第三章纳米粉体的分散
2.3 纳米粉体的分散
球磨时间对粉体性质的影响
2012-4-5
JIANGXIUNIVERSITYOFSCIENCE&TECHNOLOGY
机械分散的缺点 易引入杂质（球磨介质） 可能改变粉体性质。如提高粉体颗粒表面能，增加晶格缺陷、在 表面形成无定形层，改变化学组成等。
非离子型：极性基团不带电，如乙二醇；
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JIANGXIUNIVERSITYOFSCIENCE&TECHNOLOGY
常用分散剂
表面活性剂：空间位阻效应；如：长链脂肪酸等。 小分子量无机电解质或无机聚合物：空间位阻、静电稳定；如硅酸钠、
三聚磷酸钾等。 高分子有机聚合物：空间位阻、静电稳定；如：明胶、海藻酸盐等。 偶联剂类：空间位阻、静电稳定；如：硅烷类、钛酸酯类等。
聚电解质的分类：
聚酸类：电离后成为阴离子高分子,如：聚丙烯酸。 聚碱类：电离后成为阳离子高分子,如：聚乙烯胺等。 两性类：分子中具有酸性和碱性两种可电离的基团。如：两性型聚丙
烯酰胺等
分散过程：溶解在水或低级醇中，一方面与颗粒通过锚固进行连接；另
一方面，电离成一个聚离子和许多与聚离子电荷相反的小离子（反离子）。 聚离子的分子链上有许多固定的电荷，在聚离子周围形成静电场，是颗粒 通过静电效应和空间位阻效应分散。
4
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超声波强度
定义：指单位面积上的超声功率 超声波强度增加时，空化强度增
大，但达到一定值后，空化趋于 饱和，此时再增加超声波强度则 会产生大量无用气泡，从而增加 了散射衰减，降低了空化强度。
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
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
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
河南理工大学材料学院
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）
纳米陶瓷粉体的分散研究
纳米陶瓷粉体的分散研究纳米陶瓷具有优良性能的前提是纳米颗粒堆积均匀，烧结收缩一致，晶粒均匀长大，但是由于纳米粉体颗粒细小、颗粒间存在着较强的结合力，如静电力、范德华力、毛细管力、机械咬合力等，使纳米粉体存在团聚度高、流动性差等特点，严重影响了粉体的成型性能，进而导致陶瓷材料的性能下降。
因此，纳米陶瓷粉体的分散研究就变得尤为重要。
01物理分散法NO.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分散。
搅拌磨、行星磨研磨效率高，简单易行，是最常用的一种分散超细粉体的方法。
但球磨最大的缺点是在研磨过程中，由于球与球、球与筒、球与料以及料与筒之间的撞击、研磨，使球磨筒和球本身被磨损，磨损的物质进人料浆中成为杂质，这些杂质会对浆料的纯度及其后成品的性能产生影响。
另外，球磨可能会改变粉体的物理化学性质。
因此，球磨分散方法会给料浆带来一定的影响，分散时要控制好分散的时间。
剪切式高速搅拌器，虽然分散效果好，但它分散的过程中会导致大量的空气裹入体系中，在高速剪切力的作用下，使整个料浆呈泡沫状。
NO.2 超声波分散法超声波分散是一种强度很高的物理分散手段，是把所需处理的颗粒悬浮液直接置于超声场中，控制恰当的超声波频率及作用时间致使颗粒充分分散。
利用超声空化时产生的局部高温、高压或强冲击波和微射流等，弱化微粒间的微粒作用能，可有效地防止微粒的团聚。
超声波用于微粒悬浮液的分散，虽然效果很好，但存在的问题是：一旦停止超声波振荡，仍有可能使微粒再度团聚；超声波处理一定时间后，颗粒的粒度不能再进一步减小，继续处理也会重新引起颗粒的团聚；且超声波对极细小的颗粒微粒分散效果并不理想。
02化学分散法纳米陶瓷粉体的化学分散机制主要包括双电层（静电）稳定机制、空间位阻稳定机制和静电位阻稳定机制。
纳米粉体的分散及表面改性讲课教案
散射光強度的對數與散射矢量間的 關係
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膨潤土懸浮液的分維值隨pH值的變 化
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奈米TiO2水懸浮液屈服應力隨固含 量的變化曲線
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pH值=9時SiN漿料的固相含量對 ESA測定值的影響
改變介質性質途徑
改變溶液的pH值 改變溶液的離子強度 吸附可溶性金屬離子或添加表面
活性劑，產生特性吸附
一些常見陶瓷粉體的等電點
其他可溶性金屬陽離子及其水合物 的特性吸附具電荷反轉特點
第一個電荷反轉CR1對應於金屬氧化物 本身的等電點，因為H和OH是電勢決定 離子
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原子力顯微鏡測定原理示意
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黏附氧化鋁球的V形懸臂探針
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pH8.3時不同濃度的NaCl介質中 ZrO探針與ZrO基片間的作用力
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pH9.5時不同濃度的NaCl介質中添加 300mg/kg PAA後ZrO表面間的作用力隨距離 的變化
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pH=5.5，2000mg/kgPAA（分子量 10000，I=1.9×10-2mol/L）
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pH5.5，PAA吸附在SiN上及pH8.3，PAA吸附在 ZrO上的構象示意圖（pH-pH1，代表時間）
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丙烯酸銨和丙烯酸甲酯的共聚物
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氧化鋁探針與表面的作用力曲線
本章章節2
4.3 4.3.1 4.3.2 4.3.3 4.3.4 4.4 4.4.1 4.4.2 4.5 4.5.1 4.5.2 4.5.3
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
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
【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。
SnO_(2)纳米粉体的制备及分散
Vol.7 No.2Apr. 2021生物化工Biological Chemical Engineering第 7 卷 第 2 期2021 年 4 月SnO 2纳米粉体的制备及分散郝丽娜（齐齐哈尔工程学院，黑龙江齐齐哈尔 161000）摘 要：采用溶胶-凝胶法制备SnO 2纳米粉体并检测其分散效果。
