液相法制备超细粉体的原理及特点

液相法制备超细粉体的原理及特点
液相法制备超细粉体的原理及特点

液相法制备超细粉体的原理及特点

一、超细粉体材料

任何固态物质都有一定的形状,占有相应空间,即具有一定的大小尺寸。我们通常所说的粉末或细颗粒,一般是指大小为1毫米以下的固态物质。

当固态颗粒的粒径在0.1μm一10μm之间时称为微细颗粒,或称为亚超细颗粒,空气中漂浮的尘埃,多数属于这个范围。

超细粉通常是指粒径为1 ~100nm的微粒子,其处于微观粒子和宏观物体之间的过渡状态。由于极细的晶粒大量处于晶界和晶粒内,缺陷的中心原子以及其本身具有的量子体积效应、量子尺寸效应、表面效应,介电限域效应和宏观量子隧道效应,使超细粉体材料在光、电、磁等方面表现出其他材料所不具备的特性,是重要的高科技的结构和功能材料,因而受到极大的关注,目前在冶金、化工、轻工、电子、航天、医学和生物工程等领域有着广泛的应用。

目前,超细粉的研究主要有制备、微观结构、宏观性能和应用等四个方面,其中超细粉的制备技术是关键,因为制备工艺和过程控制对纳米微粒的微观结构和宏观性能具有重要的影响。

二、液相法制备的主要特征

(1)可将各种反应的物质溶于液体中,可以精确控制各组分的含量,并实现了原子、分子水平的精确混合。

(2)容易添加微量有效成分,可制成多种成分的均一粉体。

(3)合成的粉体表面活性好。

(4)容易控制颗粒的形状和粒径。

(5)工业化生产成本较低。

(6)液相法可分为物理法和化学法

三、超细粉体的液相制备方法

制备纳米粉体的液相方法主要有液相沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法、微乳液法等。

(一)沉淀法

沉淀法是在原料溶液中添加适当的沉淀剂,使得原料液中的阳离子形成各种形式的沉淀物,

然后再经过虑、洗涤、干燥,有时还需加热分解等工艺过程制得纳米粉体的方法。沉淀法具有设备简单、工艺过程易控制、易于商业化等优点,能制取数十纳米的超细粉。沉淀法可分为共沉淀法、直接沉淀法、均匀沉淀法和水解法等。

1、共沉淀法

在混合的金属盐溶液中加入合适的沉淀剂,由于解离的离子是以均一相存在于溶液中,经反应后可以得到各种成分具有均一相的沉淀,再进行热分解得到高纯超细粉体。

如果原料溶液中有2种或2种以上的阳离子,它们以均相存在于溶液中,加入沉淀剂进行沉淀反应后,就可得到成分均一的沉淀,这就是共沉淀法。它是制备含有2种以上金属元素的复合氧化物超微粉的重要方法。

采用共沉淀法制备纳米粉体,反应物需充分混合,使反应两相间扩散距离缩短,以有利于晶核形成,同时要注意控制生成产物的化学计量比。不足之处是过剩的沉淀剂会使溶液中的全部正离子作为紧密混合物同时沉淀。利用共沉淀法制备超细粉体时,洗涤工序非常重要。此外,离子共沉淀的反应速度也不易控制。

2、直接沉淀法

这种方法是使溶液中的金属阳离子直接与沉淀剂发生化学反应而形成沉淀物。

3、均匀沉淀法

均匀沉淀法是在溶液中加入某种物质,这种物质不会立刻与阳离子发生反应生成沉淀,而是在溶液中发生化学反应缓慢地生成沉淀剂。是利用某一化学反应使溶液中的构晶离子由溶液中缓慢而均匀地产生出来的方法。

该方法的优点是颗粒均匀致密,可以避免杂质的共沉淀。缺点是反应时间过长。

4、水解沉淀法

水解沉淀法是指通过原料溶液的PH值或者通过改变原料液温度而使金属离子水解产生沉淀。

水解沉淀法以无机盐为原料,具有原料便宜、成本低的优势,是最经济的制备方法。除此之外,它还具有诸多优点,最显著的一点就是可以在常温常压条件下,采用简单的设备,于原子、分子水平上通过反应、成核、成长、收集或处理而获得高纯度的、组分均一的、尺寸达几十纳米的超细体。此外它还可以精确控制化学组成,容易添加微量的有效成分,制备粉体的表面活性好。易控制颗粒的形状和粒径。但是,因为必须通过液固分离才能得到沉淀物,要完全洗净无机杂质离子较困难;另一个需要特别重视的问题是容易形成团聚体,如控制不当,团聚将会严重影响分体的后续使用。

(二)溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶工艺是60年代发展起来的一种超细粉体的制备工艺,它是指金属有机或无机化合

物经过溶胶-凝胶化和热处理形成氧化物或其他固体化合物的方法。

采用溶胶-凝胶工艺具有反应温度低(通常在常温下)、设备简单、工艺可控可调等特点。此外,溶胶-凝胶工艺还避免了沉淀法中以无机盐为原料的阴离子污染问题,提高了纳米粉体的纯度。但是,也存在原料成本高的不足,而且为了除去化学吸附的羟基和烷基团,粉体煅烧工序必不可少。

(三)水热法

水热法制备纳米粉体是在特制的密闭反应容器里,采用水溶液作为反应介质,通过对反应容器加热,创造一个高温、高压反应环境,使前驱物在水热介质中溶解,进而成核、生长,最终形成具有一定粒度结晶形状的晶粒。水热法原理是利用了许多化合物高温和高压的水溶液中表现出与常温下不同的性质。

水热法能直接制得结晶良好的粉体,不需作高温灼烧处理,避免了在此过程中可能形成的粉体硬团聚,而且通过改变工艺条件,可实现对粉体粒径、晶型等特性的控制,因此,水热法合成的陶瓷粉体具有分散性好,无团聚或少团聚,晶粒结晶良好,晶面显露完整等特点,同时,因经过重结晶,所以制得的粉体纯度高。

(四)微乳液法

微乳液法是由表面活性剂、助表面活性剂、油和水组成的透明的、各向同性的热力学稳定体系。当微乳液体系确定后,超细粉的制备是通过混合2种含有不同反应物的微乳液实现的。微乳液中的反应完成后,先将超细颗粒与微乳液进行分离,再用有机溶剂清洗以去除附在粒子表面的油和表面活性剂,最后在一定温度下干燥,煅烧得到超细粉。

微乳液法的关键是制备微观尺寸均匀、可控、稳定的微乳液。微乳法具有不需加热、设备简单、操作容易、粒子可控等优点。

四、结语

液相法具有制备形式多样、操作简便和粒度可控等优点,可以进行产物组分含量控制,便于掺杂,能实现分子原子尺度水平上的混合,制得的粉体材料表面活性高,是目前实验室和工业上广泛采用的制备金属氧化物超细粉体材料的方法。

