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防止纳米颗粒团聚的表面处理

防止纳米颗粒团聚的表面处理

主要内容1.纳米颗粒制备的方法2.纳米颗粒团聚的原因3.纳米颗粒防团聚的方法4.总结与展望5.参考文献纳米粒子的制备方法随着纳米科技的发展,制备纳米粒子的方法越来越多机械法物理方法化学方法化学气相沉积(CVD)法水解法共沉法固相反应物理气相沉积(PVD)微粒之间不仅存在范德华力,而且还存在着由于双电层而产生的斥力斥力＞引力时,微粒互相排斥,颗粒分散引力＞斥力时,微粒自发地互相接近,颗粒团聚。自团聚,形成的团聚物称为一次团聚物一次团聚物在流化过程中进一步团聚,形成一种松散的流体力学团聚物,称为二次团聚物。根据粒子彼此间相互吸附力的大小软团聚：硬团聚：由范德华力和库仑力所引起的,可以通过一些化学作用或施加机械能的方式加以消除。除了有范德华力和库仑力的作用,还存在化学键作用力,因此硬团聚在材料加工过程中不易破坏,会导致材料性能变差。纳米颗粒的团聚纳米颗粒团聚的形成机理晶桥理论认为,湿凝胶在干燥过程中,毛细管吸附力使颗粒相互靠近,颗粒之间由于表面羟基和溶解—沉淀形成的晶桥而变得更加紧密,随着时间的推移,这些晶桥相互结合从而形成较大的块状团聚体。毛细管吸附理论认为,在凝胶受热吸附水开始蒸发时,颗粒的表面部分裸露出来,而水蒸气空隙的两端出去,由于毛细管力的存在,在水中形成静拉伸压强,毛细管孔壁收缩,从而导致硬团聚体的形成。氢键作用理论认为,粉末颗粒仅靠氢键作用相互聚集,形成硬团聚体。化学键作用理论认为,凝胶表面存在的非架桥羟基是产生硬团聚的根源,当胶粒相互靠近时,其表面的非架桥羟基发生如下反应形成硬团聚:Me-OH+HO-MeMe-O-Me+H2O纳米颗粒团聚的原因1。颗粒细化到纳米级以后,其表面积累了大量的正、负电荷,纳米颗粒的形状极不规则,这样就造成表面电荷的聚集,使纳米粒子极不稳定,因而易发生团聚。2。纳米颗粒的表面积大,表面能高,处于能量不稳定状态,很容易发生聚集而达到稳定状态,因而发生团聚。3。纳米颗粒之间的距离极短,相互间的范德华引力远大于自身的重力,因此往往相互吸引而发生团聚。4。纳米颗粒之间表面氢键、化学键的作用导致纳米粒子之间的相互吸引而发生团聚,颗粒越细团聚就越强烈。5。颗粒之间的量子隧道效应、电荷转移和界面原子的相互耦合,使微粒通过界面发生相互作用和固相反应而团聚。团聚体的消除与控制慢氧化处理防团聚剂

溶剂贮存直接成材储运过程表面包覆表面活性剂包覆聚合物包覆有机溶剂洗涤法表面化学反应机械—化学反应冷冻干燥法共沸蒸馏法制备过程表面包覆2.聚合物包覆将聚合物溶解于适当溶剂后,使其吸附于粒子表面形成包覆膜;或者先用单体包覆,再于适当条件下引发聚合,于粒子表面形成聚合物的壳层,可改善粒子在聚合物中的分散性。1.表面活性剂包覆是利用表面活性剂在固液界面上的吸附作用,形成一层分子膜阻碍颗粒之间相互接触,同时表面活性剂还可以降低表面张力,从而减少毛细管的吸附力。加入高分子表面活性剂还可起到一定的空间位阻作用。共沸蒸馏法将某种沸点比水高的有机溶剂与制得的湿凝胶混合,使水和该有机溶剂形成共沸物,然后进行共沸蒸馏。在蒸馏过程中,包裹在胶体中的水分以共沸物的形式被有机溶剂带走,最大限度地脱除水,从而防止在随后的胶体干燥和煅烧过程中发生硬团聚。该法的关键是要选择合适的有机溶剂,使其与水形成的二元共沸体系的共沸组成中水的含量最大,这样才能最有效地将胶体中的水脱除下来。目前,常用的有机溶剂为正丁醇。有机溶剂洗涤法

待样品与母液分离后用无水乙醇等有机溶剂多次洗涤湿凝胶,然后烘干得到分散的干凝胶。基本原理:有机溶剂的官能团取代胶粒表面的部分非架桥羟基,并起到一定的空间位阻作用而消除部分颗粒的硬团聚;同时由于有机溶剂具有较低的表面张力,也将减小脱水过程中的毛细管收缩力,使凝胶颗粒之间的结合强度降低。最常见的洗涤用溶剂是无水乙醇。机械—化学反应由于研磨粉体粒子时可引起化学键断裂,新生的表面上有活性极高的离子或基团,这些活性点可和改性剂反应;若与线形高分子一起研磨,则聚合物中的键可切断,从而在粉体表面接上高分子,改善在聚合物中的分散性。表面化学反应由于金属、金属氧化物及无机非金属材料粉体与空气中的氧、水蒸气反应,在表面形成亲水性的—OH,这些—OH基团的存在为表面改性提供了可能,如在适当条件下可与偶联剂等发生反应使表面转为憎