无机盐超细粉体制备技术的回顾与展望_吴健松
超细粉制备方法及其团聚问题_王剑华

第22卷 第1期 1997年2月 昆 明 理 工 大 学 学 报JOURN AL O F KUNM ING UN IV ERS TY O F SC IENC E AND TEC HNOLOGY V ol.22No.1Feb.1997收稿日期:1996-12-02超细粉制备方法及其团聚问题王剑华 郭玉忠(昆明理工大学材料工程系,昆明 650093)摘要 超细粉泛指尺度在纳米级的微小固体微粒.本文扼要介绍了超细粉的几种典型的制备方法及其特点,以及超细粉在精细陶瓷,光,电,磁,催化,生物等领域的应用状况.并着重讨论了超细粉制备及加工中的团聚现象,团聚的表征,团聚体强度及团聚控制.关键词 超细粉;应用;粉体制备;团聚状态中图分类号 T F 123.7 材料的性能和它的晶粒尺寸关系密切,当晶粒尺寸小到一定程度时,某些性能将会发生突变,如陶瓷的超塑性和光,电,磁,热等方面显示出的奇异特性.80年代以来,超细粉作为一种新型材料引起了各国政府及科学家的极大重视.美国,日本,西欧等发达国家都将其列入发展高技术的计划中,投入了相当的人力物力.例如美国的“星球大战”计划,西欧各国的“尤里卡”计划,日本1981年开始实施的“高技术探索研究”计划都列入了纳米材料的研究和开发.一些超细粉如钛酸钡,氮化硅,氧化锆等已经实现了商品化,随着研究人员对表面,界面状态以及超细微粒的制备,性能的广泛深入的研究,从理论和实验上展示了超细粉的奇异特性及广阔应用前景.1 超细粉的特性及应用前景当粉末材料的粒度从传统的微米级下降到亚微米级甚至纳米级(1~100nm )时,材料表现出许多奇异的,非凡的特性.首先是材料的表面状态,随着颗粒尺寸的减小,比表面积S=6/d 将显著增大,其界面原子数的比例极大,对10nm 粒径粉末,可占到总原子数的50%.即使这种超微粒本身的晶粒或非晶态固体组成,由于其界面的无规则分布,使纳米固体中的原子排列既不同于晶体,也不同于短程有序的玻璃态固体,因此被一些研究人员称为第三态固体材料.这种结构使材料出现小尺寸效应(如蒸气压增大,熔点降低等),量子效应,宏观量子遂道效应,表面和界面效应等,使其具有与传统材料不同的物理化学性质,因而在结构材料及光、电声磁和催化等方面展示出特殊的品质和应用前景.现例举其中的一些应用:1.1 陶瓷新型结构和功能陶瓷的制备一般是先制备一定成分和粒度的粉体原料,再经压制成型和烧结.新型陶瓷材料具有优良的耐磨,耐蚀,耐高温及各种电、磁性能,然而其致命弱DOI:10.16112/ k i .53-1223/n.1997.01.015点——脆性,却使其难于加工成型,而且承受动态载荷的能力极低.在对陶瓷韧性的研究中发现:减少粉体尺寸不仅可以大大降低烧结温度,而且大幅度提高了常温韧性.德国Saddrland 大学用纳米级的TiO 2和Ca F 2粉末原料制作的陶瓷材料可产生100%的塑性变形,同时烧结温度比大颗粒样品降低了600℃〔1〕.因为在陶瓷烧结过程中,致密化速率与粉体颗粒尺寸的四次成反比〔2〕.有研究表明〔2〕,当部分稳定氧化锆(PSZ)的颗粒从1μm 降低到0.1~0.2μm 时,所得材料的K IC 从3M Pa 提高到12~16M Pa.而纳米级PSZ 粉制成的陶瓷片的塑性已达对折不断〔4〕.因此,用纳米粉末制备的陶瓷材料,是提高陶瓷韧性,使其在常温或低温机加工成为可能的最有效的途径之一.1.2 金属 用于超细粉末的小尺寸效应,熔点大大下降.例如用干电子器件中导电涂层的Ag ,超细银粉在100℃下即可烧结,使电路基板的材料从陶瓷改变为树脂,塑料.微米级钨粉在掺入0.1%~0.5%的镍粉后,烧结温度从3000℃下降到1200℃,如此,还可望将互不相溶的金属制成合金.这些都为传统的粉末冶金工业注入了新的活力.1.3 磁性材料纳米级粉末料材往往显现出特别的磁学性质.例如,铁磁性颗粒的Fe-Co 合金,当颗粒减小到单磁畴临界尺寸时,具有比一般材料高得多的矫顽力,用它制成的磁记录材料不仅音质,图象好,信噪比高,而且记录密度比γ-Fe 2O 3高十多倍.日本对磁性合金超细粉用以制作高密度录相材料的研究处于领先,松下公司的175合金超细粉已用于制备TV HS 变速影象磁带.1.4 催化超细粉很高的比表面积及表面活性使其催化效率异常高.有人用纳米铂黑作催化剂,使乙烯的氧化反应从600℃降低到室温〔1〕.反应温度的大大降低将显著降低能耗和化学反应对容器的腐蚀,从而产生巨大的经济效益.超细的Fe,Ni,γ-Fe 2O 3混合物的烧结体已用作汽车尾气净化的有效催化剂.1.5 生物超细颗粒还表现出良好的生物活性,在Fe 的超细颗粒表面覆盖一层5~20nm 厚的聚合物后,可以固定蛋白质或酶〔1〕,用以控制生物反应.这在生物技术中大有用处.由国家超细粉末工程中心研究的一种称为CPC 的超细羟基凝灰石制作的人造骨材料已进入临床试用,结果表明该材料具有良好的生物活性,把浆料注入患处,可以与人体结为一体,且可以像人体骨骼一样生展,从而使人体伤残肢体的修复更加完美.1.6 微孔过滤器金属超细粉制造的过滤器孔径小,过滤效率高,广泛用于气体同位素,混合稀有气体,高分子有机物的分离和浓缩.日本位友电器公司用超细Ni 粉制成了孔径10nm 的微孔过滤器.1.7 纳米复合材料用超细的陶瓷粉末掺入金属基,例如在Al 基中加入SiC,Si 3N 4,可以制备出重量轻,强度高,耐热性好的新型复合材料.1.8 填充材料即使作为性能较为简单的填充材料,当其粒度降低时也会有异常特性.例如作为油·72· 昆明理工大学学报1997年漆填充料的钛白粉,当粒度<1μm 时,油漆透明光亮,用于高级轿车喷涂.如果加入不锈钢的粉末,可使漆产生防锈作用.2 超细粉的制备方法及特点超细粉的制备方法可分为机械法,物理法和化学法.2.1 机械法又称粉碎法,是用研磨或气流、液流、超声的方法将大块固体或粗粉破碎,机械法产量大,但一般只能制得十几微米的细粉.机械法的长处在于制备那些不能参与化学变化的粉末,配有良好的分级设备后,可制备粒径0.2μm 的细粉.2.2 物理方法又称物理气相沉积(PVD).