超细磨粉机是超细粉体生产的主要设备

超细磨粉机是超细粉体生产的主要设备 超细粉体技术是20世纪70年代中期发展起来的新兴学科,超细粉体几乎应用于国民经济的所有行业。它是改造和促进油漆涂料、信息纪录介质、精细陶瓷、电子技术、新材料和生物技术等新兴产业发展的基础,是现代高新技术的起点。在造纸行业中,造纸施胶普遍要添加10%—20%的超细粉;在高档铜板纸中,高岭土(或碳酸钙)超细粉的添加量高达40%。又如塑料制品,改性超细粉的添加量,根据产品要求的不同可高达30%—50%。在一些PVC产品的添加量已高达70%。超细粉在塑料、橡胶、电子、电缆、油漆、涂料、磨料、药品、化妆品、陶瓷、建材、食品加工和家用电器方面用量极大,如美国的面粉生产就规定了一定的滑石粉添加量。6000目以上的超细粉添加到塑料制品里(如电视机壳),不仅可以改善制品外观尺寸、光洁度、颜色、手感等物理指标,还可改善制品的强度、弹性、悠韧性和抗老化能力。超细粉体需要优质的磨粉机做生产设备,三环中速超细磨粉机,主要适用于对中、低硬度,莫氏硬度≤6级的非易燃易爆的脆性物料的超细粉加工;与一般磨粉机相比,三环中速超细磨粉机的优势还在于:1.高效、节能、环保、清洁,集四大优势于一体在成品细度及电动机功率相同的情况下,比气流磨、搅拌磨、球磨机的产量高一倍以上;采用脉冲除尘器捕捉粉尘,采用消声器降低噪声,具有环保、清洁的特点。2.易损件使用寿命可达2-5年磨辊、磨环采用特殊材料锻制而成,从而使利用程度大大提高。在物料及成品细度相同的情况下,比冲击式破碎机与涡轮粉碎机的磨损件使用寿命长2-5倍,一般可达一年以上,加工碳酸钙、方解石时,使用寿命可达2-5年。3.产品细度高,安全可靠性高三环中速超细磨粉机产品细度一次性可达到D97≤5μm;因磨腔内无滚动轴承、无螺钉,所以不存在轴承及其密封件易损的问题,不存在螺钉易松动而毁坏机器的问题。工欲善其事,必先利其器。良好的超细粉体出自优质的超细磨粉机,素有“微粉专家”之称的上海机器有限公司生产的三环中速超细磨粉机,是用于超细粉体生产的首选设备。 不可否认当前我国超细磨粉机行业发展取得了不小的成绩,从长远来看我国超细磨粉机发展还要经历长期的过程,才能达到国际领先水平。就目前来说,我国内超细磨粉机生产行业还面临着核心技术、环保节能、人民币升值和成本上涨等种种难题。1、核心技术难题。核心技术决定了超细磨粉机

液相法制备超细粉体的原理及特点

液相法制备超细粉体的原理及特点 一、超细粉体材料 任何固态物质都有一定的形状,占有相应空间,即具有一定的大小尺寸。我们通常所说的粉末或细颗粒,一般是指大小为1毫米以下的固态物质。 当固态颗粒的粒径在0.1μm一10μm之间时称为微细颗粒,或称为亚超细颗粒,空气中漂浮的尘埃,多数属于这个范围。 超细粉通常是指粒径为1 ~100nm的微粒子,其处于微观粒子和宏观物体之间的过渡状态。由于极细的晶粒大量处于晶界和晶粒内,缺陷的中心原子以及其本身具有的量子体积效应、量子尺寸效应、表面效应,介电限域效应和宏观量子隧道效应,使超细粉体材料在光、电、磁等方面表现出其他材料所不具备的特性,是重要的高科技的结构和功能材料,因而受到极大的关注,目前在冶金、化工、轻工、电子、航天、医学和生物工程等领域有着广泛的应用。 目前,超细粉的研究主要有制备、微观结构、宏观性能和应用等四个方面,其中超细粉的制备技术是关键,因为制备工艺和过程控制对纳米微粒的微观结构和宏观性能具有重要的影响。 二、液相法制备的主要特征 (1)可将各种反应的物质溶于液体中,可以精确控制各组分的含量,并实现了原子、分子水平的精确混合。 (2)容易添加微量有效成分,可制成多种成分的均一粉体。 (3)合成的粉体表面活性好。 (4)容易控制颗粒的形状和粒径。 (5)工业化生产成本较低。 (6)液相法可分为物理法和化学法 三、超细粉体的液相制备方法 制备纳米粉体的液相方法主要有液相沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法、微乳液法等。 (一)沉淀法 沉淀法是在原料溶液中添加适当的沉淀剂,使得原料液中的阳离子形成各种形式的沉淀物,

然后再经过虑、洗涤、干燥,有时还需加热分解等工艺过程制得纳米粉体的方法。沉淀法具有设备简单、工艺过程易控制、易于商业化等优点,能制取数十纳米的超细粉。沉淀法可分为共沉淀法、直接沉淀法、均匀沉淀法和水解法等。 1、共沉淀法 在混合的金属盐溶液中加入合适的沉淀剂,由于解离的离子是以均一相存在于溶液中,经反应后可以得到各种成分具有均一相的沉淀,再进行热分解得到高纯超细粉体。 如果原料溶液中有2种或2种以上的阳离子,它们以均相存在于溶液中,加入沉淀剂进行沉淀反应后,就可得到成分均一的沉淀,这就是共沉淀法。它是制备含有2种以上金属元素的复合氧化物超微粉的重要方法。 采用共沉淀法制备纳米粉体,反应物需充分混合,使反应两相间扩散距离缩短,以有利于晶核形成,同时要注意控制生成产物的化学计量比。不足之处是过剩的沉淀剂会使溶液中的全部正离子作为紧密混合物同时沉淀。利用共沉淀法制备超细粉体时,洗涤工序非常重要。此外,离子共沉淀的反应速度也不易控制。 2、直接沉淀法 这种方法是使溶液中的金属阳离子直接与沉淀剂发生化学反应而形成沉淀物。 3、均匀沉淀法 均匀沉淀法是在溶液中加入某种物质,这种物质不会立刻与阳离子发生反应生成沉淀,而是在溶液中发生化学反应缓慢地生成沉淀剂。是利用某一化学反应使溶液中的构晶离子由溶液中缓慢而均匀地产生出来的方法。 该方法的优点是颗粒均匀致密,可以避免杂质的共沉淀。缺点是反应时间过长。 4、水解沉淀法 水解沉淀法是指通过原料溶液的PH值或者通过改变原料液温度而使金属离子水解产生沉淀。 水解沉淀法以无机盐为原料,具有原料便宜、成本低的优势,是最经济的制备方法。除此之外,它还具有诸多优点,最显著的一点就是可以在常温常压条件下,采用简单的设备,于原子、分子水平上通过反应、成核、成长、收集或处理而获得高纯度的、组分均一的、尺寸达几十纳米的超细体。此外它还可以精确控制化学组成,容易添加微量的有效成分,制备粉体的表面活性好。易控制颗粒的形状和粒径。但是,因为必须通过液固分离才能得到沉淀物,要完全洗净无机杂质离子较困难;另一个需要特别重视的问题是容易形成团聚体,如控制不当,团聚将会严重影响分体的后续使用。 (二)溶胶-凝胶法 溶胶-凝胶工艺是60年代发展起来的一种超细粉体的制备工艺,它是指金属有机或无机化合

