第三章 纳米粉体的分散
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纳米粉体的分散课件
在塑料中的应用
总结词
改善塑料的力学性能和加工性能
详细描述
纳米粉体可以提高塑料的强度、韧性、耐热性和阻隔性能，改善塑料的加工流 动性和加工成型性，提高生产效率和产品质量。
在陶瓷中的应用
总结词
提高陶瓷的力学性能和热性能
详细描述
纳米粉体可以用于制备高性能陶瓷复合材料，提高陶瓷的硬度和强度，改善陶瓷的抗热震性能和高温性能。
分散工艺的优化问题
总结词
纳米粉体分散工艺需要不断优化，以提 高分散效率和分散稳定性。
VS
详细描述
纳米粉体的分散工艺涉及到多个因素，如 搅拌速度、时间、温度、粉体粒度等。为 了获得更好的分散效果，需要不断优化这 些工艺参数，以提高纳米粉体的分散效率 和稳定性。此外，还需要研究和开发新的 分散技术和设备，以适应不同类型和性质 的纳米粉体。
表面活性
纳米粉体的表面原子比例较高， 表面活性较强，容易与其他物质 发生反应或吸附。
纳米粉体的应用领域
医药领域
纳米粉体可用于药物载体、药 物控释、生物成像等。
化妆品领域
纳米粉体可用于美白、防晒、 抗衰老等产品中，提高产品效 果和安全性。
环保领域
纳米粉体可用于水处理、空气 净化、重金属离子吸附等。
能源领域
纳米粉体可用于电池、燃料电 池、太阳能电池等能源器件中 ，提高能源利用效率和性能。
2023
PART 02
纳米粉体的分散技术
REPORTING
分散剂的种类与选择
天然高分子分散剂
如淀粉、纤维素等，具有良好的生物 相容性和环保性，适用于食品和化妆 品等领域。
合成高分子分散剂
如聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯等， 具有较高的分散效率和稳定性，适用 于涂料、油墨和塑料等领域。
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。
粉体的分散与表面能
粉体的表面现象
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
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河南理工大学材料学院第三章温度温度是纳米粉体处理中一个十分重要的参数它不仅与干燥煅烧烧结等步骤有关而且与悬浮液的流变性质密切相关guo等人研究了聚丙烯酸铵分散氧化铝悬浮液中温度的影研究表明为了获得较好的分散效果以最低粘度为衡量标准随温度的升高所需分散剂的用量随之增加河南理工大学材料学院河南理工大学材料学院第三章纳米粉体的分散分散剂的优化河南理工大学材料学院河南理工大学材料学院第三章1聚电解质分散剂的优化聚电解质吸附在粉体表面对悬浮液的稳定作用主要是通过静电位阻效应起作用的因此聚合物分子结构对稳定性有较大影响研究具有更加有效分散性能的聚电解质已经成为研究热点目前有效的聚电解质是嵌段共聚物和接枝共聚这种共聚物是通过两种单体共聚反应而成河南理工大学材料学院河南理工大学材料学院第三章嵌段共聚物a和接枝共聚物b在固体表面的吸附丙烯酸铵丙烯酸甲酯共聚物分子结构研究表明m
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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）
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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）
【精品文章】纳米陶瓷粉体的物理分散方法
纳米陶瓷粉体的物理分散方法
与传统陶瓷相比，纳米陶瓷大幅度地提高了制品的性能，纳米粉体的引入及其分散技术显得尤为重要。
将纳米颗粒均匀分散或将纳米颗粒分散到微米陶瓷颗粒基体中制备成纳米陶瓷或纳米微米复相陶瓷材料，可以改善和提高材料的力学性能，同时也能降低陶瓷的烧结温度。
对于纳米陶瓷及纳米微米复相陶瓷材料，粉体的均匀分散是获得具有较好显微结构和性能的陶瓷制品的基础，纳米粉体的分散技术成为研究和制作纳米陶瓷材料的关键技术。
纳米陶瓷粉体的分散一般发生在液相之中，颗粒在液体中分散过程包括以下三个步骤：颗粒在液体中的润湿——颗粒团聚体在机械力作用下被分开成独立的原生粒子或较小的团聚体——将原生粒子或较小团聚体稳定，阻止再发生团聚。
固体颗粒在液相中的分散，本质上受固体颗粒与液相介质的润湿作用和在液相中颗粒间的相互作用两者所控制。
根据分散介质的不同，分散体系可分为水性体系和非水性体系。
纳米陶瓷或纳米微米复相陶瓷材料在制作过程中主要采用水性体系进行分散，是以水为分散介质的一种分散方法。
本文将向大家介绍纳米陶瓷粉体的物理分散方法的优缺点。
1、机械分散法
机械分散属于物理分散方法，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充分分散的一种方法。
机械分散法一般采用普通球磨、搅拌磨、行星磨和剪切式高速搅拌器等方式进行。
其中，普通球磨、研磨效率较低，常用于已分散的料浆经搁置后的二次。
纳米材料的化学特性
33
当粒子接触时，h＝0，随粒 子分离距离加大，h增大。 粒子之间存在位垒，粒子间 若要发生团聚，必须有足够 大的引力才可能使粒子越过 势垒。但由于磁引力和范德 瓦耳斯引力很难使粒子越过 势垒，因此磁性粒子不会团 聚。
34
The End
35
纳米粒子的吸附性与被吸附物质的性质、溶剂
的性质以及溶液的性质有关。不同种类的纳米
微粒吸附性质也有很大的差别。
电解质和非电解质溶液以及溶液的pH值等都
对纳米微粒的吸附产生强烈的影响。
4
1、非电解质的吸附
纳米材料在非电解 质上的吸附 通过氢键、范氏 作用力、偶极子的 弱静电引力吸附在 粒子表面，其中尤 以氢键为多。
max
0 可求出临界团聚浓度
（1）
16 k BT 04 1 Cr 2 2 4 2 N Ae A Z Z
式中， Z 为原子价，此关系式称为 SchulzeHardy定律。 精确表示式为：
1 Cr 6 Z
（2）
29
理论计算
式（1）与（2）式的差别是由于式
E0 ~
r02
分散
19
团聚体：是由一次颗粒通过表面力或固体桥键作
用形成的更大的颗粒．团聚体内会有相互连接的 气孔网络．团聚体可分为硬团聚体和软团聚体两 种．团聚体的形成过程使体系能量下降．
硬团聚：一般是指颗粒之间通过化学键力或氢键作用 力等强作用力连接形成的团聚体。 硬团聚体内部作用力大，颗粒间结合紧密，不易重新 分散。在纳米粉体材料制备过程中应该尽量避免产生 这种硬团聚。
2、电解质吸附
电解质在溶液中以离子形式存在，吸附能力大小 由库仑力来决定。 纳米微粒在电解质溶液中的吸附现象大多数属于 物理吸附。纳米粒子的大的比表面，很多键不饱 和，致使纳米粒子表面失去电中性而带电（例如 纳米氧化物，氮化硅粒子），在电解质溶液中往 往把带有相反电荷的离子吸附在表面上以平衡其 表面上的电荷，这种吸附主要是通过库仑交互作 用而实现的。