即在10-3~10-4Pa 的压力下,采用各种形式的热能转换方式使块状材料蒸发形成细微颗粒的气态粒子,冷凝在收集器上而得.加热源可以是电阻,高频感应,电子束轰击,等离子束轰击或激光.电阻加热蒸发是比较传统的方法,适用于熔点不太高的金属,使用中应避免选用能与蒸发材料形成合金(或杂质相)的加热源材料.使用电子束轰击蒸发源的方法,可以蒸发高熔点(3000℃)物质.物理方法可以制备出粒径极小的粉末,而且纯度高,粒度分布集中,但其设备结构复杂,造价昂贵,操作不便.粉末产物的收集也比较困难,较新的收集方法是将粉未沉积在流动油面上,随油的流动收集在容器中,然后分离.物理法现在主要用于制备少量的超细粉用于研究.2.3 化学方法1)化学气相沉积(CV D )法 是将反应物由气体携带进入反应室,在一定的温度和压力下反应获取产物.反应可以是分解的,也可以是合成的或化学运送反应.用H 2或CO 还原金属盐可以制备出几乎所有的金属.此法也可用于制备碳(氮、氧化物粉,但反应温度较高,一般都在900℃以上2)水解法 将金属醇盐M (O R)与水反应后,过滤,干燥后可制得粒径从几十到几百个埃的氧化物超细粉.将几种金属的醇盐制成端合溶胶后,可以制备复合氧化物的超细粉.醇盐与水的反应为:M (OR)n +n H 2O →M (O H)n +n R-O H复合醇盐的实例:Pb 醇盐+Ti 醇盐溶胶 →Pb TiO 2(OPr)2水解 →Pb TiO 3水解法工艺简单,易于控制,制造组成成分精确,分散均匀,且纯度高,粒度细,规模大,是极有希望的氧化物超细粉的制备方法.近年来受到广泛的关注和研究.3)共沉法 将可溶性盐在溶液中进行反应,生成胶体尺寸(1~100nm )的颗粒,再经分离和干燥可制得超细粉.例如在(ZnOCl 2+YCl 3+Al 3)混合液中加入碱性物N H 3 H 2O 后,得到胶粒:{[Zr(O H)4]m n OH -(n -x )N H +4}x- x N H +4{[Al (O H )3]m l O H -(l -y )N H +4}y- y N H +4·73·第1期王剑华等:超细粉制备方法及其团聚问题 经水洗,干燥后得到Zr(O H)4与AlO H)3混合粉末,再经800℃的锻烧后得ZrO 2与Al 2O 3的混合粉(PSZ),Y 的含量很少,主要存在于ZrO 2中.各组分因为是在溶液中混合后共沉,因而分布均匀.共沉法可以制备纳米级的粉末.4)固相反应 是目前很多陶瓷粉末产业化制备方法.例BaCO 3+TiO 2800~1200℃ →Ba TiO 3+CO 2↑该法简便易行,但混合难于均匀,反应也难于彻底,而且烧结产物经粉碎后才成为粉末,因而一般不用于生产超细粉.3 团聚问题无论哪一种方法制备的粉末,细微的颗粒都趋向于聚集在一起,形成团聚状的二次颗粒,乃至三次颗粒,每个颗粒内部有细小孔隙,这种自发的聚集倾向对超细粉的工艺和使用性能都产生不利影响.特别是一次颗粒以较强的结合力结合的硬团聚,由于团聚体不易被破坏,影响更大.人们通常关心的是团聚体尺寸和强度.3.1 团聚体的大小及团聚程度沉降法及其它类似的粒度分析方法获得的是粉末团聚状态的尺寸,因此可以用该方法测得团聚体的平均尺寸或尺寸分布,一般取50%累积质量所对应的直径d 50作表征量.粉末比表面积对应的等价球径d BET 也与团聚体大小有关.Johnson 〔5〕等人提出团聚体参数(Ag glomeratio n Facto r)作表征,AF(50)=d 50/d BET ,当AF 的数值减小时,团聚程度较大.有人认为影响比表面积的因素除团聚外还有很多,建议用电镜测试的平均粒径d TEM 代替d BE T ,即AF *(50)=d 50/d TEM .本人认为由于电镜测试中取样的代表性和测量次数太少,难于保证d TEM 是粒径的统计平径值,该法只适合于粒径分布较窄的情况.也可以用团聚体系数(Co ag nlatio n Facto r)来表示粉末团聚体的聚集程度〔6〕,CF=d B ET /d c ,其中d c 为X-ra y 衍射测得的晶粒尺寸.CF 的数值增加时,团聚程度大,将引起烧结密度下降等一系列的工艺和使用性能下降.同类粉末的Hausnen 比也可以反应粉末的团聚状态.当比值Hausner=d 实/d松增大时,说明粉以软团聚为主,易于破坏,对使用性能的影响较小,其中d 实,d 松分别为粉末的摇实密度和松装密度.图1 粉料中孔隙分布测量示意图图2 不同压力下成型坯体的孔隙分布·74· 昆明理工大学学报1997年 孔隙分布可以很好地反应出粉末〔7〕、素坯及烧结体的团聚状态,孔隙尺寸及体积分布可以在压汞测孔仪上获得.一般粉末都具有双峰的孔隙分布,如图1所示,较小尺寸的是团聚体内部的孔隙,而大尺寸的是团聚体颗粒间的孔隙所致,因而当曲线只出现一个峰值,而且是较小尺寸的孔隙,则说明团聚体已消失;但如果只有较大尺寸的孔隙,则说明一次颗粒出现了硬团聚.3.2 团聚体的强度图3 成型压力与素坯密度变化图4 成型压力与素坯密度关系 团聚体在一定的外力作用下可以被破坏,这个力的大小表征了团聚体的强度.一些粉料的团聚体强度可以根据成型压力与素坯密度曲线上的折点位置定出〔8〕.如图3.但并不是所有的曲线都存在M eisz 提出的突变点,而是一个光滑的曲线.有些研究者提出将高压线性区和低压线性区的延长线的交点来表征团聚体的破碎强度.如图4.通过测量一组不同压力下成型的素坯孔隙分布可以确定团聚体强度〔7〕.如图2中的一组曲线转变为图5后,当大尺寸孔径消失,孔隙呈一级分布时表明团聚体已被破坏,当V 2=0时的压力值就作为团聚体的强度.团聚体实际上是在一个很宽的压力范围内破碎的.在测定了压坯相对密度D与压力的关系曲图5 成型压力与素坯孔隙关系线D ~lg P 后,可以用如下方法确定某压力下成型的压坯内的团聚体残留百分数 f.