纳米粉体的分散 技术总结     DATE: 2019-07-26 01:06

  由于纳米粒子具有大比表面积,随着粒子半径的减小,其表面能和表面张力都急剧增大;此外,极速快三投注平台还具有小尺寸效应、量子尺寸效应和量子隧道效应,因此纳米材料具有独特的力学、光、热、电、磁、吸附、气敏等性质,在信息、能源、环境和生物技术等高科技产业都具有很广泛的应用。

  由于纳米粉体具有极大的比表面积和较高的表面能,在制备和使用过程中,极易发生粒子团聚,形成二次粒子,使粒径变大,从而失去纳米微粒具备的功能。因而需要对纳米粉体进行分散。

  所谓纳米粉体的团聚是指原生的纳米粉体颗粒在制备、分离、处理及存放过程相互连接、由多个颗粒形成较大的颗粒的团簇的现象。粉体的团聚一般分为软团聚和硬团聚两种。

  由于纳米粒子所具有的特殊的表面结构,所以在粒子间存在着有别于常规粒子和颗粒间的作用能——纳米作用能。这种纳米作用能就是纳米粒子的表面因缺少相邻配位的原子,具有很高的活性而使纳米粒子彼此团聚的内在属性,其物理意义应是单位比表面积纳米粒子具有的吸附力,它是纳米粒子几方面吸附的总和:纳米粒子间氢键、静电作用产生的吸附;纳米粒子间的量子隧道效应、电荷转移和界面原子的局部藕合产生的吸附;纳米粒子巨大的比表面产生的吸附。

  要使纳米粒子分散,就必须增强纳米粒子间的排斥作用能:强化纳米粒子表面对分散介质的浸润性,改变其界面结构,提高溶剂化膜的强度和厚度,增强溶剂排斥化作用;增大纳米粒子表面双电层的电位绝对值,增强纳米粒子间的静电排斥作用;通过高分子分散剂在纳米粒子表面吸附,产生并强化立体保护作用。

  机械分散是借助外界剪切力或撞击力等机械能使纳米粒子在介质中分散的一种方法。事实上,这是一个非常复杂的分散过程,是通过对分散体系施加机械力,而引起体系内物质的物理、化学性质变化以及伴随一系列的化学反应来达到分散目的,这种现象称为机械化学反应。

  机械分散法有研磨分散、普通球磨分散、振动球磨分散、胶体磨分散、空气磨分散、机械高速搅拌等。

  超声波分散是降低纳米微粒团聚的有效方法,利用超声空化时产生的局部高温、高压或强冲击波和微射流等,可较大幅度地弱化纳米微粒间的纳米作用能,有效地防止纳米微粒团聚而使之充分分散,但应避免使用过热超声搅拌,因为随着热能和机械能的增加,颗粒碰撞的几率也增加,反而导致进一步的团聚。因此,应该选择最低限度的超声分散方式来分散纳米颗粒。

  此法是通过高能粒子作用在纳米微粒表面产生活性点,增加表面活性,使其易与其他物质发生化学反应或附着,对纳米微粒表面改性而达到易分散的目的。高能粒子包括电晕、紫外光、微波、等离子体射线等,使纳米微粒的表面受激而产生活性点。

  通过纳米微粒表面与处理剂之间进行化学反应,改变纳米微粒表面结构和状态,达到表面改性的目的,称为纳米微粒的表面化学修饰。

  具有两性结构的偶联剂,其分子中的一部分基团可与粉体表面的各种官能团反应,形成强有力的化学键合,另一部分基团可与有机高聚物发生某些化学反应或物理缠绕。

  金属氧化物与醇的反应称为酯化反应。用酯化反应对纳米微粒表面修饰,重要的是使原来亲水疏油的表面变成亲油疏水的表面,这种表面功能的改性在实际应用中十分重要。

  利用纳米微粒的表面基团,与可反应有机化合物产生化学键接,形成纳米有机接枝化合物,通过有机支链化合物在有机介质中的可溶性,增强纳米粒子在有机介质中的分散。

  主要是通过分散剂吸附改变粒子的表面电荷分布,产生静电稳定和空间位障稳定作用来达到分散效果,主要有三种机制。

  在静电稳定机制中,带电粒子溶于极性介质(通常是水)后,在固体与溶液接触的界面上形成双电层。当两个这样的粒子碰撞时,在它们之间产生了斥力,从而使粒子保持分离状态。通过调节溶液pH值,增加粒子所带电荷,加强它们之间的相互排斥;或加入一些在液体中能电解的物质,如六偏磷酸钠、氯化钠、硝酸钾、柠檬酸钠等于溶液中,这些电解质电解后产生的离子对纳米微粒产生选择性吸附,使得粒子带上正电荷或负电荷,从而在布朗运动中,两粒子碰撞时产生排斥作用,阻止凝聚发生,实现粒子分散。

  高分子聚合物吸附在纳米微粒的表面上,形成一层高分子保护膜,包围了纳米微粒,把亲液基团伸向水中,并具有一定厚度,这一壳层增大了两粒子间最接近的距离,减小了范德华引力的相互作用,从而使分散体系得以稳定。当吸附了高分子聚合物的粒子在互相接近时将产生两种情况:吸附层被压缩而不发生互相渗透;吸附层能发生互相渗透、互相重叠。这两种情况都导致体系能量升高,自由能增大。第一种情况由于高分子失去结构熵而产生熵斥力位能;第二种情况由于重叠区域浓度升高,导致产生渗透斥力位能和混合斥力位能。因而,吸附了高分子的纳米粒子如果再发生团聚将十分困难,从而实现了粒子的分散。

  在前述情况下,如果这种聚合物是一种聚合电解质,在某个确定的pH值下,它能起到双重稳定作用,这种情况,就称为电空间位障分散机制。

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