纳米粉体制备方法

纳米粉体制备方法 纳米技术是当今世界各国争先发展的热点技术,纳米技术和材料的生产及其应用在中国已起步,可以产业化的只有为数不多的几个品种,纳米二氧化钛(TiO2)、纳米氧化锌(ZnO)、纳米碳酸钙(CaCO3)便是其中较具代表性的几个品种。纳米粉体的制备方法很多,可分为物理方法和化学方法。以下是对各种方法的分别阐述并举例。 1. 物理方法 (1)真空冷凝法 用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等离子体,然后骤冷。其特点纯度高、结晶组织好、粒度可控,但技术设备要求高。1。金属烟粒子结晶法是早期研究的一种实验室方法。将金属原料置于真空室电极处,真空室抽空(真空度1P a)导入102到103 P a压力的氩气或不活泼性气体,然后像通常的真空蒸发那样,用钨丝蓝蒸发金属。在气体中,通过蒸发、凝聚产生的金属蒸气形成金属烟粒子,像煤烟粒子一样沉积于真空室内壁上。在钨丝篮上方或下方位置可以预先放置格网收集金属烟粒子样品,以备各类测试所用。2。流动油面上的真空蒸发沉积法(VEROS),VEROS法是将物质在真空中连续的蒸发到流动着的油面上,然后把含有纳米粒子的油回收到贮存器内,再经过真空蒸馏、浓缩,从而实现在短时间制备大量纳米粉体。 (2)物理粉碎法 通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米粒子。其特点操作简单、成本低,但产品纯度低,颗粒分布不均匀。例,有一种制备纳米粉体材料新方法,最适用于碳化物、氮化物及部分金属粉体的制备。其方法是先对反应器抽真空,然后充入保护气体或反应气体,在反应器中设置石墨电极,在石墨电极与反应器坩埚中的金属之间通电,使之产生高温碳电弧,由高温电弧产生金属蒸汽。采用保护气体可以生产出由石墨原子包覆的纳米镍粉、铜粉、铝粉等不易团聚的金属纳米粉末;采用反应气体可以生产碳化物、氮化物纳米粉末。与现有技术相比,生产的纳米粉末不易团聚,具有成本低,电弧功率大,可以实现规模化生产,具有广泛的实用性。用冲击波处理共沉淀法制备的氧化铁与氧化锌混合物合成了铁酸锌,用XRD、TEM 和电子衍射法对这种产品进行了鉴定.与传统的高温焙烧法相比,这种产品的特点是其颗粒尺寸为纳米级.主要原因可能在于冲击波的作用时间极短,因此生成的铁酸锌不会生长成为完整的晶粒.由此可以认为,冲击波处理可能是一种制备复合金属氧化物的纳米粉体的新方法. (3)机械球磨法 采用球磨方法,控制适当的条件得到纯元素纳米粒子、合金纳米粒子或复合材料的纳米粒子。其特点操作简单、成本低,但产品纯度低,颗粒分布不均匀。例,一种钛合金纳米粉体制备方法,原料包括钛合金粗粉、助磨键合剂、分散剂、表面活性剂;制备方法是,将所述原料按配比投入反应釜,反应釜转速200-300mpr、温度50℃-60℃,反应釜旋转时间15-30分钟;反应釜转速升高至达1000mpr以上,维持该转速1.5-2.5小时,温度为180℃以上;反应釜转速降到300mrp以下,在0.5-1.0小时内降低温度至40℃-50℃,停机,即完成纳米粉体的制备。它稳定地对钛合金实现了纳米化加工;由此为利用纳米粉体的小尺寸效应、表面积效应而使它的耐蚀优点得到提升得以实现,使之可作为一种活性添加剂与各种优良树脂结合成一种新型复合材料。 2. 化学方法 (1)气相沉积法 利用金属化合物蒸气的化学反应合成纳米材料。其特点产品纯度高,粒度分布窄。例,TiCl4气相氧化法,其基本化学反应式为:TiCl4(g)+O2(g)=TiO2(s)+Cl2(g) 施利毅、李春忠等利用

粉体加工技术

第一讲绪论 粉体工程(粉体加工技术):是一门在掌握超细粉碎理论基础上,以超细粉碎设备结构及工作原理、超细粉碎工艺流程为主要学习内容的课程。 一非金属矿产及加工利用简介 1非金属矿产发展 非金属矿产:是指金属矿产和燃料矿产以外,自然产出的一切可以提取非金属元素或具有某种功能可供人们利用的、技术经济上有开发价值的矿产资源。 (因此类矿产大多不是以化学元素,而是以有用矿物为利用对象,所以亦称为工业矿物与岩石。)在人类发展过程中,非金属矿产起了决定性作用。 古代:石器(工具)陶器青铜器(金属)非金属矿产受挫 近代:技术的进步和材料结构的多元化,促使了非金属矿产地位不断上升。 从科学技术角度看:已进入信息时代 从矿产资源利用看:进入一个以非金属资源为中心的综合开发时代。 (50年代开始,世界非金属矿产产值已经超过金属矿产产值,发达国家非矿产值超过金属矿产2~3倍。) 我国非金属矿产发展情况 我国是世界上最早利用非金属矿产的国家之一。但是近代由于封建制度的闭关自守及帝国主义国家列强的侵略掠夺,我国的非金属矿产发展落后于西方发达国家。 我国已发现有经济价值的非金属矿产有100多种,是世界上品种齐全、储量丰富的少数国家之一。 储量居世界前列的非金属矿产有:石膏、石墨、滑石、膨润土、石棉、萤石、重晶石等 储量在世界上有重要地们的非金属矿产有:高岭土、硅藻土、沸石、珍珠岩、石灰石等。非常具有发展潜力的非金属矿产有:硅灰石、长石、凸凹棒石、海泡石等。 80年代开始我国非金属矿产日益受到关注(非金属在世界市场走俏)近十几年来我国非金属矿产出口增长,已成为出口创汇的一个重要方面。 但我国非金属矿产加工技术――比较落后 出口的非金属矿产产品种类――原矿和初级产品 (许多工业部门和人们日常生活所需的非金属矿深加工产品还需进口,有的甚至是我们出口的原矿或初级产品加工而成。) 2非金属矿产开发利用新趋势 从目前国内外非金属矿产开发利用的特点,可反映出如下几个趋势: (1)已开发的老品种,其利用范围和开发深度不断扩大。 体现形式――大部分矿种已不限于一两个工业部门的少数用途,老矿种的新特 性新功能不断被发现并得到利用(如高岭土)。 (2)新开发的新矿种不断出现,且许多新矿种在应用方面表现出独特性能。 (3)由直接利用非金属矿原料或粗加工产品(选矿精矿及粉料产品)向深加工及制成品方向扩展。