〔9〕由D ~lg P 的曲线上可以看出有关系:d D /d lg P =K (K 为常数)(1)在团聚体未破碎前,D 取决于团聚体间的孔隙率θ′而与因聚体内部的孔隙无关,而D =1-θ′,因为θ′=1-V a +v m v =1-[1+(1D a -1)f ]D (2)·75·第1期王剑华等:超细粉制备方法及其团聚问题式中V 为压坯体积,V a 为团聚体内部孔体积,V m 为粉末净体积,D a 为团聚体相对密度,f 为团聚体百分数,D 为压坯相对密度.将(2)式θ′代入(1)中,得d D d lg p =D a K (1-D a )f +D a(3) 当外力P 小于团聚体起始破碎压力P 1时,f 为初始粉末中的团聚体分数f 0,则此时D -lgP 为一直线,即低压线性区,斜率K ′=D a k /[(1-D a )f 0+D a ].当外力P 大于团聚体完全破碎压力P 2时,f =0,从(3)式可以看出D -lgP 也为一直线,即高压线性区,斜率为K .当P 1<P <P 2时,团聚体部分被破碎,其百分数f 由(3)式求出.其中K 及K ′=dD /dlg P 可由曲线求出,D a =K ′/K .3.3 团聚体的形成及消除影响粉末团聚程度的因素很多,包括在粉末制备的各个步骤中,要有效地减少团聚就必须针对其形成原因,在制备过程中采取有效措施.现以共沉法制备PSZ 粉未为例进行讨论:1)沉淀条件 反应时溶液的浓度,温度,p H 值,沉淀速度等因素直接影响了生成胶粒的尺寸及胶体稳定性,从而决定了最后粉末的团聚程度.例如当p H 值等于胶体溶液的等电点时,胶体处于非常不稳定的状态,胶粒由小颗粒聚集成大颗粒即沉淀,使团聚程度增大.因而必须控制合适的pH 值,使胶体离子由于表面电荷的排斥而处高分散状态,从而减少团聚.2)分散剂 在共沉反应时,除加入电解质类物质使胶体表面带电而处于分散状况外,还可加入有机分散剂,例PAA,PEG 等,高分子的分散作用是靠空间位效应,如图6,吸咐于胶粒表面的大分子将胶粒隔开,从而减少团聚,很多研究人员的研究表明加入适量的分散剂能有效地控制粉末团聚.加入方式可以在沉淀时加入,也可在沉淀后用于对湿凝胶的处理.胶粒表面的大分子还可以阻止水和其它离子在胶粒上的吸附,从而减少了由此引起的硬团聚.图6 各种物相状态下颗粒间相互作用力·76· 昆明理工大学学报1997年 3)脱水及干燥方式 湿凝胶中由于V an de Wa rs 力的作用胶粒会彼此吸引,胶粒表面的吸附水及残余离子(如Cl -)在胶粒间形成盐桥,如果不将这些水及离子除去就进行干燥,盐桥将被固化,而使胶粒间形成硬团聚.若干燥前用无水乙醇来清洗湿凝胶多次,可以明显减少残留水和离子,从而减小团聚。
超微粉碎技术在无机盐类钙制剂中的应用

★兰颐* 李树英 何淑旺 王文笙 刘长涛 公司 山东 荣成 264300)摘要:如何高效补钙是人们所关注的重要健康问题,和表面能显著增加,可极大地增加钙剂亲水性而有利于溶解,从而增加无机盐类钙剂的生物利用度,因此,关键词:钙制剂;超微粉碎技术;碳酸钙;补钙中图分类号:TQ461 文献标识码:A钙是人体内十分重要的生命元素,占成人体重的1~2%。
体内超过99%的钙主要分布在牙齿和骨骼中[1],除了在骨骼中发挥结构骨架作用外,也是人体内钙的储库。
钙不仅参与骨骼和牙齿健康,对机体其他生理活动也发挥着重要作用,如神经和肌肉的活动、凝血、代谢及激素分泌等。
钙的正常摄入量主要取决于骨骼生长及平衡,钙需求量也因不同生命阶段而异,通常儿童及青少年、孕产妇和老年人群对钙的需求量较大[2]。
除钙的正常日摄入量,有效钙吸收也是影响机体中钙利用的重要因素。
尽管各专家对推荐的钙日常摄入量存在较大差距,但证据显示,日常钙摄入量仍不足以满足大部分人群骨骼健康的平衡需求,特别是青少年及老年妇女[2-3]。
因此,随着国民健康意识的加强,特别是在我国以植物性膳食为主的饮食环境下,如何高效补钙成为了人们所关注的重要健康问题。
1 钙制剂及其应用现状全国营养调查结果显示[4-5],我国居民钙日常摄入量普遍不足,仅为其推荐用量的50%左右,且呈现出逐渐下降趋势;同时,儿童、孕妇及老年人群中钙摄入量不足问题严重,这也在一定程度上刺激了我国钙制剂的开发,截止目前为止,经国家食品药品监督管理局(CFDA)认证批准的钙制剂保健食品约1797个,钙类药品约200余个,涉及包括片剂、胶囊剂、颗粒剂、散剂、注射剂、口服液等多种剂型。
根据钙盐性质及钙制剂发展可大致划分为三类[6-7]:(1)无机盐类钙制剂:以无机盐形式存在的钙制剂钙源主要包括碳酸钙、动物鲜骨和贝壳加工的生物钙、氧化钙和氢氧化钙等活性钙、以及氯化钙解性较好,对胃肠刺激作用小,但其含钙量通常较低,吸收较差,目前多与其它钙盐联合制成复方制剂应用。
无机盐超细粉体制备技术的回顾与展望_吴健松

无机盐超细粉体制备技术的回顾与展望吴健松,李海民(中国科学院青海盐湖研究所,青海西宁 810008)摘 要:评述了制备无机盐超细粉体的传统方法以及一些传统方法的改进,对当前几种新技术做了介绍与展望。
关键词:无机盐;超细粉体;纳米材料;微乳液法;微波法;超重力技术中图分类号:T Q115 文献标识码:A 文章编号:1008-858X (2004)03-0050-050 前 言时下,无机盐超细粉体的制备技术引起了科学界和企业界的极大关注。
一些传统的制备技术已不能满足工业发展的需要。
许多学者对传统方法做了某些改进但依然没有取得突破性的进展,高效率低成本获取优质超细粉体材料的技术,仍然是当今学者研究的重点。
本文对传统的(以及经改进的)物理、化学制备技术做了简要的回顾与评述,对当前已报道的微乳液水热法、微波法和超重力技术法等新的制备技术做了介绍与展望。
1 技术回顾1.1 传统的(以及经改进的)制备技术无机盐超细粉体制备的传统(以及经改进的)方法很多,这些方法中有些方法可以用来制纳米微粒。
目前,已经报道的工艺方法主要有以下几种[1]:物理气相沉积法(PVD )、化学气相沉积法(C VD )、等离子体法、惰性气体凝聚法、共沉淀法、水热法、水解法、溶胶—凝胶法、电弧放电法、气体蒸发法、磁控溅射法、激光诱导C VD 、等离子加热气相合成法、非水溶剂合成法、超临界液相合成法和超声波合成法等。
这些方法不是存在纯度低、颗粒分布不均匀的缺点,就是要求技术设备高,难以进行生产推广。
