纳米粉体的分散及表面改性
纳米粉体防止沉降方法
纳米粉体防止沉降方法引言：纳米粉体在许多工业领域中具有广泛的应用前景，但由于其颗粒极小，易于聚集和沉降，导致颗粒分散性和稳定性下降，从而影响了其应用效果。
因此，研究和采用适当的方法来防止纳米粉体的沉降至关重要。
本文将介绍一些常用的纳米粉体防止沉降的方法。
一、表面修饰方法纳米粉体的表面修饰是一种常见的防止沉降的方法。
通过在粉体表面进行修饰，可以增加粉体的分散性和稳定性，减少粉体颗粒之间的相互作用力，从而防止粉体的聚集和沉降。
常用的表面修饰方法包括包覆、偶联剂修饰和表面改性等。
包覆是将纳米粉体表面包覆上一层覆盖物，形成一种保护层，从而减少粉体颗粒之间的相互作用力。
这种方法可以通过物理吸附、化学吸附或化学反应等方式实现。
常用的包覆材料包括有机物、无机物和聚合物等。
偶联剂修饰是通过在纳米粉体表面引入一种具有亲水性或疏水性的化学官能团，从而改变粉体表面的性质，增加其分散性和稳定性。
常用的偶联剂包括硅烷类、羧酸类和胺类等。
这种方法可以通过溶液处理、气相修饰或固相修饰等方式实现。
表面改性是将纳米粉体表面进行化学反应或物理改变，改变其表面性质，从而增加粉体的分散性和稳定性。
常用的表面改性方法包括等离子体处理、高能球磨和化学气相沉积等。
这些方法可以有效地改善纳米粉体的分散性和稳定性，防止其沉降。
二、分散剂的应用分散剂是一种常用的纳米粉体防止沉降的方法。
分散剂可以在纳米粉体表面形成一层吸附层，增加粉体颗粒之间的排斥力，防止粉体颗粒的聚集和沉降。
常用的分散剂包括阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂等。
阳离子表面活性剂具有良好的分散性和稳定性，可以有效地防止纳米粉体的沉降。
阴离子表面活性剂则可以改变纳米粉体的表面电荷，增加粉体颗粒之间的排斥力，减少粉体的聚集和沉降。
非离子表面活性剂具有良好的溶解性和分散性，可以在纳米粉体表面形成一层吸附层，防止粉体的聚集和沉降。
三、外加能场的作用外加能场是一种有效的纳米粉体防止沉降的方法。
2.3 纳米粉体的分散
球磨时间对粉体性质的影响
2012-4-5
JIANGXIUNIVERSITYOFSCIENCE&TECHNOLOGY
机械分散的缺点 易引入杂质（球磨介质） 可能改变粉体性质。如提高粉体颗粒表面能，增加晶格缺陷、在 表面形成无定形层，改变化学组成等。
非离子型：极性基团不带电，如乙二醇；
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常用分散剂
表面活性剂：空间位阻效应；如：长链脂肪酸等。 小分子量无机电解质或无机聚合物：空间位阻、静电稳定；如硅酸钠、
三聚磷酸钾等。 高分子有机聚合物：空间位阻、静电稳定；如：明胶、海藻酸盐等。 偶联剂类：空间位阻、静电稳定；如：硅烷类、钛酸酯类等。
聚电解质的分类：
聚酸类：电离后成为阴离子高分子,如：聚丙烯酸。 聚碱类：电离后成为阳离子高分子,如：聚乙烯胺等。 两性类：分子中具有酸性和碱性两种可电离的基团。如：两性型聚丙
烯酰胺等
分散过程：溶解在水或低级醇中，一方面与颗粒通过锚固进行连接；另
一方面，电离成一个聚离子和许多与聚离子电荷相反的小离子（反离子）。 聚离子的分子链上有许多固定的电荷，在聚离子周围形成静电场，是颗粒 通过静电效应和空间位阻效应分散。
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超声波强度