用锡粒与柠檬酸（1∶2、1∶4）在pH 为5~6条件下，通过水浴、干燥、煅烧等步骤制备出具有四方金红石结构的SnO 2纳米粉体，利用热分析仪、透射电镜、X 射线衍射仪对材料进行表征，并研究搅拌时间、分散体系pH 值对纳米SnO 2粉体分散稳定性的影响。
结果表明：柠檬酸量的增加不利于生成粒度小的SnO 2晶体，锡粒与柠檬酸比例为1∶2时，晶体粒径更小；升高热处理温度，结晶趋于良好；4 h 的物理搅拌有利于粉体的分散，当分散体系pH 值为1时溶液沉降速率最慢，颗粒分散性最好。
关键词：纳米二氧化锡；溶胶-凝胶法；分散中图分类号：TQ134.3 文献标识码：APreparation and Dispersion of SnO 2 NanopowdersHAO Lina(Qiqihar Institute of Engineering, Heilongjiang Qiqihar 161000)Abstract: SnO 2 nano-powders were prepared by sol-gel method, and the dispersity was tested. By adjusting the process parameters such as the concentration of the reaction solution, the pH value, and the sintering temperature, SnO 2nanopowders with a tetragonal rutile structure with a grain size of 10~50 nm can be prepared. Use TG-DTA, SEM, XRD and other analytical methods to characterize, study the relationship between the dispersion method, pH value, dispersion time, etc. of nano SnO 2 powder and dispersion stability, and measure by gravity sedimentation method, ultraviolet-visible spectrophotometry, etc. Find out the influence of various factors on the stable system. The results show that the increase of the amount of citric acid is not conducive to the formation of SnO 2 crystals with small particle size. Increase the heat treatment temperature and the crystallization tends to be good. When the pH value of the solution is 1, the sedimentation rate of the solution is the slowest and the particle dispersion is the best.Keywords: nanometer tin dioxide; sol-gel; dispersion纳米SnO 2在玻璃电极、光敏玻璃、催化剂、气敏和湿敏部件、陶瓷功能元件等方向均有普遍的应用[1]。
纳米粉体的团聚与分散
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
• 机械分散法可分为：
研磨、普通球磨、振动球磨、胶体 磨、空气磨、机械搅拌等
• 粉碎极限问题：
纳米粉碎中，因细颗粒具有巨大的界面 能，颗粒间范德华力较强，随粒子粒度的 减小，颗粒间自动聚集的趋势变大，分散 作用与聚集作用达到平衡，粒径不再变化。
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。
• 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
超声分散的效果
a
b
SiOb2、胶分体散颗后粒超声分散前后的分散状态，a、分散前；
• 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
40
30
20
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
频率/kHz
分散度
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
2. 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
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。
第三章4 纳米粉体分散及表面修饰
4 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
纳米微粒表面物理修饰
表面物理修饰总的来说就是通过吸附、涂敷、包敷等物理作用对微 粒进行表面改性，利用紫外线、等离子射线等对粒子进行表面改性 也属于物理修饰。从机理上主要有以下两种方法：
1 通过范德华力、库仑力等将异质材料吸附在纳米微粒的表面以改 性
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。 2OHH2O(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 调整pH值
对纳米微粒的表面修饰研究主要包括以下三个方面的内容（思路 或步骤）：
1 研究超微粒子的表面特性，以便有针对性地进行改性处理。这种研 究包括用高倍电子显微镜对粒子的表面结构状态进行观察分析，用 XPS和FTIR测试粒子的表面组成及成分迁移，用电势滴定仪测定粒子 的表面电势，用电泳仪测定粒子的表面电荷，用能谱仪测定粒子的表 面能态，用表面力测定仪测定粒子的表面粘着力、润湿角和其他作用 力。
2 酯化反应法 金属氧化物与醇的反应称为酯化反应。利用该法对纳 米微粒表面修饰最重要的是使原来亲水疏油的表面变 成亲油疏水的表面。 酯化反应中采用的醇类最有效的是伯醇，其次是仲醇 ，叔醇通常是无效的。 该表面修饰方法对于表面为弱酸性和中性的纳米粒子 最有效，如SiO2, Fe2O3, TiO2, Al2O3, ZnO等 3 表面接枝改性法 通过化学反应将高分子链接到无机纳米粒子表面上的 方法称为表面接枝法。 表面接枝改性方法可以充分发挥无机纳米粒子与高分 子各自的优点，实现优化设计，制备出具有新功能的 纳米粒子。纳米粒子经表面接枝后，大大提高了它们 在有机溶剂和高分子中的分散性，使人们有可能根据 需要制备含有量大、分布均匀的纳米粒子添加的高分 子复合材料。
纳米ITO粉体的团聚与分散分析
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
8.indd 55
团聚强度/kPa
INSIGHT 透 视
108
106
104
102
101
0
200
400
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。
纳米粉体的分散性研究及在电触头材料制备中的应用
纳米粉体的分散性研究及在电触头材料制备中的应用摘要:近年来随着对纳米粉体的研究进一步加深，其在电触头材料制备中的应用也在进一步发展，并取得了突破性的进展。
为了实现纳米粉体、电触头材料的更大的进步，本文介绍了分散机制、不同的分散方法以及采取各种分散方法得到的分散效果，讨论了纳米电触头材料的特性和研究，同时提出了其存在的问题和应用。