如气相沉积法,其缺点很多,如:温度高、能耗大等,不能满足工业化的要求。
再如液相反应法,这种方法常用的设备是搅拌槽式反应器,其特点是反应条件温和,成本较低。
但缺点有:(1)粒度分布不均且不易控制;(2)粒度不够细;(3)批次间产品品质再现性差;(4)工业放大困难等。
近年来国内外有不少学者报道对上述方法的改进,改进的重点在抑制粒子的二次或多次凝聚现象[2-6],这自然也因为抑制粒子的二次或多次凝聚现象是很多无机盐粉体生产的重要环节。
金属超细粉体制备方法的概述

Series No.274 April 1999 金 属 矿 山METAL MIN E总第274期1999年第4期赵 斌,华东理工大学,化学系及国家超细粉末工程研究中心,教授,200237上海市梅陇路130号。
金属超细粉体制备方法的概述赵 斌 刘志杰 程起林 古宏晨(华东理工大学)摘 要 超细材料以其独特的性质,在现代工业中占有举足轻重的地位,因而受到人们的青睐。
近年来,金属超细粉体的研制非常活跃,发展迅速。
文中简要地介绍了金属超细粉体的研究和发展以及21种金属超细粉体的制备方法。
关键词 金属 超细粉体 制备方法Outline of the Superf ine Metal Powder Preparation MethodsZhao Bing Liu Zhijie Cheng Qilin Gu Hongcheng(East China U niversity of Science and Engineering)Abstract Superfine materials,with their unique properties,are favoured and have occupied a decisive po2 sition in modern industries.In recent years,the development of superfine metal powders is very active and rapid.The paper briefly describes the research and development of superfine metal powders and21kinds of their preparation methods.K eyw ords Metal,Superfine powder,Preparation methods1 金属超细粉体研究和发展概况超细材料是80年代中期发展起来的新兴学科,而金属超细材料是超细材料的一个分支。
超细粉体制备技术研究

的圆柱体作为反应阳极,将阳极放在通入惰性气体的设备中通电进行充分反应,通入冷却水进行钝化处理,最后使用筛网筛除大颗粒粉体即可得到超图1 直流等离子法制备超细金属粒子的工艺流程另一种是微波型反应装置[12],微波等离子制粉技术是近十几年来发展起来的用于制备超细粉体的新型技术,即通过微波放电产生等离子体。
由于使用微波等离子制粉过程中会产生温度更高的电子且这种方法可在压力更低的条件下进行,因此相比于直流型反应装置,微波型反应装置具有更大的活性。
除此之外,以微波为热源产生等离子体还具有避免电子材料溅射对等离子体造成污染、获得更加纯净的等离子体、发2 化学液相还原法制备超细金属粒子的工艺流程印万忠等[13]使用工业硝酸银作为原料,以作为还原剂,以AJO-02作为表面保护剂制备纳米银粉。
其间通过控制硝酸银浓度、还原剂浓度以及表面保护剂的量,制备出粒径小、分散性好的纳米银粉。
汪斌等[14]为了获得分散性较好的纳米银粉,在制备纳米银粉的过程中,添加不同的聚乙二醇作为分散剂。
结果表明,以乙醇为溶剂,PVP为保护剂,为分散剂,可制备纯度高、粒径分布小的球形或类球形的超细银粉;当PEG-400含量为时,分散效果最好。
刘磊力等[15]还采用化学液相还原法,以氯化镍和氯化铜为原料,以PVP剂,并且加入适量的EDTA作为络合剂,将氢氧化钠·H2O溶液混合,升温缓慢加入氯化镍和氯化铜混合溶液中,制取分散性良好、平均粒径为NiCu复合金属粉。
化学液相还原法制备超细粉体的方法简单,易于操作,较为适合进行工业化图3 溶胶-凝胶法制备Co4Nb2O9超细粉体的流程2.3 雾化法超声波雾化法的原理是使用20 kHz以上的超声波对液体进行机械振动,将前驱体雾化成纳米级的小液滴,再将小液滴输送进反应腔,在高温条件下发生热解反应,最后将所得超细粉体使用收集器收集起来。
超声雾化法凭借其使用设备简单,制备超细粉体连续快速,且能良好地控制超细粉体的粒径、形貌、结晶度等优秀性能逐渐在超细粉体领域得到广泛应用,因此许多学者对超声雾化的影响因素进行研究[18]。
超细粉体材料的制备技术现状及应用形势

文章编号:1008-7524(2005)03-0034-03超细粉体材料的制备技术现状及应用形势*房永广1,梁志诚2,彭会清3(1.江西理工大学环建学院,江西赣州341000;2.化工部连云港设计研究院,江苏连云港222004;3.武汉理工大学资环学院,湖北武汉430070)摘要:综述了国内超细粉体材料的制备工艺、设备现状及进展,并介绍了超细粉体材料在电子信息、医药、农药、模具、军事、化工等方面的应用。
关键词:超细粉体;制备;综述中图分类号:TD921+.4文献标识码:A0引言从上世纪50年代日本首先进行超细材料的研究以后,到上世纪80~90年代世界各国都投入了大量的人力、物力进行研究。
我国早在上世纪60年代就对非金属矿物超细粉体技术、装备进行了研究,对于超细粉体材料的系统的研究则开始于上世纪80年代后期。
超细粉体从广义上讲是从微米级到纳米级的一系列超细材料,在狭义上讲是从微米级、亚微米级到100纳米以上的一系列超细材料。
材料被破碎成超细粉体后由于粒度细、分布窄、质量均匀,因而具有比表面积大、表面活性高、化学反应速度快、溶解速度快、烧结体强度大以及独特的电性、磁性、光学性等,因而广泛应用于电子信息、医药、农药、军事、化工、轻工、环保、模具等领域。
可以预见超细粉体材料将是21世纪重要的基础材料。