定义：指单位面积上的超声功率 超声波强度增加时，空化强度增
大，但达到一定值后，空化趋于 饱和，此时再增加超声波强度则 会产生大量无用气泡，从而增加 了散射衰减，降低了空化强度。
纳米粉体的分散技术与科学应用
纳米粉体的分散技术与科学应用
纳米粉体的分散技术是指将纳米粉体分散在稀释剂中，使其均匀分布的技术。
纳米粉体具有较高的表面能和表面积，很容易聚集成团，形成团聚体，降低了其特殊性能的发挥。
因此，纳米粉体分散技术对纳米粉体的应用非常关键。
纳米粉体的分散技术包括机械分散、超声波分散、化学分散、电化学分散等多种技术，常用的有高压均质机法、球磨法、强制对流分散法、凝胶燃烧合成法等。
纳米粉体的应用范围非常广泛，可应用于能源、环境、医疗、电子、机械等多个领域。
例如，在催化剂中广泛应用，能够改善催化过程的效率，提高反应产率和选择性；在材料领域中，纳米粉体的应用可以制备高强度、高硬度、高韧性的材料，具有很好的应用前景；在生物医药领域中，纳米粉体可以应用于制药、治疗、诊断等方面，如治疗癌症、制备荷瘤剂等。
总的来说，纳米粉体的分散技术对于纳米材料的应用具有非常重要的作用，有助于发挥其独特性能，进一步推动纳米材料的应用。
粉体表面改性处理介绍
3）表面改性的特点 虽然有时采用化学反应的方法，这类反应只改变矿物界 面层次的组分，不改变矿物材料的内部晶体结构及物理化 学性质
粉体表面改性处理介绍
表面改性的基本方法和研究内容
1)表面改性的研究内容 表面改性的原理和方法 表面改性剂 表面改性工艺与设备 表面改性过程的控制与产品检测技术
粉体表面改性处理介绍
常用改性剂
偶联剂 ——最常用的矿物表面改性
剂 高级脂肪酸及其盐 ——适用于表面含金属活性粒子的矿物
不饱和有机酸和有机硅，等
粉体表面改性处理介绍
❖ 机械化学改性 机械化学改性是利用超细粉碎及其它强烈机 械力作用有目的地对矿物表面进行激活，在 一定程度上改变矿粒表面的晶体结构、溶解 性能（表面无定型化）、化学吸附和反应活 性（增加表面活性点或活性基团）等
粉体表面改性处理介绍
粉体表面改性处理介绍
（3）PSC型粉体表面改性机
图3 PSC型粉体表面改性机的结构示意图 1 改性剂室 2 原料仓 3 螺旋给料器 4 雾化室 5 改性处理仓 6 主轴 7 搅拌棒 8 冲击锤 9螺旋输送机 10 气流输送管 11 成品仓 12 脉动式吸尘器 13 排气管 14 排风扇
2) 表面改性的目的
使无机矿物填料由一般增量填料变为功能性填料 为高分子材料及复合材料提供新的技术方法 提高涂料或油漆中颜料分散性，改善涂料性能 使制品有良好的光学效应或视觉效果，附加值高 提高颗粒的分散性，防止颗粒团聚，
表面改性是为改善矿物材料的使用性能，提高使用 价值并拓展新的应用领域，以满足新材料、新技术 发展、新产品开发的需要
行分散，然后通过喷洒合适的改性剂或改性剂溶液，在一 定温度下使改性剂作用于颗粒材料表面，形成一层改性剂 包覆层，达到对颗粒进行表面改性处理的方法。这种改性 方法具有简便灵活，适应面广，工艺简单，成本低，改性 后可直接得到产品，易于连续化、自动化等优点，但是在 改性过程中对颗粒难以做到处理均一、颗粒表面改性层可 控等目的。
粉体的分散与表面能
最大特点：具有大的比表面积和表面 能。
1、粉体颗粒表面表面的不饱和性 2、粉体颗粒表面表面的非均质性
粉体颗粒为何需要分散？
粉体颗粒由于粒径小, 表面原子比例大, 比表面大, 表面能大, 处于能量不稳定 状态 , 因此很容易团聚导致颗粒增大.