关键词:纳米材料；电触头；分散剂；表面改性想要确定合适使用的电触头材料，需要考虑各方面的问题和性能，比如其是否有足够的耐磨性、耐电性、材料表面是否均匀光滑等等。
而今年发展运用较多的材料是，当使用纳米材料时不仅可以使其接触的电阻更少，而且由于粉末达到纳米的级别，可以使其拥有更高的性能。
当前材料的使用中的主要发展任务就是改善颗粒的分散性，只有这样才能够改善机械的各方面性能。
下面将针对纳米电触头材料的制备和应用研究。
1纳米粉体的分散性研究随着纳米科技更进一步的融入生活，我们的社会和生活都随之进步和发展，带来了许多有益的成果。
由于纳米粉体的特别之处在磁性、热阻、对于光的吸收以及熔点等方面的体现，十分受人们的欢迎和推崇。
虽然纳米粒子的半径小十分小占有很大的优势，但又正是因为这个特性，纳米粒子会出现自发团聚的现象，这对纳米分体的性能发挥有着一定的阻碍作用。
当前纳米粉体发展的首要问题就是改善其分散性，使纳米粉体的应用和发挥更加稳定。
当前纳米粉体发散的运用已经发展到了生活、工业等各个领域中，对于这些化工产品来说，能否保证产品的分散性和稳定对保证产品质量十分重要。
1.1分散作用机制分散作用的机制有三种：第一种为静电稳定机制，用调pH值或者加电解质的方法使纳米颗粒产生一些表面电荷，使其产生的电荷发生互斥作用，增大颗粒间的相互排斥力，从而达到分散的目的；第二种为空间位阻稳定机制，是用在悬浮体中加入化合物的方式使纳米颗粒表面产生位阻层，产生空间排斥；而第三种静电空间稳定机制，与空间位阻稳定机制不同的是在悬浮体中添加一定的高分子聚电解质。
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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。
净消耗
离 解 0.5 度
空白曲线
完全离解 10.5
3
7
11
0.0 3
7
11
pH值
pH值
❖ 0.08%的PMAA水溶液的滴定曲线（a）及离解度随pH的变化（b）
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第三章 第3节
❖ 影响聚合物离解的因素
(1)聚合物上基团的离解受相邻基团离解与否的影响 相邻基团的离解会抑制其它基团的离解
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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
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
聚合物弱酸
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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
(2)离子浓度对离解度会产生影响 离子浓度越高，对已电离基团的电荷屏蔽越大，相同
pH值下离解度就越高 (3)分子量的影响
分子量越低，相同pH值下离解度越低 (4)还与分子结构有关
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第三章 第3节 ❖ 聚电解质离解度对高分子链伸展度的影响 (1) 离解度对高分子链的构型有显著影响 (2) 随离解度增大，离解基团间的静电斥力加大，高
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相对强度
110
100
pH值
7.5
90
9.2
12.0
80
70
60
50
40
30
20 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
有效半径/nm
作业
1、如何测定聚合物离解度随pH变化 曲线？
2、影响聚合物离解的因素有哪些？
3、简述聚电解质离解度对高分子链 伸展度的影响规律
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
[η] ----是高分子稀释溶液的特性粘数，采用乌式粘度计测量
❖ 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
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
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
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
❖ 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
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。
❖腹部超声成象（B超）所用的频率范围在 2～ 5MHz之间，常用为3～3.5MHz
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第三章 第1节
❖ 超声分散是将需处理的颗粒悬 浮液直接置于超声场中，用适 当的频率和功率的超声波加以 处理，是一种强度很高的分散 手段。
❖ 超声分散的机理与空化作用有 关
DL-180E超声波清洗器
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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。
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第三章 第3节
❖ 聚电解质的分子量 分子量是对聚合物使用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，不仅要考虑其分子结 构还要考虑分子量的影响
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)
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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 出的物化性质。
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超声分散的效果
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
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第三章 第1节
❖ 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
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0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
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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
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