1超细粉体的制备设备超细粉体的制备方法有很多,但从其制备的原理上分主要有两种:一种是化学合成法,一种是物理粉碎法。
化学合成法是通过化学反应或物相转换,由离子、原子、分子经过晶核形成和晶体长大而制备得到粉体,由于生产工艺复杂、成本高、而产量却不高,所以化学合成法在制备超细粉体方面应用不广。
物理粉碎法是通过机械力的作用,使物料粉碎。
物理粉碎法相对于化学合成法,成本较低,工艺相对简单,产量大。
因此,目前制备超细粉体材料的主要方法为物理粉碎法。
常用的超细粉碎设备有气流粉碎机、机械冲击粉碎机、振动磨、搅拌磨、胶体磨以及球磨机等。
无机材料粉体制备方法

超细粉体制备方法及分类
超细粉体制备技术及设备的研究主要从两个方面进行: (1)研究新的机械设备及相关技术;
(2)研究通过化学或物理化学相结合的技术来制备超细粉体。 采用机械法可以将物料粉碎到到微米、亚微米级,气流粉碎的
极限是微米级,湿法研磨的极限可到亚微米级;然而一般情况下 很难获得纳米级粉体。
如振动球磨、离心球磨、行星磨、离心滚动磨等。 (一)普通卧式球磨机 1、普通卧式球磨机结构及原理
评述:面积学说只注意了新生表面积所需要能量,而忽视了物料破 碎前先出现变形和实际中物料又是非均质的。体积学说只考虑了破 碎时的变形能,没有考虑到新生表面积的增加。裂缝学说是介于面 积学说与体积学说之间,但没有充足的理论根据。
根据试验研究证实:(1)粗碎时新生表面积不多,以体积学说为准确 ,裂缝学说结果不可靠;(2)而细碎时(10微米以下),新生表 面积增多,表面能是主要的,以面积学说较为准确;(3)在粗碎 与细碎之间的广泛范围内,裂缝学说又比较适用。
原理:转子在电机带动下绕主轴高速旋转,产生较大的离心力 场,在粉碎腔内中心形成一很强的负压区,借助负压被粉碎物料 从转子和定子中心吸入,在离心力作用下,物料由中心向四周扩 散,在向四周的扩散过程中,物料首先受到内圈转齿及定齿的撞 击、剪切、摩擦、以及物料与物料之间的相互碰撞和摩擦作用而 被粉碎。随着转齿的线速度由内圈向外圈逐步提高,物料在向外 圈的运动过程中受到越来越强烈的冲击、剪切、摩擦、碰撞等作 用而被粉碎的越来越细。最后在外圈与撞击环的冲击与冲击作用 下得到进一步粉碎而被超细粉碎。
整理课件
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超细粉体的的制备方法很多 :
按产品粒径大小:微米粉体制备法、亚微米粉体制备法; 纳米粉体制备法。工艺条件控制不同----容易引起混乱。
BaTiO_3超细粉体的制备研究进展

提出了 一种全新的草 酸盐沉
22+
淀法 , 先使 T i 与 C 2 O4 形 成 T i O ( C2 O4 ) 2 络离 子, 再使其与 Ba 反应, 生成草酸氧钛钡前驱体, 经 干燥、 煅 烧得 超细 BaT iO3 粉末。此方法 已经工 业 化, 但是对于掺杂其它组分的 BaT iO3 多组分体系, 由于各组分间的沉淀速度、 沉淀平衡浓度积存在差 异, 因而沉淀总有先后之分, 沉淀的完全程度也不尽 相同 , 从而导致组成的偏离和化学均匀性的部分丧 失。 在 解 决 团 聚 问 题 上, 张 中 太
2+ 4+ [ 14]
发生强烈的氧化还原反应, 燃烧产生大量气体, 且可 自我维持 , 合成所需产 物。 Anuradha 等 利用多 种钡盐和有机化合物燃料进行了多个反应, 制得立 方相 BaT i O 3。 Luo 等 用 B a ( NO3 ) 2 T iO ( NO3 ) 2 C 6H 8 O7 H 2O NH 4NO3 为反应体系, 在 250 % 点火燃 烧, 合成了晶粒度在 50 nm 以下无杂质相的四方相 BaT i O 3 粉体。 1 . 6 溶胶 凝胶法 溶胶 凝胶法 ( So l G el) 是 20 世纪 60 年代发 展起来的一种粉体材料制备方法 , 是以金属醇盐或 者无机盐为原料, 经水解、 缩合, 使溶液形成溶胶 , 然 后再使溶胶凝胶化 , 经干燥和热处理, 得到粉体的一 种方法。 栾伟玲等 在完全溶解的 Ba( OH ) 2 乙二醇甲 醚溶液中 , 加入钛 酸丁酯的乙醇 溶液, 形成 均匀溶 液。向溶液中缓慢加入乙二醇甲醚的水溶液, 制得 溶胶 , 经静置、 胶凝、 干燥和 600 % 煅烧 , 得到粒径为 19 nm 的 BaT i O 3 粉体。李青莲等 采用 SAG 法, 即硬酯酸钡和钛酸丁酯混合得到凝胶 , 800 % 煅烧, 得到粒度为 20 nm 的 BaT iO3 粉体。
几种重要的无机盐粉体制备技术

一————————————————————————————_———————————一2004年中国化工学会无机盐学术年会几种重要的无机盐粉体制备技术吴健松1,李海民,李财花2(1 q】国科学院青海盐湖研究所,西宁810008,2 巾国科学院广州化学研究所,广州5100003科学院研究生院,j0京100039)摘要r本文综述了几种重要的制备无机盐粉体技术:水热法;微波法I微乳液法以及超重力技术法应用近况。
关键词:水热法;微波法;徽乳液法r超重力技术法;元机盐掰体;纳米材料前言目前,无机超细粉体的制备技术引起了科学界和企业界的极大关注。
高效率低成本获取优质超细粉体材料的技术,仍然是当今学者研究的重点。
本文介绍了当前最受欢迎使用的水热法、微波法,微乳液法和超重力技术法的应用近况,这些技术方法成功地制备了包括金属、合金、氧化物、氮化物、硫化物、离子晶体和半导体等多种重要的无机粉体材料.在无机粉体制备中有着重要的作用。
I水热法…z-rl‟1.1定义及特点水热法又称热液法,属液相化学法的范畴。
是指在密封的压力容器中,以水为溶剂,在高温高压的条件下进行的化学反应。
水热法制备超细粉体自七十年代兴起后,很快受到世界许多国家的重视,国际上水热技术学术相当括跃,自1982年起,每隔三年召开一次“水热反应”的国际会议。
水热反应依据反应类型的不同可分为水热氧化、水热还原、水热沉淀、水热合成、水热水解、水热结晶等.其中水热结晶用得最多,在这里简单介绍一下它的原理:水热结晶主要是溶解一再结晶机理。