引起纳米粉体产生团聚的原因
1、材料在纳米化过程中,在新生的纳米粒子的表面积累了大量的 正电荷或负电荷,这些带电粒子极不稳定,为了趋向稳定,它们互相 吸引,使颗粒团ຫໍສະໝຸດ ,此过程的主要作用力是静电库仑力。
分散
在空气中的分散方法
机械分散 干燥分散 颗粒表面改性分散 静电分散 复合分散
颗粒在液体中的分散
1、颗粒的浸润 2、颗粒团聚体在机械力作用下的解体和分
散 3、颗粒或较小的团聚体稳定，阻止进一步
发生团聚
固体在固液体系中的分散调控
介质调控 分散剂调控 机械调控 超声调控
无机电解质 高分子分散剂 表面 活性剂
2、材料在纳米化过程中,吸收了大量机械能或热能,从而使新生的 纳米颗粒表面具有相当高的表面能,粒子为了降低表面能,往往通 过相互聚集而达到稳定状态,因而引起粒子团聚。
3、当材料纳米化至一定粒径以下时,颗粒之间的距离极短,颗粒之 间的范德华力远远大于颗粒自身的重力,颗粒往往互相吸引团聚。
4、由于纳米粒子表面的氢键,吸附湿桥及其他的化学键作用,也易 导致粒子之间的互相黏附聚集。
END 谢谢，请多指教
第三章 纳米粉体的分散
河南理工大学材料学院
第三章 第1节
超声分散机理
❖ 气泡可重新溶解于气体中，也可上浮并消失，也 可能脱离超声场的共振相位而溃陷。
❖ 这种空化气泡在液体介质中产生、溃陷或消失的 现象，就是空化作用
❖ 空化作用会产生局部的高温高压，并产生巨大的 冲击力和微射流，纳米粉体在其作用下，表面能 被削弱，从而实现对纳米粉体的分散作用
采用电位滴定法确定离解度随pH的变化
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第三章 第3节
❖ 实验步骤
1、在聚合物酸溶液中加几滴HNO3，pH值调至2.5 2、加入KNO3电解质以维持其离子强度，用标准NaOH溶液
滴定至pH＝12.5，记录pH值随NaOH加入量的变化 3、滴定空白曲线：相同离子强度不含聚合物酸的溶液用相
δ0
ZrO2
pH值 ❖ 当pH<4时，聚丙烯酸（PAA）
粉体表面改性
粉末进行表
面改性，推测在CH4
和H2
的共同作用下TiO2
表
面将形成Ti－C－O结构，使其导电性与TiC类
似。Yamada等〔12〕先后用Ar和N2
等离子体改性
处理TiO2
膜，在通入N2
之前首先进行Ar处理以
除去吸附在TiO2
表面的水分子、清洁表面，最后
得到的掺氮TiO2
不同，得到的涂层组成也会不同。文献〔23－24〕中还指
出，经无机表面沉积改性以后，粉体的性能提高了，
在基体中分散性较好。章金兵〔25〕用液相沉积法对
纳米ZnO/TiO2
进行表面改性，改性后的粉体表面存
在致密的Al2O3
膜，产物经充分分散后在有机介质
或水中的稳定时间明显提高，紫外线透过率则由改
性前的大于8．5%降低到小于7%。
粉体表面改性
前言：粉体是无数个细小固体粒子集合体的总称。根据固体粒子的尺寸不同可以将固体粒子分为颗粒、微米颗粒、亚微米颗粒、超微颗粒、纳米颗粒。通常粉体是尺度界于10-9m到10-3m范围的颗粒。随着颗粒尺寸的减小相应的各种性质也随着尺寸的改变而改变。
因此小尺寸颗粒有如下几个特征：