粉体材料的制备方法有几种

粉体材料的制备方法有几种?各有什么优缺点?(20分) 答:粉末的制备方法: 气相合成、湿化学合成、机械粉碎. 1. 物理方法 (1)真空冷凝法 用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等离子体,然后骤冷。其特点纯度高、结晶组织好、粒度可控,但技术设备要求高。 (2)物理粉碎法 通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米粒子。其特点操作简单、成本低,但产品纯度低,颗粒分布不均匀。 (3)机械球磨法 采用球磨方法,控制适当的条件得到纯元素纳米粒子、合金纳米粒子或复合材料的纳米粒子。其特点操作简单、成本低,但产品纯度低,颗粒分布不均匀。 2. 化学方法 (1)气相沉积法 利用金属化合物蒸气的化学反应合成纳米材料。其特点产品纯度高,粒度分布窄。 (2)沉淀法 把沉淀剂加入到盐溶液中反应后,将沉淀热处理得到纳米材料。其特点简单易行,但纯度低,颗粒半径大,适合制备氧化物。 (3)水热合成法 高温高压下在水溶液或蒸汽等流体中合成,再经分离和热处理得纳米粒子。其特点纯度高,分散性好、粒度易控制。 (4)溶胶凝胶法 金属化合物经溶液、溶胶、凝胶而固化,再经低温热处理而生成纳米粒子。其特点反应物种多,产物颗粒均一,过程易控制,适于氧化物和Ⅱ~Ⅵ族化合物的制备。 (5)微乳液法 两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成乳液,在微泡中经成核、聚结、团聚、热处理后得纳米粒子。其特点粒子的单分散和界面性好,Ⅱ~Ⅵ族半导体纳米粒子多用此法制备 2. 为什么要对粉体材料的表面进行改性?什么是物理吸附?什么是化学吸附?试举例说明。(20分) 答: 材料表面改性的目的 力学性能:表面硬化、防氧化、耐磨等 电学性能:表面导电、透明电极 光学性能:表面波导、镀膜玻璃 生物性能:生物活性、抗菌性 化学性能:催化性 装饰性能:塑料表面金属化 材料表面改性的意义 通过较为简单的方法使一个部件部件或产品产品具有更为综合的性能第一节材料表面结构的变化 粉体表面改性是指用物理、化学、机械等方法对粉体材料表面进行处理,根据应用的需要有目的改变粉体材料表面的物理化学性质,如表面组成、结构和官能团、

超细粉体的应用及制备

应用与开发 超细粉体的应用及制备 刘宏英,李春俊,白华萍,李凤生 (南京理工大学超细粉体与表面科学技术研究所,江苏南京210094) 摘要:介绍了超细粉体在国民经济各领域的应用,研究了各种超细粉体的制备技术、分级技术及设备的性能特点,分析了国内外相关技术,对超细粉体技术今后的发展和研究方向提出了建议。 关键词:超细粉碎;制备;分级 中图分类号:T B44 文献标识码:A 文章编号:1002-1116(2001)01-0030-03 超细粉体技术是指制备与使用超细粉体及其相关的技术。其研究内容包括超细粉体的制备技术,分级技术,分离技术,干燥技术,输送、混合与均化技术,表面改性技术,粒子复合技术,检测及应用技术等。南京理工大学超细粉体与表面科学技术研究所在国内率先开展了易燃易爆材料、纤维材料、塑性材料和刚柔混合材料等特殊材料的超细粉碎、混合、乳化、分级与表面改性技术研究。经过多年的研究和实际应用,取得了一些成功的经验。目前该技术与设备已广泛用于军民各个领域,为国防现代化和国民经济的发展作出了一定的贡献。由于超细粉体技术是一门综合性很强的技术,涉及知识面很广,本文就超细粉体的应用、超细粉碎技术、分级技术作简要综述。 1 超细粉体应用的研究进展 超细粉体不仅本身是一种功能材料,而且为新的功能材料的复合与开展展现了广阔的应用前景[1]。超细粉体由于粒度细、分布窄、质量均匀,因而具有比表面积大、表面活性高、化学反应速度快、溶解速度快、烧结体强度大以及独特的电性、磁性、光学性等,因而广泛应用于许多高新技术领域。 1.1 在材料领域的应用 超细粉体在材料领域应用广泛。如磁性材料、隐身隐形材料、高耐磨及超塑材料、新型冶金材料及建筑材料。利用超细陶瓷粉可制成超硬塑性抗冲击材料,可用其制造坦克和装甲车复合板,这种复合板较普通坦克钢板重量轻30%~50%,而抗冲击强度较之提高1~3倍,是一种极好的新型复合材料[2]。将固体氧化剂、炸药及催化剂超细化后,制成的推进剂的燃烧速度较普通推进剂的燃烧速度可提高1~10倍[3],这对制造高性能火箭及导弹十分有利。1.2 在化工领域的应用 将催化剂超细化后可使石油的裂解速度提高1~5倍,赤磷超细化后不仅可制成高性能燃烧剂,而且与其它有机物反映可生成新的阻燃材料。油漆、涂料、染料中固体成分超细化后可制成高性能高附着力的新型产品。在造纸、塑料及橡胶产品中,其固体填料如:重质碳酸钙、氧化钛、氧化硅等超细化后可生产出高性能的铜板纸、塑料及橡胶产品。 1.3 在生物医药领域的应用 医药经超细化后,外用或内服时可提高吸收率、疗效及利用率,适当条件下可改变剂型,如微米、亚微米及纳米药粉可制成针剂使用[4]。在医疗诊断方面可将超细粉经适当处理后注入或服入人体内进行各种病理诊断。 南京理工大学超细粉体与表面科学技术研究所已成功地为上海XX医药公司、常州XX公司及浙江XX公司等单位生产了大量超细硫糖铝及超细阿基诺维奇等药,产品性能提高,达到国际标准,因而大 第29卷第1期2001年2月 江苏化工 Jiangsu Chem ical Industry V ol.29N o.1  Feb.2001 收稿日期:2000-10-18 作者简介:刘宏英(1954年出生),女,江苏南京人,高级工程师,1980年毕业于华东工学院机械制造专业,长期从事超细粉体物料的制备、粉碎、分级等技术研究,已发表论文数篇。

高能球磨法在超微粉体制备中的应用

高能球磨法在超微粉制备中的应用 宗泽宇 (南京工业大学,材料化学工程国家重点实验室,210009) 摘要:简述分别通过高能球磨法制备氧化锆-硬脂酸材料, 纳米氧化亚铜材料 , 纳米 WC/MgO材料,纳米AL 2O 3 /Al复合材料的过程,总结五种材料各自的特点与生产方法。列 举了这五种材料在工业方面的优点与主要应用。 关键词:纳米;高能球磨法;制备; 应用 The Applications about High Energy Milling Zong Zeyu (17,Class 0802, Material department of science & engineering, Nanjing University of Technology ) Abstract: This paper gives a sketch of five materials by High Energy Milling: Zr02-stearci Acid , Nano-cuprous Oxide, Nano-sized WC/MgO, Nano-sized AL2O3/Al composite material,find out their characteristics and preparation. The paper Also list the main applications of this five materials in industry and their advantages. Keywords: nanoparticle; High Energy Milling ; preparation; applications 1 引言 高能球磨法一经出现,就成为制备超细材料的一种重要途径。传统上,新物质的生成、晶型转化或晶格变形都是通过高温(热能) 或化学变化来实现的。机械能直接参与或引发了化学反应是一种新思路。高能球磨法法的基本原理是利用机械能来诱发化学反应或诱导材料组织、结构和性能的变化, 以此来制备新材料。本文简述了通过高能球磨法制备五种材料的方法以及它们各自的应用与优点。 2 制备方法 高能球磨法(又称机械合金化, High Energy Milling)是一种制备合金粉末的高新技术[1],它是在高能球磨[2]作用下,利用金属粉末混合物的反复变形、断裂、焊合、原子间相互扩散或发生固态反应形成合金粉末[3]。机械合金化作为新材料的制备技术之一,特别是其在细微、超细微粉体材料的研究方面占有重要的地位,已引起材料科学界的广泛关注。本文采用高能球磨法制备氧