纳米粉体的分散
纳米粉体的分散
纳米粉体为何需要分散？ 纳米粉体为何需要分散？
纳米颗粒由于粒径小, 纳米颗粒由于粒径小 表面原子比例 比表面大, 表面能大, 大, 比表面大 表面能大 处于能量不稳定 因此很容易团聚导致颗粒增大. 状态 , 因此很容易团聚导致颗粒增大
团聚机理
硬团聚：在强的作用力（化学键力） 硬团聚：在强的作用力（化学键力） 下使颗粒团聚在一起， 下使颗粒团聚在一起，不能用机械 的方法分开 软团聚： 软团聚：一种由颗粒间静电引力和范 德华力作用引起的聚集， 德华力作用引学改性一般在高速加热混合 机或捏合机、流态化床、研磨机等设备 机或捏合机、流态化床、 中进行
影响化学改性的主要因素有: 影响化学改性的主要因素有:
①颗粒的表面性质, 如表面官能团的类 型、表面酸碱性、水分含量、比表面积等; ②表面改性剂的种类、用量及方法; ③ 工艺设备及操作条件, 如设备性 能、物料的运动状态或机械对物料的作用方 式、反应温度和反应时间等
防止团聚的措施——分散 分散 防止团聚的措施
• 对于软团聚 可以通过搅拌的方式减少颗粒 对于软团聚, 长大, 长大 强烈的搅拌可以把较大晶核打碎形成 多个细小晶核,使成核速率大于晶核长大速 多个细小晶核 使成核速率大于晶核长大速 率, 从而形成较细小的颗粒 • 加表面活性剂、有机溶剂洗涤、共沸蒸馏、 加表面活性剂、有机溶剂洗涤、共沸蒸馏、 冷冻干燥等几种方法,主要是除去凝胶中自 冷冻干燥等几种方法 主要是除去凝胶中自 由水以及表面羟基的措施, 由水以及表面羟基的措施 对于硬团聚的防 止比较有效
其他防止团聚体产生的措施
•有机溶剂洗涤 有机屋的表面张力小，降低非架桥枪羟基数量 •冷冻干燥法 冷冻干燥在低温、负压条件下, 自由水冻成冰时,其体积 膨胀, 使彼此靠近的凝胶粒子分开, 然后水由固相直接升成 气体, 因而避免了“液桥”引起的严重团聚现象. •共沸蒸馏
纳米粉体为何需要分散？ 纳米粉体为何需要分散？
纳米颗粒由于粒径小, 纳米颗粒由于粒径小 表面原子比例 比表面大, 表面能大, 大, 比表面大 表面能大 处于能量不稳定 因此很容易团聚导致颗粒增大. 状态 , 因此很容易团聚导致颗粒增大
团聚机理
硬团聚：在强的作用力（化学键力） 硬团聚：在强的作用力（化学键力） 下使颗粒团聚在一起， 下使颗粒团聚在一起，不能用机械 的方法分开 软团聚： 软团聚：一种由颗粒间静电引力和范 德华力作用引起的聚集， 德华力作用引学改性一般在高速加热混合 机或捏合机、流态化床、研磨机等设备 机或捏合机、流态化床、 中进行
影响化学改性的主要因素有: 影响化学改性的主要因素有:
①颗粒的表面性质, 如表面官能团的类 型、表面酸碱性、水分含量、比表面积等; ②表面改性剂的种类、用量及方法; ③ 工艺设备及操作条件, 如设备性 能、物料的运动状态或机械对物料的作用方 式、反应温度和反应时间等
防止团聚的措施——分散 分散 防止团聚的措施
• 对于软团聚 可以通过搅拌的方式减少颗粒 对于软团聚, 长大, 长大 强烈的搅拌可以把较大晶核打碎形成 多个细小晶核,使成核速率大于晶核长大速 多个细小晶核 使成核速率大于晶核长大速 率, 从而形成较细小的颗粒 • 加表面活性剂、有机溶剂洗涤、共沸蒸馏、 加表面活性剂、有机溶剂洗涤、共沸蒸馏、 冷冻干燥等几种方法,主要是除去凝胶中自 冷冻干燥等几种方法 主要是除去凝胶中自 由水以及表面羟基的措施, 由水以及表面羟基的措施 对于硬团聚的防 止比较有效
其他防止团聚体产生的措施
•有机溶剂洗涤 有机屋的表面张力小，降低非架桥枪羟基数量 •冷冻干燥法 冷冻干燥在低温、负压条件下, 自由水冻成冰时,其体积 膨胀, 使彼此靠近的凝胶粒子分开, 然后水由固相直接升成 气体, 因而避免了“液桥”引起的严重团聚现象. •共沸蒸馏
纳米粉体团聚解决方法及分散技术的研究
ｔ ｃ ｎ ｏ ，ｓ ｍ ｍ ｅ ｈ ｏ ｕ ｏ ｅ ｈ ｏｌ ｇ ｙ ｕ ｄ ｕｐ ｔ ｅ ｓ ｌ ｔ ｎ． ｉ
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ： ｎａ ｏｍｅ ｅ ； ｐ ｄｓ ｎ ｔｒ ｏｗｄ ｒ ｒｕｎｔ ｄｉ ｅ ｓ ｅ； ｅ ｉ ｅ； ｓ ｒｅ ｐ
０ 引 言
ｌ 效应 和表 面效 应表 现得更 为 强烈 。
第２ ５卷 第 ５期 ２ ２年 ９月 ０１ 文章 编 号 ：１ ０ — ６ ３ ２ １ ）０ — ３ — ３ ０ ２ ６ ７ ｆ ０ ２ ５ ０ ８ ０
Ｄ ｖｌｐ ｎ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔ＆ Ｉ ｎ ｖｔｏ ｆＭａ ｈ ｎ ｒ ｎ ｏ ａｉｎ ｏ ｃ ｉｅ ｙ＆ Ｅｌｃｒ ａ ｒ ｄ ｃｓ ｅｔｃｌ ｏ ｕ ｔ ｉ Ｐ
ｆ
ｌ
（） ２ 由于 纳 米 颗 粒 的 量 子 隧 道 效 应 、电 荷 转 移 和 界 面
纳 米微粒 的集合 体称 为 纳米 粉体 或超 微粉 。纳 米材 ｌ 原 子 的相互 耦 合 ，使 纳 米颗 粒极 易通 过 界面 发生 相互 作
料 指 在 三 维 空 间 中 至 少 有 一 维 处 于 纳 米 尺 度 范 围 或 由 它 用 和 固 相 反 应 而 团 聚
而 失去 纳米 微 粒所 具备 的功 能 ，因此 ，应 用纳 米粉 体 首 ｛ （） ４ 因其极 高 的表面能 和较大 的接触 界 面 ，使 晶粒生 （ ） 些纳 米粒 子 （ Ｃ Ｃ 由于水解 作用 ，表 面呈 ５有 如 ａ Ｏ）
先必须解决其在介质中的分散性问题 。
『 长 的速 度加 快 ．因而颗 粒尺 寸很难 保 持不 变 。
Ａｂｓｒ ｃ ： Ａｇ ｌｍ ｅａｉｎ ｆｎａ ｏｍｅ ｅ ｏ ｄ ｒｉ ａｐ ｏ ｌｍ ｒｑ ｎｄ ｎ ｏ ｎｔｒｄ ｉ ｈｅｐｒ ｅｓｏ ａ ｔｃ ｎｏｏ ｙ ａ ｐ ａｉｎｓ Ｔｈ ｓａ— ｔａ ｔ ｇｏ ｒｔ ｏ ｏ ｎ ｔｒｐ ｗ ｅ ｓ ｒ ｂｅ ｆｅ ｕｅ ｙ ｅ ｃ ｕ ｅ ｅ ｎ ｔ ｏｃ ｓ ｆｎ ｎｏ ｅ ｈ ｌｇ ｐ ｈｃｔｏ ． ｉ ｒ
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０ 引 言
ｌ 效应 和表 面效 应表 现得更 为 强烈 。
第２ ５卷 第 ５期 ２ ２年 ９月 ０１ 文章 编 号 ：１ ０ — ６ ３ ２ １ ）０ — ３ — ３ ０ ２ ６ ７ ｆ ０ ２ ５ ０ ８ ０
Ｄ ｖｌｐ ｎ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔ＆ Ｉ ｎ ｖｔｏ ｆＭａ ｈ ｎ ｒ ｎ ｏ ａｉｎ ｏ ｃ ｉｅ ｙ＆ Ｅｌｃｒ ａ ｒ ｄ ｃｓ ｅｔｃｌ ｏ ｕ ｔ ｉ Ｐ
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（） ２ 由于 纳 米 颗 粒 的 量 子 隧 道 效 应 、电 荷 转 移 和 界 面