首先,营养料在水热介质里溶解,以离子、分子团的形式进入溶液。
利用强烈对流(釜内上下部分的温度差而在釜内溶液产生)将这些离子、分子或离子团被输运到放有籽晶的生长区(即低温区)形成过饱和溶液,继而结晶。
水热法生产的特点是粒子纯度高、分散性好、晶形好且可控制,生产成本低。
用水热法制备的粉体一般无需烧结,这就可以避免在烧结过程中品粒会长大而且杂质容易混入等缺点。
熔盐介质中二硼化钛超细粉体的发展现状资料

熔盐介质中二硼化钛超细粉体的发展现状摘要:本文综述了多种在熔盐介质中通过发生氧化物的金属热还原反应合成TiB2粉体的研究背景、结构、性质和合成方法等国内外的研究现状,并对其未来发展前景做出了展望。
一、研究背景粉体技术被看作是支持现代高新科技发展最重要的基础技术之一。
粉体的形貌、粒度及尺寸分布、比表面积等是影响粉体性能及应用的关键因素。
TiB2具有高熔点、高强度和硬度,优良的耐磨损性,好的导电性及化学稳定性,与熔融金属良好的润湿性等一系列优异的性能,在高温结构陶瓷材料、功能材料、复合材料、耐火材料、核控材料、航空材料等众多领域的广泛应用。
目前,已被用作各种复合材料的添加剂、高温热电偶保护套管、金属冶炼的坩埚、耐磨耐腐蚀抗氧化涂层、热中子堆核燃料、铝电解槽阴极等。
而粉体的质量决定了制品的性能,如何获得粒径小、分布均匀、比表面积大、活性高的TiB2粉体是目前研究的重点。
制备TiB2粉体的方法有很多,直接合成法、碳热还原法、高温自蔓延合成法和熔盐电解法是目前研究较多的方法,但这些方法普遍存在反应温度高、过程不可控以及合成的粉体颗粒粗大等缺点。
针对以上问题,开发一种形貌与尺寸可控,并能在较低的温度下进行的TiB2粉体制备技术成为当前的研究重点。
熔盐法是一种在较低的反应温度和较短的反应时间内制备粉体的方法,近年来,被广泛应用于各种陶瓷粉体及纳米材料的制备。
熔盐可以为反应提供良好的液相环境,液相中反应物迁移和扩散速度更快,高的迁移速率使得反应可在相对低的温度和短的时间内完成。
在熔盐法中,晶体通过其在液相中的传质过程形成和长大,因此可以通过调节合成温度、时间以及盐的含量和种类来控制晶体的形状和尺寸,实现对合成过程最大程度的控制。
1、二硼化钛的结构TiB2是六方晶系C32 型结构的准金属化合物,其完整晶体的结构参数为a=3.028Å,c=3.228Å。
在整个晶体结构中,硼原子面和钛原子面交替出现构成二维网状结构,钛原子层紧密堆积,硼原子是六配位并位于钛原子的三角棱柱的中心。
液相法制备超细粉体的原理及特点

液相法制备超细粉体的原理及特点一、超细粉体材料任何固态物质都有一定的形状,占有相应空间,即具有一定的大小尺寸。
我们通常所说的粉末或细颗粒,一般是指大小为1毫米以下的固态物质。
当固态颗粒的粒径在0.1μm一10μm之间时称为微细颗粒,或称为亚超细颗粒,空气中漂浮的尘埃,多数属于这个范围。
超细粉通常是指粒径为1 ~100nm的微粒子,其处于微观粒子和宏观物体之间的过渡状态。
由于极细的晶粒大量处于晶界和晶粒内,缺陷的中心原子以及其本身具有的量子体积效应、量子尺寸效应、表面效应,介电限域效应和宏观量子隧道效应,使超细粉体材料在光、电、磁等方面表现出其他材料所不具备的特性,是重要的高科技的结构和功能材料,因而受到极大的关注,目前在冶金、化工、轻工、电子、航天、医学和生物工程等领域有着广泛的应用。
目前,超细粉的研究主要有制备、微观结构、宏观性能和应用等四个方面,其中超细粉的制备技术是关键,因为制备工艺和过程控制对纳米微粒的微观结构和宏观性能具有重要的影响。
二、液相法制备的主要特征(1)可将各种反应的物质溶于液体中,可以精确控制各组分的含量,并实现了原子、分子水平的精确混合。
(2)容易添加微量有效成分,可制成多种成分的均一粉体。
(3)合成的粉体表面活性好。
(4)容易控制颗粒的形状和粒径。
(5)工业化生产成本较低。
(6)液相法可分为物理法和化学法三、超细粉体的液相制备方法制备纳米粉体的液相方法主要有液相沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法、微乳液法等。
(一)沉淀法沉淀法是在原料溶液中添加适当的沉淀剂,使得原料液中的阳离子形成各种形式的沉淀物,然后再经过虑、洗涤、干燥,有时还需加热分解等工艺过程制得纳米粉体的方法。
沉淀法具有设备简单、工艺过程易控制、易于商业化等优点,能制取数十纳米的超细粉。
一种简单的制备优质碱式碳酸铜工艺_吴健松

茂名学院学报 JOURNAL OF MAOMING UNIVERSITY
Vol .17 No .6 Dec.2007
一种简单的制备优质碱式碳酸铜工艺
吴健松1 , 梁海群2 , 周春燕1 , 张恒惠2
(1.湛江师范学院 化学科学与技术学院 , 广东 湛 江 524048;2 .湛江师范学院 生命科学与技术学院 , 广东 湛江 524048)
表 4 反应时间 t 对产物颜色的影响
试样编号
1
2
3
4
5
6
1′ 2′ 3′ 4′ 5′
6′
7′
t =3 h 产物颜色 t =8 h 产物颜色 t =24 h 产物颜色 t =48 h 产物颜色 t =72 h 产物颜色
微绿 微绿 微绿 微绿 微绿 微绿 微绿 微绿 微绿 微绿 微绿 微绿 微绿
淡绿 淡绿 淡绿 淡绿 淡绿 淡绿 淡绿 淡绿 淡绿 淡绿 淡绿 淡绿 淡绿
[ 参考文献]
[ 1] 朱伟长 , 万玉宝 , 孙军 , 等 .氧化铜纳米粉的制备及分散方法[ J] .北京科技大学学报 , 2003 , 25(3)∶59-61.
[ 2] 温炎 , 陈昌铭 , 陈志传 , 利用含铜蚀刻废液生产碱式 碳酸铜[ J] .化工环保 , 2004, 24(2)∶55-58 . [ 3] 魏兴国 , 董岩 .碱式碳酸铜实验室制法的改进[ J] .德州学院学报 , 2002 , 18(4):39 -41. [ 4] 王文林 , 吴丽萍 .从水溶液中能制取碳酸铜(Ⅱ)吗[ J] .化学教学 , 2005(12):62-63.