液相法制备纳米二氧化钛及其应用(1)(2)

纳米TiO2的液相法制备及其研究现状 摘要:作为一种新型的无机材料,纳米TiO2以其稳定的化学性质、催化效率高、无毒、耐腐蚀性强而倍受关注,制备方法主要有气相法、液相法和固相法三大类,重点介绍了纳米TiO2的液相制备法及其研究现状,并对纳米TiO2粉体的应用情况进行了概述。 关键词:纳米TiO2;液相法;研究;应用 0.前言 纳米材料[1]指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料,一般直径在1~100nm之间。由于纳米微粒具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应以及量子隧道效应,从而展现多种特殊性质。而纳米TiO2是纳米材料中的重要一员,包括纳米颗粒、纳米线、纳米薄膜、纳米块材料和纳米复合材料[2,3]。由于纳米TiO2化学性质稳定、氧化能力强、无毒无害、价格便宜催化能力强而且没有二次污染等诸多优点而在气体净化、抗菌除臭涂料表面自清洁等领域具有特别重要的应用价值和发展前景,因此倍受关注,其开发与制备更是现在研究纳米TiO2的热点之一。 1.纳米TiO2的制备 纳米TiO2粉体的制备方法分为气相法、液相法和固相法。但是液相法是现在最常采用的,主要原因[4,5]在于:气相法中原子移动起来过于自由,容易因为碰撞而改变方向,影响反应的持续高效进行,而在固相法中原子则基本不改变位置,且固相间的反应是通过混合固体颗粒来实现的,这样混合的效果极其粗糙,仍需进一步的细化,但是在液体中自由程度相对比较适中。因此,液相法相比之下更加合理,并且液相法原料来源广泛、设备简单得到的颗粒的活性好。 液相法制备氧化物的基本原理[6]是将可溶于水或有机溶剂的金属盐按化学计量比制备成溶液,然后用沉淀剂或通过水解、蒸发升华等方式使金属离子均匀沉淀或析出,最终经过干燥得到相应的氧化物。对于组分比较复杂的材料同样容易得到均匀的分散性较好的粉末。该法制备TiO2通常有:溶胶-凝胶法(sol-gel)、液相沉淀法(LPD法)、水热合成法、微乳液法。

超细粉体材料的制备技术现状及应用形势

文章编号:1008-7524(2005)03-0034-03 超细粉体材料的制备技术现状及应用形势* 房永广1,梁志诚2,彭会清3 (1.江西理工大学环建学院,江西赣州341000;2.化工部连云港设计研究院, 江苏连云港222004;3.武汉理工大学资环学院,湖北武汉430070) 摘要:综述了国内超细粉体材料的制备工艺、设备现状及进展,并介绍了超细粉体材料在电子信息、医药、农药、模具、军事、化工等方面的应用。 关键词:超细粉体;制备;综述 中图分类号:TD921+.4文献标识码:A 0引言 从上世纪50年代日本首先进行超细材料的研究以后,到上世纪80~90年代世界各国都投入了大量的人力、物力进行研究。我国早在上世纪60年代就对非金属矿物超细粉体技术、装备进行了研究,对于超细粉体材料的系统的研究则开始于上世纪80年代后期。 超细粉体从广义上讲是从微米级到纳米级的一系列超细材料,在狭义上讲是从微米级、亚微米级到100纳米以上的一系列超细材料。材料被破碎成超细粉体后由于粒度细、分布窄、质量均匀,因而具有比表面积大、表面活性高、化学反应速度快、溶解速度快、烧结体强度大以及独特的电性、磁性、光学性等,因而广泛应用于电子信息、医药、农药、军事、化工、轻工、环保、模具等领域。可以预见超细粉体材料将是21世纪重要的基础材料。1超细粉体的制备设备 超细粉体的制备方法有很多,但从其制备的原理上分主要有两种:一种是化学合成法,一种是物理粉碎法。化学合成法是通过化学反应或物相转换,由离子、原子、分子经过晶核形成和晶体长大而制备得到粉体,由于生产工艺复杂、成本高、而产量却不高,所以化学合成法在制备超细粉体方面应用不广。物理粉碎法是通过机械力的作用,使物料粉碎。物理粉碎法相对于化学合成法,成本较低,工艺相对简单,产量大。因此,目前制备超细粉体材料的主要方法为物理粉碎法。常用的超细粉碎设备有气流粉碎机、机械冲击粉碎机、振动磨、搅拌磨、胶体磨以及球磨机等。 1.1气流粉碎机 自从1892年美国人戈麦斯第一次提出挡板式气流粉碎机的模型并申请专利以来,经过百余年的发展,目前气流磨已经发展成熟,成为国内外用于超细粉体加工的主要设备。我国研制气流粉碎机开始于上世纪80年代初。目前气流粉碎机可分为圆盘式、对喷式、靶式、循环式、流化床式等。 气流粉碎机又称流能磨或喷射磨,由高压气体通过喷射嘴产生的喷射气流产生的巨大动能,使颗粒相互碰撞、冲击、摩擦、剪切而实现超细粉碎。粉碎出的产品粒度细,且分布较集中;颗粒表面光滑,形状完整;纯度高,活性大,分散性好。目前超细粉碎机有很多的机型,其中流化床式气流粉碎机是其效率最高的。其工作原理为物料进入粉碎室,超音速喷射流在下部形成向心逆喷射流场,在压差作用下,使磨底物料流态化,被加速的物料在多喷嘴的交汇点汇合,产生剧烈的冲击碰撞,摩擦而粉碎,被粉碎的细粉随气流一起运动至上部的涡轮分级机处,在离心力作用下,将符合细度要求的微粉排出。其优点是粉碎效率高,能耗 # 34 # *收稿日期:2004-09-24