纳 米微粒 的集合 体称 为 纳米 粉体 或超 微粉 。纳 米材 ｌ 原 子 的相互 耦 合 ，使 纳 米颗 粒极 易通 过 界面 发生 相互 作
料 指 在 三 维 空 间 中 至 少 有 一 维 处 于 纳 米 尺 度 范 围 或 由 它 用 和 固 相 反 应 而 团 聚
而 失去 纳米 微 粒所 具备 的功 能 ，因此 ，应 用纳 米粉 体 首 ｛ （） ４ 因其极 高 的表面能 和较大 的接触 界 面 ，使 晶粒生 （ ） 些纳 米粒 子 （ Ｃ Ｃ 由于水解 作用 ，表 面呈 ５有 如 ａ Ｏ）
先必须解决其在介质中的分散性问题 。
『 长 的速 度加 快 ．因而颗 粒尺 寸很难 保 持不 变 。
Ａｂｓｒ ｃ ： Ａｇ ｌｍ ｅａｉｎ ｆｎａ ｏｍｅ ｅ ｏ ｄ ｒｉ ａｐ ｏ ｌｍ ｒｑ ｎｄ ｎ ｏ ｎｔｒｄ ｉ ｈｅｐｒ ｅｓｏ ａ ｔｃ ｎｏｏ ｙ ａ ｐ ａｉｎｓ Ｔｈ ｓａ— ｔａ ｔ ｇｏ ｒｔ ｏ ｏ ｎ ｔｒｐ ｗ ｅ ｓ ｒ ｂｅ ｆｅ ｕｅ ｙ ｅ ｃ ｕ ｅ ｅ ｎ ｔ ｏｃ ｓ ｆｎ ｎｏ ｅ ｈ ｌｇ ｐ ｈｃｔｏ ． ｉ ｒ
纳米材料的分散与稳定性研究及其应用
纳米材料的分散与稳定性研究及其应用随着科技的不断进步，纳米材料已经成为了新材料领域的重要组成部分。
它们在电子、医药、生物和环境等多个领域都有着广泛的应用。
而这些应用都需要对纳米材料进行有效的分散和稳定处理，才能使其发挥最大的作用。
本文将探讨纳米材料的分散与稳定性研究，以及其在不同领域的应用。
一、纳米材料的分散稳定性研究纳米材料由于具有极小的尺寸和高比表面积，因此表现出非常不同于宏观材料的性质。
纳米材料的最大特点就是其活性表面积非常大，这种活性表面会导致纳米材料很容易聚集形成团簇。
而团簇的形成不仅会使得纳米材料的性质变差，而且可能会导致材料的结构和性能出现难以控制的变化，从而严重影响纳米材料的应用。
因此，分散和稳定纳米材料对于研究其性质和应用具有至关重要的意义。
纳米材料的分散性和稳定性是相互关联的。
一般来说，纳米材料分散能力强，稳定性会相应增强。
所以，在分散纳米材料之前，首先需要掌握纳米材料的稳定性。
纳米材料的稳定性与其表面的化学组成、形状和尺寸等因素有关。
因此，需要对纳米材料的物理和化学特性进行研究，确定其表面特征，进而通过调整表面性质来达到改善纳米材料稳定性的目的。
一般采用表面改性、物理或化学改变溶液条件、添加表面活性剂等方法来实现分散处理。
二、纳米材料在各领域的应用2.1 电子领域纳米材料在电子领域中应用十分广泛，主要是由于其特有的电学和磁学性质。
纳米材料的电性能表现出非常突出的性能，这使得它们在电子器件制造中应用越来越广泛。
例如，使用纳米粉体可以制造出更高效、更小巧的磁盘驱动器，它们还可以用于制造石墨烯和碳纳米管等电子材料。
此外，纳米材料的磁性能研究成果也是近年来电子领域非常重要的一部分，由此研制出的许多磁性材料在电子领域的应用上有很大的突破。
2.2 医药领域纳米材料在医药领域中的应用主要体现在纳米药物的制备和纳米配合物的应用。
纳米药物不仅可以提高药物吸收效果，而且可以降低药物的剂量和毒性，从而改善临床疗效。
粉体表面改性及分散技术
1、纳米粉体的分散重要性
纳米粉体稳定分散在各种液相介质形成的分散体本身往往 就是十分重要的产品。如将某些具有特殊电磁性的纳米粉 体分散在液相介质中可制成导电料浆或磁性浆料；将纳米 TiO2粉体分散在水中或有机溶剂中可以制成具有抗紫外、 自清洁或光催化等特殊功能的涂料；这些产品的性能与纳 米粉体的分散状况密切相关。
3、粉体表面改性的目的
4、环境保护
某些公认的对健康有害的原料，如石棉，对人体健康有害主要 在于其生理活性；一是细而长的纤维形状（长度为5-100微米， 直径3微米以下的纤维）在细胞中特别具有活性；二是石棉表面 的极性点（这些极性点主要是OH-官能团）容易与构成生物要素 的氨基酸蛋白酶的极性基键合。如果这两个因素在细胞中起主导 作用的话，那么就可以认为表面改性有可能改变石棉的生理活性。 可用对人体无害和对环境不构成污染，又不影响其使用性能的其 他化学物质覆盖、封闭其表面的活性点OH-。
1、粉体的用途
在橡胶、塑料、涂料、胶粘剂等高分子材料工业及高 聚物基复合材料领域中，无机粉体填料占有很重要的 地位。如碳酸钙、高岭土、氢氧化铝、云母、石棉、 石英、硅藻土、白碳黑等等，不仅可以降低材料成本， 还能提高材料的硬度、刚性和尺寸稳定性，改善材料 的力学性能并赋予材料某些特殊的物理化学性能，如 耐腐蚀性、耐侯性、阻燃性和绝缘性等。
2、纳米粉体分散改性的目的
粉体表面改性及分散技术
主要内容
一．粉体表面改性 二．纳米粉体表面改性 三．超分散剂
超细粉体分类
分类
直径
原子数目
微米粉体
>1m
>1011
亚微米粉体 100nm~1 m 108
特征 体效应 体效应
纳米粉体 100nm~10nm 105 尺寸与表 1nm
纳米粉体的分散及表面修饰
桥氧键的形成
先前认为是由颗粒表面物理配位结合的水分子间的氢 键作用引起的，但最新研究认为，水分子间即使存在 氢键，但水分子蒸发也不可能导致多余的氧原子留下 而形成氧桥键，氧桥键的形成应该是由颗粒表面化学 结合的羟基团间的氢键作用引起的。
2OH-
H2O(g)+O2-
氢氧化物在分解失水时氧桥键的形成是颗粒硬团聚的主 要原因，在干燥前用醇类洗涤前驱物，在一定温度下使 前驱物在醇类中时效或与醇类共沸蒸馏，以醇类的－OR 基团取代氢氧化物中非桥联结合的－OH基团，可以导致 只有软团聚形成
表面化学修饰法在纳米微粒表面改性中占有极其重要的地位，例如在 液相法制备纳米粉体时，为防止团聚问题，常采用化学表面改性，在 制备过程中通过添加各种表面改性剂与颗粒表面进行化学反应，改变 颗粒的表面状态，当进行干燥时，由于改性剂吸附或键合在颗粒表面 ，从而降低了表面羟基的作用力，消除了颗粒间的氢键作用，阻止氧 桥键的形成，从而防止了硬团聚的发生。
3 高能量表面修饰 利用电晕放电、紫外线、等离子束射 线等对粒子进行表面改性
纳米微粒表面化学修饰
通过纳米微粒表面与改性剂之间进行化学反应，改变纳米微粒的表面 结构和状态，以达到表面改性的目的称为纳米微粒的表面化学修饰。 由于纳米微粒比表面积很大，表面键态、电子态不同于颗粒内部，表 面原子配位不全导致悬挂键大量存在，使这些表面原子具有很高的反 应活性，极不稳定，很容易与其他原子结合，这就为人们利用化学反 应方法对纳米微粒表面改性提供了条件。
1100C煅烧得到的YAG粉体的TEM
纳米粉体表面改性问题
纳米粉体的表面改性(表面修饰)是一门新兴科学，20世纪90年代 中期，国际材料会议提出了纳米微粒的表面工程新概念。所谓纳米 微粒的表面工程就是用物理、化学方法改变纳米微粒表面的结构和 状态，从而赋予微粒新的机能并使其物性得到改善，实现人们对纳 米微粒表面的控制。其研究领域主要为修饰方法和修饰对表面性质 的影响。
【精品文章】纳米陶瓷粉体的化学分散方法
纳米陶瓷粉体的化学分散方法
纳米粉体化学分散方法指的是选择一种或多种适宜的分散剂提高悬浮体的分散性，改善其稳定性及流变性。
化学分散是分散纳米颗粒最本质、最有效的方法。
