碳化硅

❖ 当介质为乙醇时，由于乙醇对聚乙二醇的溶解性较好，使 聚乙二酵的链可充分伸展，分散均匀，而且乙醇的表面张 力要小于水的表面张力，在低温70℃干燥时，颗粒因溶剂 的表面张力小而团聚的可能就小了，粉体的流动特性较好， 并都得到试验证明。即PEG加入量为1%时液体介质为乙醇 时改性粉体获得较好的流动性，表面的C-O、C-H和O-H形 成空间位阻效应起到了表面改性。
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1.4.2聚甲基丙烯酸铵(PMAA-NH4)
❖ 阴离子型聚电解质，用甲基丙烯酸单体加引发剂 聚合并加氨水制得；
❖ 其在水溶液中的离解度随溶液的PH值而变化，当 PH>3.4时，PMAA-NH4开始电离出PMAA-和NH4+， 带负电的PMAA吸附在粉体颗粒表面，具有空间 位阻同时，还存在静电排斥力，使纳米粉体分散 效果更加。
❖ 因此，表面张力、表面吸附、润湿、乳化、分散、 悬浮、团聚、起泡等界面性质都与这两个特点有 直接或间接地来联系。
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1.4.1聚乙二醇
❖ 非离子型表面活性剂，其中C-O、C-H和O-H具有 很高的极性，形成的分子链在水溶液中呈蛇形， 易于氢氧化物胶粒(Si-OH)表面建立较强的氢键， 从而在胶粒表面形成一层大分子亲水膜，导致空 间位阻效应；
❖ 通过空间位阻稳定机制，吸附于颗粒表面，形成 微胞，使颗粒间产生排斥，从而达到分散的目的；
❖ 但它加入的量过多或者过少都会使分散效果变差
注意：PEG必须是较高分子量(>1000)
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液体介质也对分散有影响
❖ 当介质为水时，由于水的极性很大，SiC粉体也是极性固体 粉体，易与水润湿和吸附，而使SiC在水中很好分散，但 SiC表面有大量的吸附水、配位水、桥-OH基及非桥-OH基 的作用会使SiC浆料中产生大的团聚体，加入少量的PEG不 足以置换表面吸附的水和羟基，所以粉体的流动性不是很 好。
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1.1碳化硅性质与用途
SiC性质
硬度高 抗蠕变性好 耐腐蚀性好 广热泛抗和膨应热氧用胀工化于系设性热数备交能等小换器
热导率高
宽禁带隙 高临界击穿电
压 广高泛饱应和用漂于半移导率体 材料和吸等波材料等
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1.2纳米碳化硅的团聚
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前言 ❖现在分散纳米碳化硅颗粒时遇到的困难是纳
米级粉体SiC颗粒表面能高且表面效应很容 易引起团聚，形成二次粒子；使超细粉体的 优势难以发挥；最终影响成品的优异性能。
❖因此，在纳米尺度上对SiC进行表面改性， 使其很好的分散；以获得高性能满足实际应 用的需要，是现在研究的重点。
❖ 郭兴忠等人研究发现：加入PEG量为5wt%、介质 为乙醇时对SiC粉体的改性较好。PEG在粉体表面 的吸附量随PEG量的增加而增加，介质基本不影 响吸附量；
改性后颗粒间分散较好，尺寸分布均匀，形状多为块 状分布；粉体改性后碳化硅陶瓷制品的烧结性能得到改善
❖ 陈建等发现：SiC粉体能很好地分散在乙醇含量为 30～60vol％的水溶液中。
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3发展前景及技术挑战
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Fra Baidu bibliotek
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不管在浓悬浮 体还是稀悬浮 体中都已受到 广泛重视; 用不同方法, 不同液相介质 均能得到一定 的分散效果
可促进交叉性 学科发展；因 此需研制应用 性能好、高效 多功能化、成 本低的分散剂
优化现有的改 性方法以适 应粉体表面 改性的不同 的质量要求， 同时降低成 本
以50vol％含量的乙醇溶液为研究特例，调节pH值，发 现在9～10之间的碱性条件下SiC分散效果最佳；
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2.2聚甲基丙烯酸铵对纳米碳化硅分散的影响 ❖ 郭小龙等研究了聚乙二醇(分子量400)和两种分子
量不同的聚甲基丙烯酸铵对纳米碳化硅在水溶液 中的分散；发现：
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请大家指点！
❖ SDS和CTAB通过静电位阻稳定机制吸附在粉体表 面，改变了SiC颗粒在介质中的分散状态及其表面 荷电性能，从而达到较好的分散效果
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2分散剂对纳米碳化硅分散的研究现状
聚乙烯亚胺
聚乙二醇
SDS和CTAB
聚甲基丙烯酸铵
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2.1聚乙二醇对纳米碳化硅分散的影响