金属超细粉体制备的研究进展

金属超细粉体制备的研究进展 摘要:简要介绍了超细粉体的制备方法,并介绍了电爆炸法和电弧等离子法制备AI、Mg 粉体的工艺技术及其研究进展。这2种方法具有产品颗粒直径分布窄、粒度大小易于控制和调节、产品纯度高、便于收集、无污染等优点,且易于工业化。它们是目前生产金属细颗粒较环保和成本较低的方法。 关键词:水反应金属燃料;Al;M g;粉体;电爆炸法;电弧等离子法 1. 引言 俄罗斯“暴风雪”超高速鱼雷利用“超空泡”(supercavitation)原理突破了水下航行体的速度限制.达到了200节航速【1】。。其所用动力推进系统为水冲压发动机,该发动机使用的燃料是“水反应金属燃料”,该鱼雷具体使用的是“Mg基水反应金属燃料”【2】。“暴风雪”鱼雷的出现引起了美、德、日等国对水冲压发动机和水反应金属燃料的极大关注,并展开大规模的研究。水反应金属燃料的优点是不仅能量特性高,而且具有充分利用雷外海水作为能源的特点,能够显著提高燃料单位体积的能量密度,使鱼雷超高速、远航程航行成为可能【3】。 目前研究所采用的水反应金属燃料的主要原料有:活性金属如Al、Mg、B、Ti、Li、Na、K、zr、w等,金属氢化物如AlH 3、M gH 2、B 2H。、ZrH:及LiAIH。及一些活性较高的金属氧化物和金属碳化物等。考虑到成本、毒性、能量密度等各方面的问题,Mg和Al 是最佳选择14】。与Mg基金属水反应燃料相比,A1的成本更低,来源更广,稳定性更好,最主要的是Al基燃料的比冲要大于Mg基燃料的比冲【5】。 对于金属燃料能否用于水冲压发动机的要求,除了看其能量密度能否满足要求外,还要看其粒度、纯度能否满足点火要求等;而决定其点火温度的主要因素是金属粒子粒度的大小。若想降低或选择合适的金属粒子的点火温度,就必须制备出超细颗粒(包括微米级、亚微米级和纳米级粒子)的金属粒子。 超细粒子的制备方法 对于超细粒子的制备已经报道了许多方法,从这些报道来看,超细粉体的制备方法可根据反应体系的不同而分为气相法、液相法和固相法【6】。 气相法一般是指用气体原料或将原料蒸发成气体,然后通过化学反应或物理作用再生成超细颗粒的方法。这类方法中包括气相化学反应、激光合成法、电爆炸法、惰性气体冷凝法和电弧等离子体法。 气相法制备金属超细粒子的特点是产品纯度高、分散性良好、粒子粒径分布窄、粒径小。此外,通过控制气氛可以制备液相法难以制备的金属、碳化物、氮化物、硼化物等非氧化物超细粉体【7】o 液相法(也称溶液反应法)是当前实验室和工业上广泛采用的合成高纯超细粉体的方法。其主要优点是能精确控制化学组成,易于添加微量有效成分,超细粒子形状和尺寸也较容易

超微粉体复习资料

1、研究内容:制备方法、原理和工艺及设备;粉体分散,表面处理原理、方法工艺及设备;粉体性能检测与表征方法 发展趋势:1. 向生命科学、环境保护、信息工程领域延伸;2. 粉体的微细化与功能化;3. 粉体的深加工与装备现代化;4. 获得均一粒径或窄粒级粉体的加工技术和设备;5. 在现有制备方法和工艺的基础上,完善或提高超微粉体粒度、粒度分布、纯度、化学组成和微结构的均匀性的调节和控制技术;6. 粉体的复合和功能化技术,无机粉体与聚合物、纳米材料的复合;7. 粉体复合技术的界面问题;8. 超微粉体特性的高效表征。 2、三大效应:表面效应:指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随着粒子尺寸的减小而大幅度的增加,粒子的表面能及表面张力也随着增加,从而引起纳米粒子物理、化学性质的变化。 小尺寸效应:当纳米粒子的尺寸与光波波长、德布罗意波长、超导态的相干长度或与磁场穿透深度相当或更小时,晶体周期性边界条件将被破坏,非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近的原子密度减小,导致声、光、电、磁、热力学等特性出现异常的现象势垒:在两块导电物体之间夹一层绝缘体,若在两个导体之间加上一定的电压,通常是不会有电流从一个导体穿过绝缘层流向另一导体的 宏观量子隧道效应:一些宏观物理量,如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等显示出隧道效应 3、粉体的特性及产生原因:1、宽频带强吸收性:—尺寸分布效应和界面效应;2.吸收光谱的蓝移现象:—量子尺寸效应:即颗粒尺寸下降导致能隙变宽,从而导致光吸收带移向短波方向;3、电学性质:金属材料具有导电性,然而纳米微粒导电性显著下降,甚至变为绝缘体—界面高能垒; 4、磁学性质:(1)超顺磁性:磁化方向不固定在一个易磁化方向,易磁化方向作无规律的变化—在小尺寸下,各向异性能减小到与热动能可比拟时,磁化方向就不再固定在一个易磁化方向,易磁化方向做无规律的变化,结果导致超顺磁性的出现——小尺寸效应(各向异性能);(2)高矫顽力:消除余磁所需外加的反向磁场——小尺寸效应(单畴临界尺寸); 5、热学性质:(1)熔点显著降低(2)烧结温度比常规粉体显著降低——所谓烧结温度是指把粉末先用高压压制成形,然后在低于熔点的温度下使粉末互相结合成块,密度接近常规材料的最低加热温度。熔点降低、烧结温度降低等热学性质的显著变化来源于超微粉体的表面效应。 6、催化性质:超微粉体显著的表面效应(比表面积大、表面原子数多、表面活性中心多)决定了超微粉体具有良好的催化活性和催化反应选择性。 7、力学性质:(1)超塑性——在一定盈利拉伸时,产生极大的伸长量其△L/L≥100%(2)超延展性; 8、超微分散体溶液性质:当可见光束通过胶体时,在入射光侧面观察到明亮的光路的现象称为丁达尔现象或丁达尔效应。——胶粒直径大小与可见光的波长(400-700nm)相近,胶粒就会对光产生散射作用;而溶液分散质的粒子的直径小于1纳米,太小,不发生散射。超微粒子Brown(布朗)运动与扩散;超微粒子的沉降;超微颗粒流变性(非牛顿流体) 4、超微粉体的制备方法:机械粉碎法(1)旋转筒式球磨机(2)搅拌球磨机(3)砂磨机(4)行星球磨机(5)胶体磨(6)气流磨;气相合成法1)物理气相合成2)化学气相合成3)超微粒子膜气相合成;液相合成法1)沉淀法2)溶剂蒸发法3)醇盐水解法4)溶胶-凝胶法5)水热合成法6)非水溶液反应法 5、机械粉碎法:粉碎Comminution:在外力作用下使大块物料变成小块物料的过程。它是用外力( 包括人力、机械力、电力、化学能、原子能或其他方法等)施加于被破碎的物料上,克服物料分子间的内聚力,使大块物料分裂成若干小块,最终分裂成细粉的过程。分类依据:使用粉碎设备施力方式及产物粒度特征差异。 常见的机械能破碎方法(a)压碎:在两个坚硬表面之间挤压物料(b)劈碎:采用刃口破碎机械强度较小的物料(c)剪切摩擦:在两个坚硬表面之间碾碎物料(d)冲击破碎:有重力冲击和动冲击 6、机械粉碎法的实质和理论基础 机械粉碎法的实质就是利用动能来破坏材料的内结合力,使材料分裂产生新界面。机械粉碎法的重要理论基础——机械力化学。物料颗粒受机械力作用而被粉碎时,还会发生物质结构及表面物理化学性质的变化,这种因机械载荷作用导致颗粒晶体结构和物理化学性质的变化称为机械力化学。 7、机械粉碎法的特点 ①工艺简单、产量大、成本低;②产品粒度范围较宽,一般要应用精细分级技术才能得到全部小于或部分(97%)小于1um 的超微粉体;③存在研磨介质和磨机内衬对物料的“夹杂”或“污染”问题;④长时间的机械能作用导致物料发生一定程度的机械力化学反应,颗粒结构变化,如表面结构自发地重组,形成非晶态结构或重结晶;⑤颗粒表面物理化学性质变化,如表面电性、物理与化学吸附、溶解性、分散与团聚性质;⑥在局部受反复应力作用区域产生化学反应,如由一种物质转变为另一种物质,外来离子进入晶体结构中引起原物料中化学组成变化。 8、固体物料在机械力作用下的一般粉碎过程是:裂纹形成→裂纹扩展→断裂粉碎。 9、粉碎能耗理论:(1)表面积假说(适合微粉碎和超微粉碎):粉碎消耗功率与表面积成正比,与产品粒度成反比。(2)体积