一、纳米颗粒化学分散的机理
1、双电层排斥理论
双电层排斥理论主要是DLVO理论，该理论是在忽略了高分子能够在粒子表面形成一层吸附层，同时也忽略了由于聚合物吸附而产生一种新的斥力——空间位阻斥力的情况下成立的。
该理论揭示了纳米颗粒表面所带电荷与稳定性的关系，通过调解溶液的pH值或外加电解质等方法，来增加颗粒表面电荷，形成双电层，通过ζ电位增加，使颗粒间产生静电排斥作用，实现颗粒的稳定分散。
体系的稳定性主要是通过双电层排斥能与范德华引力能的平衡来实现的，表达式如下
VT=VWA+VER
式中,VT为两粒子总势能;VWA为范德华引力势能；VER为双电层排斥力能。
2空间位阻稳定理论
双电层排斥理论不能用来解释高聚物或非粒子表面活性剂的胶体物系的稳定性。
对于通过添加高分子聚合物作为分散剂的物系，可以用空间位阻稳定机理来解释。
分散剂分子的锚固基团吸附在固体颗粒表面，其溶剂化链在介质中充分伸展形成位阻层，阻碍颗粒的碰撞团聚和重力沉淀。
聚合物作为分散剂在不同分散体系中的稳定作用,在理论和实践中都已得到验。
纳米粒子的团聚形成机理及分散方法
纳米粒子的团聚形成机理及分散方法纳米粉体也叫纳米颗粒，一般指尺寸在1-100nm之间的超细粒子。
纳米粉体具有的体积效应、表面效应、量子尺寸效应、介电限域效应等各种效应，使得它表现出强吸光能力、高活性、高催化性、高选择性、高扩散性、高磁化率和矫顽力等特殊理化性能[1]；使它具备独特的力学、光、热、电、磁、吸附、气敏等性质[2]。
在传统材料中加入纳米粉体将大大改善其性能或带来意想不到的性质。
目前已用于纳米固体的压制、纳米涂层、环境保护以及纳米粒子光催化上。
纳米材料科学及工业应用已成为国内外跨新世纪研究开发热点，并开拓发展成为高技术产业，在电子、化工、机械、生物医学等工业领域内，具有日益广泛发展的应用前景。
随着纳米科技的发展，制备纳米粉体的方法越来越多。
在制备纳米粉体过程中，存在的最大问题就是纳米颗粒的团聚，这也是当今纳米技术领域内的一个普遍关心、亟待解决的一个难题。
控制纳米颗粒团聚已成为制备纳米颗粒的一项关键技术，所以很有必要对纳米颗粒团聚现象进行深入研究。
2 团聚分类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、处理及存放过程中相互连接、由多个颗粒形成较大的颗粒团簇的现象。
由于团聚颗粒粒度小，表面原子比例大，比表面积大，表面能大，处于能量不稳定状态，因而细微的颗粒都趋向于聚集在一起，很容易团聚，形成团聚状的二次颗粒，乃至三次颗粒，使粒子粒径变大，在每个颗粒内部有细小孔隙。
纳米颗粒的团聚一般分为两种：软团聚和硬团聚。
对于软团聚机理，人们的看法比较一致，即，软团聚是由纳米粉体表面分子或原子之间的范德华力和静电引力所致，由于作用力较弱，可以通过一些化学作用或施加机械能的方式来消除。
对于硬团聚，不同化学组成不同制备方法有不同的团聚机理，无法用统一的理论来解释。
因此需要采取一些特殊的方法来对其进行控制。
3 纳米颗粒团聚的形成机理颗粒细化到纳米级后，其表面积累了大量的正、负电荷，纳米颗粒的形状极不规则，这样造成了电荷的聚集。
纳米ITO粉体的团聚与分散分析
透 视 INSIGHT
纳米ITO粉体的团聚与分散分析
■ 文 / 杨 扬 傅清波 谢 梦 株洲冶炼集团股份有限公司
铟锡氧化物（I T O）是一种N型半 导体材料，通常包括I T O粉体、I T O靶 材以及ITO导电薄膜。目前制备ITO粉 体常见的方法有 ：水热合成法、共沉 淀法机械混合法和喷雾热分解法。其 中，国内主要以化学沉淀法为主，该方 法具备制备成本低、方法简单、易于工 业化生产优点，但最大的缺点是易出 现 纳 米 颗 粒 的 团 聚[1]。粉 体 发 生 团 聚 现象后，易形成较大的团聚体，从而影 响其在I T O靶材中的性能应用，所以 纳米I T O粉体的团聚已成为I T O靶材 制备过程中的研究重点。
液相化学法制备纳米粉体时，在 溶液反应、洗涤、干燥、煅烧等方面都 会造成不同程度的团聚现象。笔者通 过对共沉淀法制备所得的I T O粉体团 聚情况进行分析（见图 4）。
通过扫描电子显微镜（S E M）图
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团聚强度/kPa
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3 纳米 ITO 粉体团聚与分散 3.1 纳米 ITO 粉体的团聚分析
常 见 的 共 沉 淀 法 制 备I T O粉 多 数 是 在 盐 酸 体 系 下，先 将 金 属 铟 溶 解，然 后 加 入 锡 盐 制 备 混 合 液，选 取 氨 水 作 为 沉 淀 剂，共 沉 淀 反 应 制 备 前 驱 体，陈 化 后 再 经 过 洗 涤、喷 雾 干 燥 和 煅 烧，得 到 纳 米I T O粉 体—— I n2O3∶S n O2=90∶ 1（0 质量分数百分 比），其简单工艺流程如
颗粒内的 闭口孔隙
纳米ITO粉体的团聚与分散分析
■ 文 / 杨 扬 傅清波 谢 梦 株洲冶炼集团股份有限公司
铟锡氧化物（I T O）是一种N型半 导体材料，通常包括I T O粉体、I T O靶 材以及ITO导电薄膜。目前制备ITO粉 体常见的方法有 ：水热合成法、共沉 淀法机械混合法和喷雾热分解法。其 中，国内主要以化学沉淀法为主，该方 法具备制备成本低、方法简单、易于工 业化生产优点，但最大的缺点是易出 现 纳 米 颗 粒 的 团 聚[1]。粉 体 发 生 团 聚 现象后，易形成较大的团聚体，从而影 响其在I T O靶材中的性能应用，所以 纳米I T O粉体的团聚已成为I T O靶材 制备过程中的研究重点。
液相化学法制备纳米粉体时，在 溶液反应、洗涤、干燥、煅烧等方面都 会造成不同程度的团聚现象。笔者通 过对共沉淀法制备所得的I T O粉体团 聚情况进行分析（见图 4）。
通过扫描电子显微镜（S E M）图
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3 纳米 ITO 粉体团聚与分散 3.1 纳米 ITO 粉体的团聚分析
常 见 的 共 沉 淀 法 制 备I T O粉 多 数 是 在 盐 酸 体 系 下，先 将 金 属 铟 溶 解，然 后 加 入 锡 盐 制 备 混 合 液，选 取 氨 水 作 为 沉 淀 剂，共 沉 淀 反 应 制 备 前 驱 体，陈 化 后 再 经 过 洗 涤、喷 雾 干 燥 和 煅 烧，得 到 纳 米I T O粉 体—— I n2O3∶S n O2=90∶ 1（0 质量分数百分 比），其简单工艺流程如
颗粒内的 闭口孔隙
纳米粉体的团聚与分散课件
团聚的定义
纳米粉体在制备、处理和存储过 程中，由于各种原因（如表面能 、范德华力、静电力等）导致的 粒子聚集现象。
团聚的分类
根据形成机制和形态，团聚可分 为一次团聚、二次团聚和三次团 聚。
团聚的形成机理
粒子间的相互作用
环境因素
纳米粉体中粒子间的相互作用力，如 范德华力、静电力等，是导致团聚的 重要原因。