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1.4.4十二烷基硫酸钠与十六烷基三甲基溴化铵 ❖十二烷基硫酸钠(SDS) 是一种无毒的阴离子表面活
性剂，其生物降解度＞90％； ❖十六烷基三甲基溴化铵(CTAB) 是一种季铵盐阳离
子去污剂能与阳离子、非离子、两性表面活性剂 有良好的配伍性，生物降解性很好；
❖ PH=10时，PMAA-NH4完全电离，其静电分散作用 达到最大。
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1.4.3聚乙烯亚胺(PEI)
❖ 典型的水溶性聚胺，在水溶液中呈碱性； ❖ PEI通常带有较多的支链，大分子链上丰富的N原
子使PEI具有很强的给电子性，具有很强的亲质子 性； ❖ 在PH<10的水溶液中，PEI分子链上的胺基多处于 质子化状态； ❖ 带有正电荷的大分子链，是一种阳离子聚电解质， 而SiC粉表面带有负电荷，二者通过强烈的静电相 互作用加以结合，使PEI紧密地吸附到SiC颗粒表 面。
分散剂选择
不同的分散 剂有不同的 分散机理， 它的添加强 化了粉体间 的相互排斥 作用
分散机理 ①静电稳定 机制 ②空间位阻 稳定机制 ③电空间稳 定机制
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1.4不同分散剂概述
❖ 分散剂基本特点： 一是很容易定向排列在物质表面或者两者界面上使 表面或界面性质显著改变； 二是分散剂在水溶液中的溶解度，即分子分散状态 的浓度较低。
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分散剂对纳米碳化硅分散的概述
主要介绍四种分散剂对SiC分散效果 指导老师：颜鲁婷 10121940 李 楠
聚乙二醇分散的碳化硅微粉图 www.themegallery.com
主要内容
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前言
2 分散剂对SiC分散 的研究现状
3 发展前景及技术挑战
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前言
❖ 在制备超细化、窄粒级纳米颗粒越来越引起人 们的重视；
❖ 颗粒表面改性已成为材料科学和界面与表面科 学领域的热门研究课题。
▪ SiC是一种性能优良的非氧化物材料，具有高硬度、 高弹性模量、耐热、耐磨、耐腐蚀等优点，广泛应 用在航天航空、电子、化工等领域。
选择SiC的另一原因是现在做的实验里需要将 SiC均匀分散在瓦特镀液里。
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❖结论：
纳米颗粒的含量对颗粒的分散稳定性影 响很大。分散介质中纳米颗粒含量越大，沉 积出的粒子也越多。分散剂在纳米颗粒表面 的覆盖度较低时，会导致颗粒絮凝团聚。被 分散剂充分吸附的纳米颗粒，其表面能大大 降低，能够在分散介质中均匀、稳定存在， 而不会团聚。在酸性介质条件下，纳米颗粒 表面吸附的分散剂用量接近或达到饱和吸附 量时，粒子仍然能够均匀分散。
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超微细粉体分散影响因素
1. 超微细粉体与环境介质的作用 2. 在环境介质中粉体之间的相互作用
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1.3纳米碳化硅的分散技术
主要原因
需物理化学条 件：通过添加 适当的分散剂 来实现的； 主要目的：润 湿纳米颗粒表 面，降低表面 能
2.3聚乙烯亚胺对SiC粉体分散的影响
❖罗永明等用的粉末为纯β-SiC去离子水作为 浆料的溶剂，研究聚乙烯亚胺(PEI)对SiC的 分散作用发现： 加入1.0%的分散剂PEI时，浆料获得 良好的分散。分散剂的浓度过高或过低都不 利于SiC的分散。SiC在水溶液中的等电点为 PH=2.8，当加入分散剂PEI，等电点移到 PH=7.0。当在浆料中加入分散剂时，SiC在 PH=10.38时，获得最佳的分散效果。
❖ 粉体在制备时吸收了大量的机械能和热能 使新生颗粒表面有相当高的表面能和比表面积，粒 子处于极不稳定状态并易吸附气体和各种介质 同时表面也积累了大量的正电荷或负电荷；
❖ 颗粒的形状各异、极不规则 使得新生粒子的凸起处有的带正电、有的带负电。
❖ 这会使SiC颗粒极不稳定、彼此之间产生自发凝并 和团聚现象，进而影响了其优异性能的充分发挥
分子量较大的2号PMAA-NH4对SiC水悬浮液的 分散性较好，最佳分散剂加入量为0.2～0.3wt%， 最佳PH为9～10。采用PMAA-NH4的电镀空间稳 定机制比采用PEG的空间位阻稳定机制可得到更 好的分散效果。这说明即使是同种分散剂也会因 分子量的不同而使分散效果有差异。
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2.4 SDS和CTAB对纳米碳化硅分散的影响
❖杨玉国等研究十二烷基硫酸钠(SDS)和十六 烷基三甲基溴化铵(CTAB)为分散剂，制备 的SiC纳米颗粒悬浮液的稳定性；发现： 当SDS和CTAB在悬浮体系中的含量分 别为0.01g/L、0.10g/L时，SiC纳米颗粒能够 均匀悬浮，稳定分散。