表 1 不同原料配比对反 应产物颜色的影响
试样编号 混合 0.5 mol·L -1CuSO4 溶液的体积 mL 混合 0.5 mol·L -1Na2CO3 溶液的体积 mL 混合反应后体系固相颜色
金属超细粉体制备的研究进展

金属超细粉体制备的研究进展摘要:简要介绍了超细粉体的制备方法,并介绍了电爆炸法和电弧等离子法制备AI、Mg 粉体的工艺技术及其研究进展。
这2种方法具有产品颗粒直径分布窄、粒度大小易于控制和调节、产品纯度高、便于收集、无污染等优点,且易于工业化。
它们是目前生产金属细颗粒较环保和成本较低的方法。
关键词:水反应金属燃料;Al;M g;粉体;电爆炸法;电弧等离子法1. 引言俄罗斯“暴风雪”超高速鱼雷利用“超空泡”(supercavitation)原理突破了水下航行体的速度限制.达到了200节航速【1】。
其所用动力推进系统为水冲压发动机,该发动机使用的燃料是“水反应金属燃料”,该鱼雷具体使用的是“Mg基水反应金属燃料”【2】。
“暴风雪”鱼雷的出现引起了美、德、日等国对水冲压发动机和水反应金属燃料的极大关注,并展开大规模的研究。
水反应金属燃料的优点是不仅能量特性高,而且具有充分利用雷外海水作为能源的特点,能够显著提高燃料单位体积的能量密度,使鱼雷超高速、远航程航行成为可能【3】。
目前研究所采用的水反应金属燃料的主要原料有:活性金属如Al、Mg、B、Ti、Li、Na、K、zr、w等,金属氢化物如AlH 3、M gH 2、B 2H。
、ZrH:及LiAIH。
及一些活性较高的金属氧化物和金属碳化物等。
考虑到成本、毒性、能量密度等各方面的问题,Mg和Al 是最佳选择14】。
与Mg基金属水反应燃料相比,A1的成本更低,来源更广,稳定性更好,最主要的是Al基燃料的比冲要大于Mg基燃料的比冲【5】。
对于金属燃料能否用于水冲压发动机的要求,除了看其能量密度能否满足要求外,还要看其粒度、纯度能否满足点火要求等;而决定其点火温度的主要因素是金属粒子粒度的大小。
若想降低或选择合适的金属粒子的点火温度,就必须制备出超细颗粒(包括微米级、亚微米级和纳米级粒子)的金属粒子。
超细粒子的制备方法对于超细粒子的制备已经报道了许多方法,从这些报道来看,超细粉体的制备方法可根据反应体系的不同而分为气相法、液相法和固相法【6】。
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无机盐超细粉体制备技术的回顾与展望吴健松,李海民(中国科学院青海盐湖研究所,青海西宁 810008)摘 要:评述了制备无机盐超细粉体的传统方法以及一些传统方法的改进,对当前几种新技术做了介绍与展望。
关键词:无机盐;超细粉体;纳米材料;微乳液法;微波法;超重力技术中图分类号:T Q115 文献标识码:A 文章编号:1008-858X (2004)03-0050-050 前 言时下,无机盐超细粉体的制备技术引起了科学界和企业界的极大关注。
一些传统的制备技术已不能满足工业发展的需要。
许多学者对传统方法做了某些改进但依然没有取得突破性的进展,高效率低成本获取优质超细粉体材料的技术,仍然是当今学者研究的重点。
本文对传统的(以及经改进的)物理、化学制备技术做了简要的回顾与评述,对当前已报道的微乳液水热法、微波法和超重力技术法等新的制备技术做了介绍与展望。
1 技术回顾1.1 传统的(以及经改进的)制备技术无机盐超细粉体制备的传统(以及经改进的)方法很多,这些方法中有些方法可以用来制纳米微粒。
目前,已经报道的工艺方法主要有以下几种[1]:物理气相沉积法(PVD )、化学气相沉积法(C VD )、等离子体法、惰性气体凝聚法、共沉淀法、水热法、水解法、溶胶—凝胶法、电弧放电法、气体蒸发法、磁控溅射法、激光诱导C VD 、等离子加热气相合成法、非水溶剂合成法、超临界液相合成法和超声波合成法等。
这些方法不是存在纯度低、颗粒分布不均匀的缺点,就是要求技术设备高,难以进行生产推广。
如气相沉积法,其缺点很多,如:温度高、能耗大等,不能满足工业化的要求。
再如液相反应法,这种方法常用的设备是搅拌槽式反应器,其特点是反应条件温和,成本较低。
但缺点有:(1)粒度分布不均且不易控制;(2)粒度不够细;(3)批次间产品品质再现性差;(4)工业放大困难等。
近年来国内外有不少学者报道对上述方法的改进,改进的重点在抑制粒子的二次或多次凝聚现象[2-6],这自然也因为抑制粒子的二次或多次凝聚现象是很多无机盐粉体生产的重要环节。
为摸索出更好的抑制凝聚现象,近年来围绕表面活性剂的选择和配方,国内外开展了许多工作,同时针对超微粒子改性提出了微胶囊技术,已达到可用各种合成材料包覆不同材料(芯物质)的水平。
还可制作毫微胶囊。
为无机盐材料产品的应用开辟了广阔的前景。
许多学者在这方面取得了可喜的成果。
如在洗涤剂的改进上,李强[7]等人在研究纳米Zn0制备工艺中电位与分散性的关系时发现采用011m ol收稿日期:2003-10-09;修回日期:2003-12-21作者简介:吴健松(19-),男,硕士研究生,从事无机盐工艺研究.第12卷 第3期2004年9月 盐湖研究JOURNA L OF S A LT LAKE RESE ARCH V ol.12 N o.3Sep. 2004的稀氨水溶液为洗涤液可以提高颗粒表面的ζ电位,从而明显降低粉体的团聚程度。
在沉淀方式改进上,朱亚先[8]等人在制备氧化镁纳米粉时采取368~371K下尿素分解产生的氨水做沉淀剂。
由于尿素分解的速度较慢,可有效地控制氢氧化镁沉淀生成速度,使晶体颗粒较细而均匀。
采用有机相乙醇作反应介质,可减少颗粒表面吸附水,降低聚集程度。
在干燥氢氧化镁凝胶时又采用多次冷冻—离心甩干,这也是降低聚集程度的办法。
此外还有报道说[9]在湿式粉碎工艺粉碎氢氧化镁时,通过抑制浆液粘度的上升,控制干燥时出现的二次凝聚和粘结现象同时对氢氧化镁颗粒表面进行疏水处理,以提供充填在树脂中分散性能。
诸如此类的通过改变洗涤剂、沉淀剂、沉淀方式、沉淀剂浓度、沉淀时间、和凝胶保护剂的制法很多[10-17]。
这些方法虽然比传统制法有所改善,但始终都未能给工业生产带来突破性的进展。
因而寻求适合工业发展的制备方法成为必然。
1.2 当前已报道的几种新技术近些年来,一些更为优越的制备方法相继应运而生。