详细描述
光学显微镜是一种常用的观察工具，能够提供粉体颗粒的宏观图像。通过观察 粉体颗粒的分布和形态，可以初步判断粉体的团聚和分散状态。这种方法简单 易行，但精度相对较低。
扫描电子显微镜观察法
总结词
扫描电子显微镜能够提供纳米粉体的高分辨率图像，有助于深入了解粉体颗粒的 表面形貌和微观结构。
详细描述
扫描电子显微镜利用电子束扫描样品表面，通过检测样品发射的信号来获取高分 辨率的图像。这种方法能够清晰地展示粉体颗粒的表面形貌和微观结构，对于了 解粉体的团聚和分散状态具有重要意义。
纳米粉体的团聚与分散课件
contents
目录
• 纳米粉体概述 • 纳米粉体的团聚现象 • 纳米粉体的分散技术 • 纳米粉体的团聚与分散研究方法 • 纳米粉体的团聚与分散研究进展 • 纳米粉体的团聚与分散研究展望
01
纳米粉体概述
纳米粉体的定义与特性
定义
纳米粉体是一种粒径在纳米级别（1100纳米）的粉末，具有极高的比表 面积和表面活性。
术的改进与创新
纳米流化床
采用纳米流化床技术，通过控制流化速度和气体流量，实现对纳 米粉体的高效分散。
微射流均质机
利用微射流均质机的高压和高速剪切作用，将纳米粉体分散至亚微 米级别。
动态光散射法
采用动态光散射法实时监测纳米粉体的粒径分布，为分散工艺的优 化提供依据。
钛酸铋纳米粉体的水热合成与分散
ห้องสมุดไป่ตู้
好 的分散效 果。 关键 词 ： 水热合成 ； 钛酸铋 ； 四氯化钛 ； 硝酸铋
中 图分 类 号 ：Ｑ ３ ． １ Ｔ １４ １ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ６— ９ ０ ２ １ ）２— ０ １ ３ １０ ４ ９ （０ ０ ０ ０ ２ 一Ｏ
Ｈ ｙ ｏ ｈ ｒ ａ ｙ ｈｅ ｉ ｎｄ ｄｉｐ ｒ ｉ ｆ ｂ ｓ ｕｔ ｉａ ｔ ａ ｐｏ ｄｒ ｔ ｅ ｍ ｌｓ ｎｔ ｓｓ ａ ｓ ｅ ｓｏｎ ｏ ｉｍ ｈ ｔｔ ｎａ ｅ ｎ ｎｏ ｗｄｅ ｒ
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［ （ Ｏ ） ５ Ｏ］ａ ｄｔａ ｉ ｅｒ ｈｏｉｅ（ ｉＩ）ａ ２ ０～２０ ℃ ｆ ， ｉ ｏ ｓｉｍ ｈｄｏｉｅ （ ＯＨ）ａ 磷 Ｎ ３ ３・ Ｈ２ ｎ ｔ ｕ ｔｔ ｅｌｒ Ｃ４ ｔ ２ ｉｎ ｍ ａ ｄ Ｆ ６ ｏ ６ ｈ ｗｔ ｐ ｔ ｓ ｙｒｘｄ Ｋ ｒ ｈ ａ ｕ ｓ
ｓ ｄ Ｂｉ ３ ２ｐｏ ｅ ｓｈａ ｇ ｒ ｇ ｔｏ ｅ ｍ ｅ ｏ ａ ｄ ｄ ａ ｅｅ ｆｔ ｇ ｒ ｇ ｔ ｓｗａ ｏ ａ ｏ ０ ｎ ； ｇ ｒｇ ｔｏ ｆ ｅ ４ ｗｄ ｒ ｄ ａ ｇ ｅ ａ ｉｎ ｐｈ ｎｏ ｎ ｎ， ｎ ｉｍ ｔｒｏ ｈｅａ ｇ ｅ ａｉ ｓｕｐ ｔ ｂ ｕｔ Ｔｉ Ｏ１ ｏｎ ５０ ｍ ａ ｇ ｅ ａ ｉｎ ｏ ｐｏ ｗｄｅ ｓｃ ｕ ｄ ｂｅ ｄ ｎ ｅ ｙ ｄｉｐ ｒｉ ｇ ｔ ｅ ｉｔ ｈｅ ｓ ｌ ｔｏ ，ｎ ｉｔｎｇ ｏ ｅｒ ｅｈｙ ｒｈ ｓｌｅ ｔ ａ ｒ ｌｃ ａ ｉ ａ ｄ ａ ｓ — ｒ ｏ ｌ ａ ｍｇ ｄ ｂ ｓ ｅ ｓｎ ｈ ｍ ｎ ｏ ｔ ｏｕ ｉｎ ｃ ｓｓｉ ｆｔ ｔａ ｔ ｌｏ ｏ ｉｉ ａｅ， ｃ ｉ ｃｄ， ｎ ｂ ｏ ｏ ｔ ｙ ｌ ｔ ｔｙ ａｃ ｈ ｌ ａ ｈ ｙ ｔｍ ｗａ ｈ ｎ ｒ ａｅ ｔ ｇ — ｓ ｅ ｒ ｄｉｐｅ ｓｎｇ ｍｕ ｓｆｅ ｏ ｃ ｅ ｅ ｏ ｄ ｄ ｓ ｒ ｉｎ ｕ ｅ ｅｈ ｌ ｌｏ ｏ ， ｎｄ ｔｅ ｓ ｓｅ ｓ ｔ ｅ ｔｅ ｔｄ ｗｉｈ ａ ｈｉｈ ｈ ａ ｓ ｒ ｉ ｅ ｌｉ ｒ ｔ ａ ｈｉｖ ａ ｇ ｏ ｉｐｅｓｏ ｉ
好 的分散效 果。 关键 词 ： 水热合成 ； 钛酸铋 ； 四氯化钛 ； 硝酸铋
中 图分 类 号 ：Ｑ ３ ． １ Ｔ １４ １ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ６— ９ ０ ２ １ ）２— ０ １ ３ １０ ４ ９ （０ ０ ０ ０ ２ 一Ｏ
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8.纳米粉体的团聚与分散
2. 纳米粉体的分散
聚电解质分散剂
• 聚电解质 是指在高分子链上带有羧基或磺酸基等可 离解基团的水溶性高分子 CH3
聚丙烯酸（PMAA）
(CH2－C)n COOH • 水溶液中，聚电解质发生解离后则带有较 高的电荷密度，同时还有较高的分子量， 表现出一些特出的物化性质。
• 聚电解质的分子量 分子量是对聚合物使用功能影响最大的性 质之一
a
b
SiO2胶体颗粒超声分散前后的分散状态，a、分散前； b、分散后
• 超声分散的特点： A、悬浮体的分散存在最适宜的超声频率，这取决 于悬浮粒子的粒度。
60 50
分散度
40 30 20
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
频率/kHz
B、超声时间和超声频率恒定，超声功率对浆 料性能有较大影响 例如：ZrO2-Al2O3双组分混合浆料 与未超声浆料相比，超声功率越大，浆 料的表观粘度越低 C、若长时间超声操作，会导致过热，反而会 加剧团聚 通常应采取间隔超声的方法
附或有新化合物生成引起的。
• 当使用的纳米粉之间不起化学反应，也没有足够的能量进
行成核、长大，那么引起团聚的因素就一定与环境介质有 关，如化学反应或化学吸附。
1. 纳米粉体团聚机理
• 1.2 大气环境下的纳米粉体表面原子结构、特性
• 由于粉体外表面结构不同于内表面的结构,导致过剩能量即
表面能的产生。随着粉体变细,其比表面积增加,表面能增大, 表面效应、量子尺寸效应增强,使纳米粉的表面性质变得更 加活跃,许多在加热条件下或高温下才发生的化学反应,在常 温下已经很剧烈了。 • 纳米粉能够从空气中吸附大量的水,在表面形成羟基层和多 层物理吸附水。
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河南理工大学材料学院
第三章 纳米粉体的分散
5.2 化学法分散纳米粉体
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第三章 第2节
❖ 纳米颗粒在水介质中的分散是一个分散和絮凝平 衡的过程
❖ 物理方法的局限性
分散 机械作用 团聚 停止机械作用
❖ 化学分散：加入分散剂，吸附在颗粒的表面，通 过颗粒与介质、颗粒之间的作用，增加颗粒间的 排斥力，来实现更长时间的分散
❖ 纳米科学虽发展时间仅20多年，但纳米材料表现 出来的各方面的特异性质，受到人们极大关注
❖ 但纳米粒子粒径小，表面能高，具有自发团聚的 趋势。而团聚会大大影响纳米粉体优势的发挥
❖ 因此如何改善纳米粉体在液相介质中的分散和稳 定性是非常重要的课题。
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第三章 纳米粉体的分散 ❖ 颗粒分散是近年来发展起来的新兴边缘科学 ❖ 颗粒分散是指粉体颗粒在液相介质中分离散开并