固相法制备陶瓷粉体

固相反应法生产陶瓷粉体 一、固相反应法的特点 固相法是通过从固相到固相的变化来制造粉体,其特征是不像气相法和液相法伴随有气相→固相、液相→固相那样的状态(相)变化。对于气相或液相,分子(原子)有很大的易动度,所以集合状态是均匀的,对外界条件的反应很敏感。另一方面,对于固相,分子(原子)的扩散很迟缓,集合状态是多样的。固相法其原料本身是固体,这较之于液体和气体都有很大的差异。固相法所得的固相粉体和最初固相原料可以使同一物质,也可以不是同一物质。[1] 二、物质粉末化机理 一类是将大块物质极细地分割,称作尺寸降低过程,其特点是物质无变化,常用的方法是机械粉碎(用普通球磨、振磨、搅拌磨、高能球磨、喷射磨等进行粉碎),化学处理(溶出法)等。另一类是将最小单位(分子或原子)组合,称作构筑过程,其特征是物质发生了变化,常用的方法有热分解法(大多数是盐的分解),固相反应法(大多数是化合物,包括化合反应和氧化还原反应),火花放电法(常用金属铝产生氢氧化铝)等。 三、固相反应的具体方法 1、机械粉碎法 主要应用是球磨法,机械球磨法工艺的主要目的包括离子尺寸的减小、固态合金化、混合或融合以及改变离子的形状。目前已形成各种方法,如滚转磨、振动磨和平面磨。采用球磨方法,控制适合的条件可以得到纯元素、合金或者是复合材料的纳米粒子。其特点是操作简单、成本低,但产

品容易被污染,因此纯度低,颗粒分布不均匀[2] 。 2、热分解法 热分解反应不仅仅限于固相,气体和液体也可引发热分解反应,在此只讨论固相的分解反应,固相热分解生成新的固相系统,常用如下式子表示(S 代表固相、G 代表气相): 121 1212S S G S S G G →+→++ 第一个式子是最普通的,第二个式子是第一个式子的特殊情况。热分解反应基本是第一式的情况。 3、 固相反应法 由固相热分解可获得单一的金属氧化物,但氧化物以外的物质,如碳化物、硅化物、氮化物等以及含两种金属元素以上的氧化物制成的化合物,仅仅用热分解就很难制备,通常是按最终合成所需组成的原料化合,再用高温使其反应的方法,其一般工序如左图所示。首先是按照规定的组成称量,通常用水等做分散剂,在玛瑙球的球磨内混合,然后通过压滤机脱水后再用电炉焙烧,通常焙烧温度比烧成温度低。在固相反应中粉体间的反应相当的复杂,反应从固体间的接触部分通过离子扩散来进行,但接触状态和各种原料颗粒的分布情况显着地收到颗粒的性质(粒径、颗粒形状和表面状态等)和粉体处理的方法(团聚状态和填充状态等等)的影响。

(完整word版)粉体技术在药物制剂中如何提高制剂质量

粉体技术在药物制剂中如何提高制剂质量 多数固体制剂在制备过程中需要进行粒子加工以改善粉体性质,从而满足产 品质量和粉体操作的需求。粉体技术能为固体制剂的处方设计、生产过程以及质量控制等诸方面提供重要的理论依据和试验方法。因此,对粉体技术的了解对于制药工程技术人员具有重要的实际意义。本文从多角度阐述了粉体技术对固体 药物制剂的影响,并介绍了近年来两种粉体新技术的发展,内容翔实,有助于读者对粉体技术的进一步了解和在实际生产过程中好地应用。 ——编者按 粉体技术在药物制剂中的应用起步较晚,使制剂过程中的粉体操作带有一定的盲目性和经验化,随着现代科学的发展和GMP规范化的广泛实施,粉体的理论和处理方法不断地被引入固体物料的各种单元操作中,使固体药物制剂的研究、开发和生产从盲目性和经验模式走上量化控制的科学化、现代化轨道,引起了药学工作者的广泛兴趣和重视。 ■粉体性质与制剂质量关系密切 固体制剂的质量控制方面,重量差异、混合均匀度、片剂的强度等多与粉体操作有关,而崩解、溶出度和生物利用度则与药物处方中各种物料的粉体性质有关。 ★孔隙率增大促进崩解 固体制剂的最终命运是崩解、释药和被人体吸收,其中崩解是药物溶出及发挥疗效的首要条件,而崩解的前提则是药物制剂必须能被水溶液所润湿。因此水渗入片剂内部的速度与程度对崩解起到决定性作用,而又与片剂的孔隙径、孔 隙数目以及毛细管壁的润湿性等有关。片剂的孔隙率不但与物料性质有关,即易产生塑性变形的物质压片后孔隙率小难以崩解,弹性变形的物料压缩后孔隙率较大,易于崩解;还与压缩过程有关,在一定的压力范围内,压力越大,压缩时间越长,片剂的孔隙率越小,越难以崩解。物料的润湿性很差,将很难使水通过毛细管渗入到片剂内部,则片剂难以崩解。 常用于润滑剂的硬脂酸镁具有较强的疏水性,用量不当会严重影响片剂的崩解度,必要时可加入表面活性剂以改善片剂的润湿性,促进水的渗入而加快崩解速度和溶出度。如用阿拉伯胶作黏合剂,喷雾干燥,可提高水杨酸的溶出度;磺胺药物加泊洛沙姆可显著增加溶出度;脂溶性药物同乳糖混合,也可提高药物的溶出度。 ★降低粒径提高溶出度 药物的溶出度除与药物的溶解度有关外,还与物料的比表面积有关,一定温度下固体的溶解度和溶解速度与其比表面积成正比。而比表面积主要与药物粉末的粗细、粒子形态以及表面状态有关,对片剂和胶囊剂来说与崩解后的粒子状态有关。因此药物粒度大小可以直接影响药物溶解度、溶解速度,进而影响到临床疗效。例如,微粉化醋酸炔诺酮比未微粉化的溶出速率要快很多,在临床上微粉化的醋酸炔诺酮包衣片比未微粉化的包衣片活性几乎大5倍。 对难溶性药物或溶出速率很慢的药物来说,药物的溶出过程往往成为吸收的限速过程。药物的粒径降低时其比表面积增大,药物与介质的有效接触面积增加,

