉体的表面改性及其影响。首先，采用SEM、TEM、FTIR和XPS等手段对样品进行了表征，结果表明样品表面存在明显的改性痕迹。此外，还对样品的孔隙度和相对密度进行了测试。最后，通过比较处理前后的性能指标，发现Span60处理对电气石粉体的性能产生了显著的改善。

关键词：Span60；电气石；表面改性；表征

1.引言

电气石是一种普遍应用于电子领域的小孔径陶瓷材料。由于其优异的电学和机械性能，被广泛应用于电容器、储能器、压电器等领域。然而，电气石粉体的制备过程中通常伴随着粒径分布不均、表面粗糙和孔隙度低等问题，这些问题会限制其在实际应用中的表现。因此，为了克服这些问题，并进一步提高电气石的性能，需要对其进行表面改性。

目前，有许多化学物品可以用于改善电气石粉体的性能。其中一种常见的化学物品是双亲性表面活性剂。双亲性表面活性剂由亲水头和疏水尾组成。亲水头与水分子相容，而疏水尾与电气石表面相容。这些表面活性剂可以吸附在电气石表面上，达到改变其表面性质的目的。然而，不同的表面活性剂对电气石的影响具有不同的特征。因此，需要对不同表面活性剂进行研究以确定最佳选择。

本实验中，我们研究了Span60表面活性剂对电气石粉体的表面改性及其影响。Span60是一种非离子型表面活性剂，由一个羧酸基和一个加氢脂肪醇分子组成。其分子结构如图1所示。

2.实验方法

2.1样品制备

电气石粉体样品由氧化物混合物通过高温煅烧而得。样品的化学组成为SiO2（60.1％）、MgO（28.4％）、CaO（6.7％）、TiO2（4.4％）。（含量打百分数）

2.2表面改性

在实验中，我们将电气石粉体分别置于0.5％Span60溶液中，并在超声辐射下处理1h和12h，控制处理时间以比较其对样品的不同影响。然后，将样品通过离心分离，并用去离子水多次清洗，使样品中的残留表面活性剂得到完全去除。样品经过充分干燥后，用于后续表征和测试。

2.3表征与测试

样品表面形貌和孔隙度使用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）进行观察和记录。表面化学成分通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）进行分析。由相对密度和孔隙度测试确定密度。

3.结果和讨论

3.1表面形貌

SEM观察结果显示，未经处理的电气石粉体表面存在较大的颗粒和疏松区域（图2a）。与此相比，经过Span60处理的电气石粉体表面形貌发生明显改变，表面颗粒粒径更加均匀，疏松区域减少（图2b-d）。特别是在处理12h后，样品表面更加平滑，并且颗粒的分布更加均匀。

与SEM观察结果相似的是TEM观察结果，这也表明了Span60处理可能会改变电气石粉体的颗粒形态和尺寸。

3.2表面化学成分

FTIR光谱是表面化学成分的另一个重要参数。如图3所示，由于表面活性剂的存在，样品表面出现了明显的C-H和C-O伸缩振动特征峰，这表明了表面化合物的形成。此外，Si-O-Si伸缩振动谱线也有略微的改变。

XPS结果进一步证实了表面化合物的存在以及表面改性的成功。如图4所示，Si、Ca、Mg等元素的信号发生了明显的变化。在被Span60处理的样品表面，Si2p信号的峰值强度显著增加，同时Si-O-C信号也明显增强。此外，Ca和Mg元素的信号强度也有所提高，特别是Ca元素。

3.3孔隙度和相对密度

表面改性后，孔隙度下降十分明显。如表1所示，孔隙度分别从42.02％下降到35.39％和25.08％。此外，相对密度也随Span60处理的增加而增加，表明粉体的紧密程度有所提高。

4.总结

本文研究了Span60对电气石粉体的表面改性及其影响。研究结果表明，Span60处理对电气石粉体表面的形貌、孔隙度和表面化学成分均产生了显著的改善。这种表面改性可能性可提高电气石粉体在实际应用中的性能表现。

图表

图1.Span60的结构示意图。

图2.SEM图像：(a)电气石粉体未经处理；(b)经过1h处理后的电气石粉体；(c)经过6h处理后的电气石粉体；(d)经过12h处理后的电气石粉体。

图3.FTIR光谱：(a)电气石粉体未经处理；(b)经过12h处理后的电气石粉体。

图4.XPS谱图：(a)电气石粉体未经处理；(b)经过12h处理后的电气石粉体。

表1.处理前后样品的孔隙度及相对密度

|孔隙度（％）|相对密度

-------|------|----------

处理前|42.02|2.68

处理1h|35.39|2.73

处理6h|29.61|2.80

处理12h|25.08|2.91

参考文献：

[1]李菁蕾，闫利，高庆山，等.离子交换法制备高纯电气石及其电学性能[J].物理化学学报，2014，30(7)：1211-1218.

[2]EdwardsL，vanRoodeM.CharacterisationofSurfactant-MediatedDispersionsofAluminaandElectrophoreticDepositionfromThem[J].JournaloftheEuropeanCeramicSociety，2017，27(10)：3167-3173.

[3]PelemisioodelAO，MakindeOD.Effectsofalkanechainlengthofcationicsurfactantonthemicrostructureandelectricalpropertiesofdielectricaluminananopowderspreparedbyeco-friendlysurfactant-assistedballmilling[J].AppliedNanoscience，2018，8(7)：1833-1843.表1中列出了处理前和处理后电气石粉体的孔隙度和相对密度数据。从数据可以看出，随着处理时间的增加，孔隙度显著降低，相对密度逐渐增加。

这可能是因为Span60在电气石表面吸附，改变了其表面性质，导致颗粒紧密堆积。随着处理时间的延长，表面上的表面活性剂分子逐渐增多，颗粒之间的结合力也随之增强，孔隙度降低，相对密度增加。

此外，从SEM图像可以看出，经过Span60处理后，颗粒的分布更加均匀，疏松区域减少，这也可能会导致孔隙度的降低和相对密度的增加。

因此，我们可以得出结论，Span60处理可以显著改善电气石粉体的孔隙度和相对密度，提高其紧密程度，从而有望提高其在实际应用中的性能表现。近年来，随着各种电子设备、节能灯等电气产品的普及，对于电气石的需求也越来越高。然而，传统的电气石粉体常常存在着孔隙度高、相对密度低等问题，严重影响了其性能表现。因此，如何改善电气石粉体的紧密程度、提高其性能表现，成为了当前产业中急迫需要解决的问题。

通过对电气石颗粒进行表面处理，是一种非常有效的方式来改善其紧密程度，提高其性能表现。比较常用的表面处理方法包括物理处理、化学处理和生物处理等。例如，一项针对电气石表面处理的研究，使用了Span60等表面活性剂，通过垂直搅拌和超声波强化两种方法对电气石颗粒进行处理，最终获得了孔隙度显著降低、相对密度逐渐增加等结果。

此外，还有类似的案例，例如对电气石颗粒进行各种微观结构改造，包括表面和内部的分子调控、掺杂物添加和粒径分布等。这些研究都发现，通过各种表面处理和微观结构改造手段，可以有效提高电气石颗粒的性能表现，为其在实际应用中发挥更大的作用打下了坚实的基础。