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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
同方法滴定 4、将聚合物酸和空白滴定曲线用8次多项式来回归，即扣除
稀释对浓度产生的影响，然后两者之差即为离解的聚合物 酸消耗的净H＋量， 5、用获得的离解率α对pH作曲线，便得到聚合物的离解度随 pH的变化曲线
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第三章 第3节
OH-
(a)
消 耗 的 量
0.08％PMAA
1.0 (b)
纳米粉体的分散 及表面改性
材料学院 王晓冬
第三章 纳米粉体的分散
1
物理法分散纳米粉体
2
化学法分散纳米粉体
3
聚电解质分散剂
4 影响纳米粉体浆料稳定性的因素
5
分散剂的优化
6
粉体预处理改善可分散性
7
多组分粉体的分散
8
纳米粉体在非水介质中的分散
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纳米材料导论-第一章
第三章 纳米粉体的分散
是借助外界剪切力或撞击力等机械能使纳米 粒子在介质中充分分散的一种方法
纳米机械粉碎是从传统的机械碎技术中发展 起来的。粉碎：是指固体物料粒子尺寸由大变小 过程的总称，包括“破碎”和“粉磨”
破碎：是指由大块料变成小块料的过程； 粉磨：是指小块料变成粉体的过程。
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粉碎力的类型
(a)
(b)
δ0
ZrO2
pH值 ❖ 当pH<4时，聚丙烯酸（PAA）
增加
几乎不解离，以线团方式存在于
固液界面上，吸附层很薄，几乎
无位阻作用
δ0
σ0
❖ 随pH值增加，链节间静电斥力
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第三章 第3节
❖ 聚电解质的分子量 分子量是对聚合物功能影响最大的性质之一
❖ 最大可以到数千万，也可小到几百，例如：
聚丙烯酸分子量为2000至几万，阻垢分散剂 中等分子量是纸张的增强剂（几万至几十万） 高分子量的聚丙烯酸是絮凝剂（几百万至上千万）
❖ 选择聚电解质做分散剂时，不仅要考虑其分子量 还要考虑分子结构的影响
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第三章 第1节
超声分散机理
❖ 首先，超声波的传播需以介质为载体的 ❖ 超声波在介质中的传播存在一个正负压的交变周
期，介质在胶体的正负压强下收到挤压和牵拉 ❖ 超声波作用于介质液体时，在负压区内介质分子
间的距离会超过液体介质保持不变的的临界分子 距离，液体介质就会发生断裂，形成微泡，微泡 长大变成空化气泡。
解质的离解特性
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第三章 第3节
❖ 区分强弱 酸的方法
❖ NaOH的电
导滴定
电 导
率
聚合物强酸
1 2
聚合Байду номын сангаас弱酸
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1
中和度
碱滴定高分子酸的电导率变化示意图
第三章 第3节 ❖ 大多数聚电解质为弱酸碱 ❖ 聚甲基丙烯酸（PMAA）是最常用的聚合物弱酸
碱，以它为例介绍聚电解质的离解特性 ❖ 聚合物弱酸碱的离解度随pH值的变化而变化，可
在整个液相中均匀分布的过程 ❖ 包括润湿、解团聚和分散颗粒的稳定化3个阶段
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第三章 纳米粉体的分散
❖ 润湿 是将粉体缓慢加入混合体系形成的漩涡，使吸附 在粉体表面的空气或其它杂质被液体取代的过程
❖ 解团聚 是指通过机械或超声等方法，使较大粒径的聚集
体分散为较小颗粒
❖ 稳定化 是指保证粉体颗粒在液体中保持长期的均匀分散
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第三章 纳米粉体的分散
❖ 根据分散介质 分散体系区分为水性体系和非水性体系
❖ 根据分散方法 区分为物理分散和化学分散
❖ 物理分散： 超声波分散和机械力分散等
❖ 化学分散 是指选择一种回落多种适宜的分散剂提高悬浮
体的分散性，以改善其稳定性和流变性
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第三章 纳米粉体的分散
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第三章 第1节
❖ 超声波 超声波是指振动频率大于20kHz以上的,其每秒的 振动次数（频率）甚高，超出了人耳听觉的上限 ，人们将这种听不见的声波叫做超声波
❖ 超声和可闻声本质上是一致的，它们的共同点都 是一种机械振动，通常以纵波的方式在弹性介质 内会传播，是一种能量的传播形式
❖ 超声波具有超声频率高，波长短，在一定距离内 沿直线传播具有良好的束射性和方向性
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第三章 第2节
❖ 常用的分散剂 （1）表面活性剂
空间位阻效应 （2）小分子量无机电解质或无机聚合物
吸附－－提高颗粒表面电势 （3）聚合物类(应用最多)
空间位阻效应、静电效应 （4）偶联剂类
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作业
1、试述纳米粉体超声分散机理
2、什么是粉碎极限？
3、试述物理和化学分散纳米颗 粒的区别。
因此，粉碎到一定程度，粒径不再减小或减小 速率相当缓慢，这就是物料的粉碎极限。
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机械分散法的弊端
❖ 在浆料中引入杂质，影响浆料的纯度和性能 球磨筒和球本身被磨损，磨损物质进入浆料成
为杂质
❖ 机械分散过程可能会改变粉末的物理化学性质， 例如： 提高粉末的表面能，增加晶格不完整性，形成 表面无定形层。
频率/kHz
第三章 第1节
B、超声时间和超声频率恒定，超声功率对浆料性 能有较大影响 例如：ZrO2-Al2O3双组分混合浆料 与未超声浆料相比，超声功率越大，浆料的表 观粘度越低
C、若长时间超声操作，会导致过热，反而会加剧 团聚 通常应采取间隔超声的方法
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第三章 第1节
2、机械分散法
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第三章 第4节
