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。

沉淀法可分为共沉淀法、直接沉淀法、均匀沉淀法和水解法等。

1、共沉淀法
在混合的金属盐溶液中加入合适的沉淀剂，由于解离的离子是以均一相存在于溶液中，经反应后可以得到各种成分具有均一相的沉淀，再进行热分解得到高纯超细粉体。

如果原料溶液中有2种或2种以上的阳离子，它们以均相存在于溶液中，加入沉淀剂进行沉淀反应后，就可得到成分均一的沉淀，这就是共沉淀法。

它是制备含有2种以上金属元素的复合氧化物超微粉的重要方法。

采用共沉淀法制备纳米粉体，反应物需充分混合，使反应两相间扩散距离缩短，以有利于晶核形成，同时要注意控制生成产物的化学计量比。

不足之处是过剩的沉淀剂会使溶液中的全部正离子作为紧密混合物同时沉淀。

利用共沉淀法制备超细粉体时，洗涤工序非常重要。

此外，离子共沉淀的反应速度也不易控制。

2、直接沉淀法
这种方法是使溶液中的金属阳离子直接与沉淀剂发生化学反应而形成沉淀物。

3、均匀沉淀法
均匀沉淀法是在溶液中加入某种物质，这种物质不会立刻与阳离子发生反应生成沉淀，而是在溶液中发生化学反应缓慢地生成沉淀剂。

是利用某一化学反应使溶液中的构晶离子由溶液中缓慢而均匀地产生出来的方法。

该方法的优点是颗粒均匀致密，可以避免杂质的共沉淀。

缺点是反应时间过长。

4、水解沉淀法
水解沉淀法是指通过原料溶液的PH值或者通过改变原料液温度而使金属离子水解产生
沉淀。

水解沉淀法以无机盐为原料，具有原料便宜、成本低的优势，是最经济的制备方法。

除此之外，它还具有诸多优点，最显著的一点就是可以在常温常压条件下，采用简单的设备，于原子、分子水平上通过反应、成核、成长、收集或处理而获得高纯度的、组分均一的、尺寸达几十纳米的超细体。

此外它还可以精确控制化学组成，容易添加微量的有效成分，制备粉体的表面活性好。

易控制颗粒的形状和粒径。

但是，因为必须通过液固分离才能得到沉淀物，要完全洗净无机杂质离子较困难；另一个需要特别重视的问题是容易形成团聚体，如控制不当，团聚将会严重影响分体的后续使用。

（二）溶胶-凝胶法
溶胶-凝胶工艺是60年代发展起来的一种超细粉体的制备工艺，它是指金属有机或无机化合物经过溶胶-凝胶化和热处理形成氧化物或其他固体化合物的方法。

采用溶胶-凝胶工艺具有反应温度低（通常在常温下）、设备简单、工艺可控可调等特点。

此外，溶胶-凝胶工艺还避免了沉淀法中以无机盐为原料的阴离子污染问题，提高了纳米粉体的纯度。

但是，也存在原料成本高的不足，而且为了除去化学吸附的羟基和烷基团，粉体煅烧工序必不可少。

（三）水热法
水热法制备纳米粉体是在特制的密闭反应容器里，采用水溶液作为反应介质，通过对反应容器加热，创造一个高温、高压反应环境，使前驱物在水热介质中溶解，进而成核、生长，最终形成具有一定粒度结晶形状的晶粒。

水热法原理是利用了许多化合物高温和高压的水溶液中表现出与常温下不同的性质。

水热法能直接制得结晶良好的粉体，不需作高温灼烧处理，避免了在此过程中可能形成的粉体硬团聚，而且通过改变工艺条件，可实现对粉体粒径、晶型等特性的控制，因此，水热法合成的陶瓷粉体具有分散性好，无团聚或少团聚，晶粒结晶良好，晶面显露完整等特点，同时，因经过重结晶，所以制得的粉体纯度高。

（四）微乳液法
微乳液法是由表面活性剂、助表面活性剂、油和水组成的透明的、各向同性的热力学稳定体系。

当微乳液体系确定后，超细粉的制备是通过混合2种含有不同反应物的微乳液实现的。

微乳液中的反应完成后，先将超细颗粒与微乳液进行分离，再用有机溶剂清洗以去除附在粒子表面的油和表面活性剂，最后在一定温度下干燥，煅烧得到超细粉。

微乳液法的关键是制备微观尺寸均匀、可控、稳定的微乳液。

微乳法具有不需加热、设备简单、操作容易、粒子可控等优点。

四、结语
液相法具有制备形式多样、操作简便和粒度可控等优点，可以进行产物组分含量控制，
便于掺杂，能实现分子原子尺度水平上的混合，制得的粉体材料表面活性高，是目前实验室和工业上广泛采用的制备金属氧化物超细粉体材料的方法。