纳米粉体的制备方法

纳米粉体的制备方法 一、纳米粉体应具备的特性 1、化学成分配比准确:尽量符合化学计量,避免烧结出现液相或阻碍烧结; 2、纯度高:出现液相或影响电性能; 3、成分分布均匀:尤其微量掺杂; 4、粒度要细,尺寸分布范围要窄;结构均匀,密度高; 5、无团聚体:软团聚,硬团聚。 二、制备方法分类 化学法 化学法是指通过适当的化学反应,从分子、原子、离子出发制备纳米物质,它包括化学气相沉积法、化学气相冷凝法、溶胶一凝胶法、水热法、沉淀法、冷冻干燥法等。 化学气相沉积(CVD)是迄今为止气相法制备纳米材料应用最为广泛的方法,该方法是在一个加热的衬底上,通过一种或几种气态元素或化合物产生的化学元素反应形成纳米材料的过程,该方法主要可分成热分解反应沉积和化学反应沉积。该法具有均匀性好,可对整个基体进行沉积等优点。其缺点是衬底温度高。随着其它相关技术的发展,由此衍生出来的许多新技术,如金属有机化学缺陷相沉积、热丝化学气相沉积、等离子体辅助化学气相沉积门、等离子体增强化学气相沉积及激光诱导化学气相沉积等技术。 化学气相冷凝法(CVC)主要通过有机高分子热解获得纳米粉体,具体过程是先将反应室抽到或更高真空度,然后注入惰性气体He,使气压达到几百帕斯卡,反应物和载气He从外部系统先进入前部分的热磁控溅射CVD装置由化学反应得到反应物产物的前驱体,然后通过对流达到后部分的转筒式骤冷器,用于冷却和收集合成的纳米微粒。 化学沉淀法是在金属盐类的水溶液中控制适当的条件使沉淀剂与金属离子反应,产生水合氧化物或难溶化合物,使溶液转化为沉淀,然后经分离、干燥或热分解而得到纳米级超微粒。化学沉淀法可分为直接沉淀法、均匀沉淀法、共沉淀法和醇盐水解沉淀法。 物理法 早期的物理制备方法是将较粗的物质粉碎,如低温粉碎法、超声波粉碎法、冲击波粉碎法、蒸气快速冷却法、蒸气快速油面法等等。近年来发展了一些新的物理方法,如旋转涂层法将聚苯乙烯微球涂敷到基片上,由于转速不同,可以得到不同的空隙度.然后用物理气相沉积法在其表面上抗积一层膜,经过热处理,即可得到纳米颗粒的阵列。这些方法我们统称为物理凝聚法,物理凝聚法主要分为: (1)真空蒸发靛聚法 将原料用电弧高频或等离子体等加热,使之气化或形成等离子体,然后骤冷,使之凝结成纳米微粒。其粒径可通过改变通入惰性气体的种类、压力、蒸发速率等加以控制,粒径可达1—100nm。具体过程是将待蒸发的材料放人容器中的柑锅中,先抽到或更高的真空度,然后注人少量的惰性气体或性2N、3NH等载气,使之形成一定的真空条件,此时加热,使原料蒸发成蒸气而凝聚在温度较低的钟罩壁上,形成纳米微粒。 (2)等离子体蒸发凝聚法 把一种或多种固体颗粒注人惰性气休的等离子体中,使之通过等离子体之间时完全蒸发,通过骤冷装置使蒸气奴聚制得纳米微粒。通常用于制备含有高熔点金属合金的纳米微粒,如Fe-A1,Nb-Si等。此法常以等离子体作为连续反应器制备纳米微粒。 综上所述,物理方法通常采用光、电等技术使材料在真空或惰性气氛中蒸发,然后使原子或分子形成纳米颗粒,它还包括球磨、喷雾等以力学过程为主的制备技术。物理法的特点是:操作简单,成本低,但产品纯度不高,颗粒分布不均匀,形状难以控制。 物理化学方法

超细粉体测试技术

超细粉体的表面特征及测试技术 钟家湘(北京理工大学) 一.超细粉体的表面科学与技术 由于固体材料与外界的相互作用是通过表面来实现的,因而材料表面的特征,无论从基础理论或技术应用的角度看,都是至关重要的.随着超细微粒与纳米材料的发展,表面的作用愈显突出,粉体材料表面科学与技术的进步极大地影响和推动着现代粉体工业的发展。 处于固体自由表面上的原子,其键合状态与体内不同,由于键的不饱和性,和近邻原子数的减少,表面的能量显著提高,这就是表面能或表面张力的来源。为了降低自由能,固体倾向于缩小表面积,因此许多粉体都呈球形,一些处于结构不稳定状态的纳米颗粒也是球形或近球形的形态;对于晶体而言,由于各向异性,不同晶面上的原子密度、配位数、键合角不同,颗粒经常成为多面体的形状,显露在外的晶面一般是表面能低的原子密排面,由于某些原因偏离密排面时,在表面上会出现台阶或扭折;对于非晶或无定形的固体颗粒一般呈多孔的复杂形状。值得注意的是,表面的结构缺陷大大的影响着表面的特性,例如,表面的催化活性大为提高,此外,表面吸附、表面偏析、表面腐蚀、表面电导、介电击穿、解理断裂等物理、化学、力学行为都将受到重要影响。近些年来,扫描隧道显微镜和原子力显微镜的成功应用,不但证实了一系列关于表面的物理模型,还直接观察到固体表面的一系列新的构象。低能电子显微术、高分辨电子显微术的不断完善,通过研究还发现了固体表面结构与内部结构的重要差别,一是表面弛豫,二是表面重构,前者有助于了解更多的表面现象,后者可以发现更多与表面相关的超结构。对于固体表面的微观结构的观察与研究已经深入到原子的尺度,可以期待未来还会有更多新的惊人的发现。 诚然,科学家对固体表面结构的深入探索十分引人注目,但最吸引人们的还是表面能够被利用的性能,换句话说,研究与挖掘表面状态与性能之间的关系,并加以工程应用。对于超微粉和纳米微粉来说,表面尤其重要,他涉及一系列的学科领域。例如,表面吸附科学,吸附是一种重要的界面现象,即界面(包括表面)上一种组分或多种组分的浓度与体相中不同的现象,对于粉体材料而言,他们总是被包围在其他的气体、液体或固体之中,吸附现象即是表面原子与周围物质的一种最重要的交互作用形式,吸附现象的本质、吸附规律、具有特殊吸附能力的材料、以及吸附现象与吸附材料的工业应用

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