❖ 聚电解质的分散作用是通过其在粉体表面上的吸 附来实现的
❖ 本节内容: 1、聚电解质在纳米粉体上的吸附等温式 2、吸附量的测定方法 3、分散剂在粉体表面的吸附层构型 4、吸附量的影响因素
❖ 这里只介绍后面两点
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第三章 第4节
❖聚电解质的吸附构型及厚度
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
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第三章 第3节
❖ 分子量的测定方法 粘度法（最常用） 端基法 冰点下降、沸点升高法等
❖ 其它方法：
渗透压法 蒸气压降低法 光散射法 超速离心法 凝胶色谱法等
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第三章 第3节
❖ 粘度法及其原理
主要根据半经验的麦克（Mark-Houwink）非线性方程
[] KM
聚电解质具有柔顺性，其在水中的构型会随离 解度、溶剂性质等因素而改变 ❖ 与聚电解质吸附构型有关的因素：
(1)粉体表面的活性吸附位置数 (2)高分子链上的可吸附基团数 (3)高聚物分子同溶剂以及其它高聚物分子间的相互竞争 (4)溶剂分子的吸附能力 (5)基团在分子链上的位置
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第三章 第4节
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第三章 纳米粉体的分散 3、聚电解质分散剂
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第三章 第3节
❖ 聚电解质
是指在高分子链上带有羧基或磺酸基等可离解基 团的水溶性高分子
CH3
(CH2－C)n
聚丙烯酸 （PMAA）
COOH
❖ 水溶液中，聚电解质发生解离后则带有较高的电 荷密度，同时还有较高的分子量，表现出一些特 殊的物化性质。
第1节 物理法分散纳米粉体
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第三章 第1节
1. 超声波法 ❖ 声波
是物体机械振动状态（或能量）的传播形式。所 谓振动是指物质的质点在其平衡位置附近进行的 往返运动。譬如，鼓面经敲击后，它就上下振动 ，这种振动状态通过空气媒质向四面八方传播， 这便是声波。声波的频率范围：20Hz～20kHz。
[η] ----是高分子稀释溶液的特性粘数，采用乌式粘度计测量
K----比例常数； α----与高聚物在溶液中的形态有关的经验参数。
K、α值可从文献或有关手册查出 k、α值会因所用溶剂的不同及实验温度的不同而具有不同
数值
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第三章 第3节
第三章 纳米粉体的分散
5.2 化学法分散纳米粉体
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第三章 第2节
❖ 纳米颗粒在水介质中的分散是一个分散和絮凝平 衡的过程
❖ 物理方法的局限性
分散 机械作用 团聚 停止机械作用
❖ 化学分散：加入分散剂，吸附在颗粒的表面，通 过颗粒与介质、颗粒之间的作用，增加颗粒间的 排斥力，来实现更长时间的分散
❖ 纳米科学虽发展时间仅20多年，但纳米材料表现 出来的各方面的特异性质，受到人们极大关注
❖ 但纳米粒子粒径小，表面能高，具有自发团聚的 趋势。而团聚会大大影响纳米粉体优势的发挥
❖ 因此如何改善纳米粉体在液相介质中的分散和稳 定性是非常重要的课题。
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第三章 纳米粉体的分散 ❖ 颗粒分散是近年来发展起来的新兴边缘科学 ❖ 颗粒分散是指粉体颗粒在液相介质中分离散开并
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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
同方法滴定 4、将聚合物酸和空白滴定曲线用8次多项式来回归，即扣除
稀释对浓度产生的影响，然后两者之差即为离解的聚合物 酸消耗的净H＋量， 5、用获得的离解率α对pH作曲线，便得到聚合物的离解度随 pH的变化曲线
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第三章 第3节
OH-
(a)
消 耗 的 量
0.08％PMAA
1.0 (b)
纳米粉体的分散 及表面改性
材料学院 王晓冬
第三章 纳米粉体的分散
1
物理法分散纳米粉体
2
化学法分散纳米粉体
3
聚电解质分散剂
4 影响纳米粉体浆料稳定性的因素
5
分散剂的优化
6
粉体预处理改善可分散性
7
多组分粉体的分散
8
纳米粉体在非水介质中的分散
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纳米材料导论-第一章
第三章 纳米粉体的分散
是借助外界剪切力或撞击力等机械能使纳米 粒子在介质中充分分散的一种方法
纳米机械粉碎是从传统的机械碎技术中发展 起来的。粉碎：是指固体物料粒子尺寸由大变小 过程的总称，包括“破碎”和“粉磨”
破碎：是指由大块料变成小块料的过程； 粉磨：是指小块料变成粉体的过程。
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粉碎力的类型
(a)
(b)
δ0
ZrO2
pH值 ❖ 当pH<4时，聚丙烯酸（PAA）
增加
几乎不解离，以线团方式存在于
固液界面上，吸附层很薄，几乎
无位阻作用
δ0
σ0
❖ 随pH值增加，链节间静电斥力
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第三章 第3节
❖ 聚电解质的分子量 分子量是对聚合物功能影响最大的性质之一
❖ 最大可以到数千万，也可小到几百，例如：
聚丙烯酸分子量为2000至几万，阻垢分散剂 中等分子量是纸张的增强剂（几万至几十万） 高分子量的聚丙烯酸是絮凝剂（几百万至上千万）
❖ 选择聚电解质做分散剂时，不仅要考虑其分子量 还要考虑分子结构的影响
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第三章 第1节
超声分散机理
❖ 首先，超声波的传播需以介质为载体的 ❖ 超声波在介质中的传播存在一个正负压的交变周
期，介质在胶体的正负压强下收到挤压和牵拉 ❖ 超声波作用于介质液体时，在负压区内介质分子
间的距离会超过液体介质保持不变的的临界分子 距离，液体介质就会发生断裂，形成微泡，微泡 长大变成空化气泡。
解质的离解特性