如微乳液水热法、微波法、超重力技术法等,成功地制备了包括金属、合金、氧化物、氮化物、离子晶体和半导体等多种无机超细粉体材料。
此外,超重力技术法却是当前重要的制备方法。
下面对这3种方法进行探讨。
1.2.1微乳液法[18-25]所谓微乳液法,是指两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成乳液,在微泡中经成核、聚结、团聚、热处理后得纳米粒子。
其特点是粒子的单分散和界面性好,Ⅱ~Ⅵ族半导体纳米粒子多用此法制备。
它的原理是:在微乳体系中,用来制备无机粉体的一般是W/O型体系,该体系一般由有机溶剂、水溶液、活性剂、助表面活性剂4个组分组成。
反应前驱物就是在这样的体系下进行化合反应。
这实质上是利用表面活性剂的“交谊”作用进行的反应。
若是要制备至纳米粒子,即一般利用反胶束纳米乳液。
反胶束纳米乳液是热力学稳定体系,微乳内的水核实质上是一微型反应器,可以通过选择合适的微乳体系来控制水核的大小且保证表面活性剂界面层有一定强度,从而控制微型反应器的尺寸,达到控制纳米微粒粒径大小和分布的目的。
同时表面活性剂包膜也解决了纳米微粒团聚的问题。
目前使用反胶束纳米乳液法已制出Pt、Pd、Rh、Ir等单分散金属纳米微粒; CdS、PbS、CuS等半导体材料;Ni,C o,Fe等与B 的复合催化剂,SiO2、Fe2O3、Al(OH)3等超细粉末;Ag、Au的氯化物胶体粒子以及碱土金属碳酸盐等。
微乳反应作为一种新的制备纳米材料的方法,具有实验装置简单,操作方便,应用领域广,并且有可能控制微粒的粒度等优点。
目前该方法逐渐引起人们的重视和极大兴趣。
有关微乳体系的研究日益增多。
但当前的研究还是初步的,有关微乳反应器内的反应原理、反应动力学、热力学及化学工程问题都有待解决。
1.2.2 微波法[26-31]微波法的原理是利用电场对带电粒子产生作用力使之迁移或旋转,从而对体系产生热效应作用。
当微波作用到物质时,可能产生电子极化、原子极化、界面极化及偶极转向极化。
其中偶极转向极化对物质的加热起主要作用。
物质在微波中的受热程度则表征物体在给定频率和温度下将电磁场能转化成热能的效率。
在这种热效应作用下体系即进行化学反应。
由于微波可以降低反应活化能、改变了反应历程,将化学反应的时间大大缩短。
所以微波作为一种新奇的热能源在化学化工领域中的应用已引起国内外学者的广泛重视。
目前微波已在分析样品的制备、无机合成、有机合成、非均相催化、采油、炼油、冶金、环境污染物治理等方面取得了很大进展。
用此方法成功地合成了许多高效率催化材料、纳米材料和陶瓷材料。
与传统无机合成方法相比,它具有效率高、速度快、反应产物组成结构均匀、质量高等优点。
但微波化学作为一门新兴的交叉学科,在理论上还缺乏系统性,存在不少需要进一步深入研究的问题。
如微波的作用机理中的非热效应、微波如何改变反应活化能,微波如何能改变反应机制而使传统方法不易进行的反应得以顺利进行等。
另外对微波化学的实验手段还有待提高。
正因为这样,所以目前利用此方法还不易实现连续和大规模生产,也难以达到工业化。
但有专家指15第3期 吴健松,李海民:无机盐超细粉体制备技术的回顾与展望 出,这种方法很有发展潜力,有望成为将来制备无机超细粉末的“卧龙”。
1.2.3 超重力技术法[32-36]1970~1980年,英国ICI公司提出多项专利。
利用旋转填料床中产生的强大离心力,即超重力(这种超重力使气液流速及填料比表面积大大提高。
液体在高分散、高湍动、强混合以及接口急速更新的情况下与气体以极大的相对速度在弯曲孔道中逆向接触,强化传质过程。
传质单元高度可降低1~2个数量级)。
在超重力环境下,不同大小分子间的分子扩散、相与相间的传质过程均比正常重力场快。
气—液、液—液、液—固两相在高于地球重力场数百倍甚至千倍的超重力环境下流动接触,巨大的剪切力使得液体撕裂成纳米级的膜、丝和液滴。
产生的巨大和快速更新的相接口,使相间质传速率比传统塔器提高1~3个数量级,无论是微观混合或传质过程均有极大的进展。
北京化工大学教育部超重力工程研究中心在这个理论背景下,于1995年率先发明超重力反应沉淀法(简称为超重力法,国外称之为Higee)合成纳米颗粒的新技术。
并在国家863计划等资助下,探索气—液超重力法、液—液超重力法及气—液—固超重力法合成纳米颗粒的新技术,相继开发出实验室小量试产的合成技术。
并在超微技术工业化方面取得突破性进展。
经初步分析,其特点为:1.增加均相成核的可控性;2.组成分子、原子大小的均一化;3.减少能源消耗,有助于降低制造成本;4.工程放大较容易;5.产能可大幅提高(可提高4~20倍),生产效率高;6.应用广,可生产多样化产品。
北京化工大学采用超重力技术成功地合成出平均粒度为15~30nm的碳酸钙粉体。
并根据市场需求,首先选择纳米级碳酸钙产品进行放大技术的研究,以掌握超重力法合成关键技术的放大规则。
在校内现已有第一条40×103t/a的超重力法纳米碳酸钙粉体的试验生产线。
并在广东恩平广平化工有限公司、蒙西高新技术材料公司建立3×103t/a的工业生产设备。
现在利用超重力技术和装置已可成功地制备出纳米阻燃剂、碳酸锶、碳酸钡、钛白粉、氧化锌等纳米材料。
并可进一步推广至其他纳米材料的制备,应用前景广阔。
例如,高抑烟性纳米阻燃剂工业化生产技术已被列入科技部科技型中小企业技术创新基金项目,产品包括纳米氢氧化铝、氢氧化镁和水滑石等。
这种产品可广泛添加在各种防火涂料及聚合材料之中,起到高抑烟、高阻燃等作用。
2 结语与展望综上所述,对传统粉体制备方法的改进,虽然在产品的纯度、粒度上有较大的提高,但始终都带有很大的局限性[37-41],诸如适用范围窄、摸索条件困难、重现性差等,难以在制备技术上得到突破性的进展。
因而从微观反应动力学、热力学上寻求更优越的方法将是人们探索的途径。
考察微乳液水热法、微波法和超重力技术这3种方法,尤其是超重力技术法,可以得出这样的结论:研究液相反应法的相关理论、缺陷化学理论、界面理论、微观反应的量子电动力学理论和电磁理论是今后无机盐超细粉体工业化制备技术得以发展的关键[42-50],也是制备纳米材料必须研究和解决的课题。
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