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液相化學(xué)法制備的納米粉體處理團(tuán)聚問題方法簡介

 納米粉體很容易產(chǎn)生團(tuán)聚，團(tuán)聚問題常常會使得納米材料的納米效應(yīng)不能充分發(fā)揮，限制了其應(yīng)用領(lǐng)域。本文將向讀者簡要闡述一下納米粉體產(chǎn)生團(tuán)聚的原因。由于目前很多納米顆粒都是使用液相化學(xué)法生產(chǎn)的，故筆者還將著重介紹用液相化學(xué)法制備納米粉體時，常常用來解決納米粉體的團(tuán)聚問題的一些方法。

一、納米粉體團(tuán)聚的原因

納米粉體產(chǎn)生團(tuán)聚的原因引起納米粉體團(tuán)聚的原因很多，有關(guān)機(jī)理尚需進(jìn)一步研究，但歸納起來主要是以下幾個方面:

1、分子間力、靜電作用、活性高的化學(xué)鍵(氫鍵)等通常是引起納米顆粒團(tuán)聚的因素，在納米粒子中小尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)表現(xiàn)得更為強(qiáng)烈

。

2、由于納米顆粒的量子隧道效應(yīng)、電荷轉(zhuǎn)移和界面原子的相互耦合，使納米顆粒極易通過界面發(fā)生相互作用和固相反應(yīng)而團(tuán)聚。

3、由于納米粒子的比表面積大，使之與空氣或各種介質(zhì)接觸后，極易吸附氣體、介質(zhì)或與其作用，從而失去原來的表面性質(zhì)，導(dǎo)致粘連與團(tuán)聚。

4、因其極高的表面能和較大的接觸界面，使晶粒生長的速度加快，因而顆粒尺寸很難保持不變。

5、有些納米粒子(如CaCO3)由于水解作用，表面呈較強(qiáng)的堿性、羥基性或配位水分子，它們可通過羥基和配位水分子縮合，生成硬團(tuán)聚。

二、液相化學(xué)法制備納米粉體工藝流程中如何解決團(tuán)聚問題

顯然，防止納米粉體團(tuán)聚，獲得分散性好的納米粒子，是目前該領(lǐng)域亟待解決的問題之一。用液相化學(xué)法制備納米粉體時，在溶液反應(yīng)、洗滌、干燥、煅燒等環(huán)節(jié)可通過以下方法改善納米粉體的團(tuán)聚問題：

1、加入反絮凝劑在顆粒表面形成雙電層

反絮凝劑的選擇可依納米顆粒的性質(zhì)、帶電類型來確定，即選擇適當(dāng)?shù)碾娊赓|(zhì)作為分散劑，使納米粒子表面吸引異電離子形成雙電層。通過雙電層之間庫侖排斥作用使納米粒子之間發(fā)生團(tuán)聚的引力大大降低，從而有效地防止納米顆粒的團(tuán)聚，達(dá)到納米顆粒分散的目的。而排斥力的大小取決于顆粒的表面電位，作用范圍取決于雙電層厚度。

2、運(yùn)用超聲技術(shù)分散納米顆粒

近年來，聲化學(xué)領(lǐng)域的研究非常活躍。聲化學(xué)在納米材料制備中的應(yīng)用主要是基于超聲波的特殊分散性能，即利用超聲空化作用所產(chǎn)生的沖擊波和微射流所具有的粉碎作用，達(dá)到分散顆粒的目的，進(jìn)而解決納米顆粒間的團(tuán)聚問題。

3、洗滌除水方式

沉淀物中的水是引起納米粒子團(tuán)聚的重要因素之一，因此采用適當(dāng)洗滌方法將沉淀物中的水去除是防止納米粒子團(tuán)聚的常用方法。首選物質(zhì)為低沸點(diǎn)有機(jī)物，如用無水乙醇洗滌Zr(OH)4，既能起到表面活性劑的作用，又能防止其在煅燒過程中發(fā)生團(tuán)聚;再如，用熱乙醇萃取Ni(OH)2膠狀沉淀，不僅能制出晶狀高純Ni(OH)2，而且可防止其在煅燒過程的團(tuán)聚。

4、低溫快速干燥及懸態(tài)煅燒

實(shí)驗(yàn)證明，在保證沉淀物干燥完全、煅燒分解完全的基礎(chǔ)上，溫度越低、時間越短越好。目前，納米粉體的干燥可采用以下幾種方式:閃蒸、冷凍干燥、超臨界干燥、噴霧干燥、真空干燥等方式。納米粉體在煅燒時可采用目前最先進(jìn)的煅燒方式——懸態(tài)鍛燒，該方法使粉體煅燒瞬間完成。