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第三章 第3节
❖ 区分强弱 酸的方法
❖ NaOH的电
导滴定
电 导
率
聚合物强酸
1 2
聚合Байду номын сангаас弱酸
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1
中和度
碱滴定高分子酸的电导率变化示意图
第三章 第3节 ❖ 大多数聚电解质为弱酸碱 ❖ 聚甲基丙烯酸（PMAA）是最常用的聚合物弱酸
碱，以它为例介绍聚电解质的离解特性 ❖ 聚合物弱酸碱的离解度随pH值的变化而变化，可
在整个液相中均匀分布的过程 ❖ 包括润湿、解团聚和分散颗粒的稳定化3个阶段
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第三章 纳米粉体的分散
❖ 润湿 是将粉体缓慢加入混合体系形成的漩涡，使吸附 在粉体表面的空气或其它杂质被液体取代的过程
❖ 解团聚 是指通过机械或超声等方法，使较大粒径的聚集
体分散为较小颗粒
❖ 稳定化 是指保证粉体颗粒在液体中保持长期的均匀分散
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第三章 纳米粉体的分散
❖ 根据分散介质 分散体系区分为水性体系和非水性体系
❖ 根据分散方法 区分为物理分散和化学分散
❖ 物理分散： 超声波分散和机械力分散等
❖ 化学分散 是指选择一种回落多种适宜的分散剂提高悬浮
体的分散性，以改善其稳定性和流变性
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第三章 纳米粉体的分散
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第三章 第1节
❖ 超声波 超声波是指振动频率大于20kHz以上的,其每秒的 振动次数（频率）甚高，超出了人耳听觉的上限 ，人们将这种听不见的声波叫做超声波
❖ 超声和可闻声本质上是一致的，它们的共同点都 是一种机械振动，通常以纵波的方式在弹性介质 内会传播，是一种能量的传播形式
❖ 超声波具有超声频率高，波长短，在一定距离内 沿直线传播具有良好的束射性和方向性
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第三章 第2节
❖ 常用的分散剂 （1）表面活性剂
空间位阻效应 （2）小分子量无机电解质或无机聚合物
吸附－－提高颗粒表面电势 （3）聚合物类(应用最多)
空间位阻效应、静电效应 （4）偶联剂类
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作业
1、试述纳米粉体超声分散机理
2、什么是粉碎极限？
3、试述物理和化学分散纳米颗 粒的区别。
因此，粉碎到一定程度，粒径不再减小或减小 速率相当缓慢，这就是物料的粉碎极限。
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机械分散法的弊端
❖ 在浆料中引入杂质，影响浆料的纯度和性能 球磨筒和球本身被磨损，磨损物质进入浆料成
为杂质
❖ 机械分散过程可能会改变粉末的物理化学性质， 例如： 提高粉末的表面能，增加晶格不完整性，形成 表面无定形层。
频率/kHz
第三章 第1节
B、超声时间和超声频率恒定，超声功率对浆料性 能有较大影响 例如：ZrO2-Al2O3双组分混合浆料 与未超声浆料相比，超声功率越大，浆料的表 观粘度越低
C、若长时间超声操作，会导致过热，反而会加剧 团聚 通常应采取间隔超声的方法
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第三章 第1节
2、机械分散法
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第三章 第4节
❖ 聚电解质的分散作用是通过其在粉体表面上的吸 附来实现的
❖ 本节内容: 1、聚电解质在纳米粉体上的吸附等温式 2、吸附量的测定方法 3、分散剂在粉体表面的吸附层构型 4、吸附量的影响因素
❖ 这里只介绍后面两点
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第三章 第4节
❖聚电解质的吸附构型及厚度
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
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第三章 第3节
❖ 分子量的测定方法 粘度法（最常用） 端基法 冰点下降、沸点升高法等
❖ 其它方法：
渗透压法 蒸气压降低法 光散射法 超速离心法 凝胶色谱法等
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第三章 第3节
❖ 粘度法及其原理
主要根据半经验的麦克（Mark-Houwink）非线性方程
[] KM
聚电解质具有柔顺性，其在水中的构型会随离 解度、溶剂性质等因素而改变 ❖ 与聚电解质吸附构型有关的因素：
(1)粉体表面的活性吸附位置数 (2)高分子链上的可吸附基团数 (3)高聚物分子同溶剂以及其它高聚物分子间的相互竞争 (4)溶剂分子的吸附能力 (5)基团在分子链上的位置
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第三章 第4节
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第三章 纳米粉体的分散 3、聚电解质分散剂
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第三章 第3节
❖ 聚电解质
是指在高分子链上带有羧基或磺酸基等可离解基 团的水溶性高分子
CH3
(CH2－C)n
聚丙烯酸 （PMAA）
COOH
❖ 水溶液中，聚电解质发生解离后则带有较高的电 荷密度，同时还有较高的分子量，表现出一些特 殊的物化性质。
第1节 物理法分散纳米粉体
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第三章 第1节
1. 超声波法 ❖ 声波
是物体机械振动状态（或能量）的传播形式。所 谓振动是指物质的质点在其平衡位置附近进行的 往返运动。譬如，鼓面经敲击后，它就上下振动 ，这种振动状态通过空气媒质向四面八方传播， 这便是声波。声波的频率范围：20Hz～20kHz。
[η] ----是高分子稀释溶液的特性粘数，采用乌式粘度计测量
K----比例常数； α----与高聚物在溶液中的形态有关的经验参数。
K、α值可从文献或有关手册查出 k、α值会因所用溶剂的不同及实验温度的不同而具有不同
数值
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第三章 第3节