1．比表面积增大促进溶解性和物质活性的提高，易于反应处理。
粉体的团聚现象减少了，分散性提高
了，并且改性后的纳米SiO2
粉体与有机基体聚氨
酯弹性体( PUE)的相容性增强了，PUE材料的力学
性能也有较大的改善，能同时达到增强增韧的效
果。余江涛等〔9〕利用阴离子表面活性剂对钛白粉
进行改性，结果表明粉体的疏水性有所改善，其中
使用十二烷基苯磺酸钠与硬脂酸的复配体系其接
向排列，使其表面性质或界面性质发生显著变化;
第四讲 纳米粉体表面改性
（2）纳米粉体表面改性的必要性 ）
纳米粉体一般是指粒径在 以下的粒子或颗粒。 纳米粉体一般是指粒径在100nm以下的粒子或颗粒。由于 一般是指粒径在 以下的粒子或颗粒 纳米粉体粒度细、比表面积大、表面能高、表面原子数增多、 纳米粉体粒度细、比表面积大、表面能高、表面原子数增多、 原子配位不足及高的表面能， 原子配位不足及高的表面能，使得这些表面原子具有很高的 活性，极不稳定，很容易“团聚” 失活” 活性，极不稳定，很容易“团聚”及“失活”。 对于软团聚的纳米粒子，通过表面的物理和化学改性，来 对于软团聚的纳米粒子，通过表面的物理和化学改性， 提高纳米粉体的分散性 分散性； 提高纳米粉体的分散性；改善或提高无机纳米粉体与复合材 料中基料或其他物质之间的相容性 相容性； 料中基料或其他物质之间的相容性； 纳米粉体在催化、环保、微电子、 纳米粉体在催化、环保、微电子、生物医药及化工等领域 的应用需要特定的表面物理化学特性及功能。因此， 的应用需要特定的表面物理化学特性及功能。因此，有选择 性地赋予无机纳米粉体材料新的物理化学性能及新的功能 新的物理化学性能及新的功能也 性地赋予无机纳米粉体材料新的物理化学性能及新的功能也 要通过表面改性或表面处理来实现。 要通过表面改性或表面处理来实现。
1.表面活性剂改性 表面活性剂改性
无机纳米粉体颗粒经表面活性剂改性或处理后可阻止或 减轻硬团聚体的形成 提高其分散性。 的形成， 减轻硬团聚体的形成，提高其分散性。表面活性剂还能改善 或提高纳米粒子与相应体系中基料或其他物质的相容性 相容性。 或提高纳米粒子与相应体系中基料或其他物质的相容性。 纳米粉体的表面活性改性法既可湿法进行也可干法进 纳米粉体的表面活性改性法既可湿法进行也可干法进 行或干-湿结合 湿结合。 行或干 湿结合。 对于湿法化学合成，如沉淀法、水热法、溶胶 凝胶法等 对于湿法化学合成，如沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法等 湿法化学合成 工艺制备纳米粉体， 工艺制备纳米粉体，在湿法生成纳米粉体过程中或生成后立 即加入表面活性剂，不仅可以防止硬团聚体的形成， 即加入表面活性剂，不仅可以防止硬团聚体的形成，还有助 于遏止粒子“长大”。纳米粉体的表面改性最好在湿法制备 于遏止粒子“长大” 过程中就开始进行。 过程中就开始进行。 进行干法改性。 表面活性剂也可以用于对纳米无机粉体 进行干法改性。 干法改性的关键是改性设备能够很好地将纳米粉体和表面活 干法改性的关键是改性设备能够很好地将纳米粉体和表面活 性剂分散， 性剂分散，使表面活性剂能够均匀地吸附包覆于纳米颗粒表 面。 ：