納米粉體團聚問題的解決方法

                          （劉濤  上海匯精亞納米新材料有限公司）

納米材料具有獨特的力學、光、熱、電、磁、吸附、氣敏等性質，在傳統材料中加入納米粉體將大大改善其性能或帶來意想不到的性質。但是在實際應用過程中，由于納米粒子粒徑小，表面活性高，使其易發生團聚而形成尺寸較大的團聚體，嚴重地阻礙了納米粉體的應用和相應的納米材料的制備。

納米粉體團聚現象

目前市場上很多納米產品表征出來發現既含納米級顆粒又含微米級顆粒，不能實現真正的納米標準（1-100nm），主要原因就是粉體團聚現象嚴重，納米級顆粒又團聚成了大顆粒。

1、納米粉體為什么會團聚？

所謂納米粉體的團聚是指原生的納米粉體顆粒在制備、分離、處理及存放過程中相互連接、由多個顆粒形成較大的顆粒團簇的現象，一般分為軟團聚和硬團聚兩種。

納米粉體的團聚與分散性取決于其形態和表面結構等。而納米粉體的形態和表面結構又與其內部結構、雜質、表面吸附和化學反應、制備工藝、環境狀態等諸因素有關，因而導致了納米粉體團聚與分散機制的復雜性和多樣性。

2、如何解決納米粉體的團聚問題？

解決納米粉體的團聚問題，需要采用一定的手段將納米粉體均勻分散開。納米粉體的分散方法主要有超聲波分散、機械力分散和化學法分散。目前應用最為廣泛的是化學分散，即表面改性。

3、

表面改性是指通過采用表面添加劑的方法，使粒子表面發生化學反應和物理作用，從而改變粒子表面狀態，如表面原子層結構和官能團、表面疏水性、電性、化學吸附和反應特性等。通過表面改性，可提高粉體的分散性、耐久性、耐候性，提高表面活性，從而使粒子表面產生新的物理、化學、光學特性，適用不同的應用要求，拓寬其應用領域，并顯著提高材料的附加值。

納米粉體表面改性的方法很多，主要有包覆處理改性、沉淀反應改性、表面化學改性、機械化學改性、高能處理改性、膠囊化改性、微乳化改性等。    

（1）包覆處理改性

包理處理改性也稱涂覆和涂層，是利用無機物或有機物，主要表面活性劑，水溶性或油溶性高分子化合物及脂肪酸皂等粉體表面進行包覆以達到改性的方法。如包括利用吸附、附著及簡單化學反應或沉淀現象進行包膜。

（2）沉淀反應改性

利用化學反應并將其生成物沉淀在被改性粉體的表面，使形成一層或多層“改性層”的方法，以改變納米粉體材料的表面特性，使其達到所需的使用要求，這是濕法改性的主要方法。

（3）表面化學改性

這是表面改性最重要、最常用的方法。表面化學改性通過表面改性劑與顆粒表面進行化學反應，從而使表面改性劑覆蓋粒子表面，改變納米粉體顆粒表面結構和狀態，達到表面改性的目的。表面化學改性方法除利用表面官能團外，還利用游離基反應，鰲合反應，溶膠吸附和偶聯劑。

納米粒子比表面積大，表面鍵態，電子態不同于粒子內部，配位不全導致懸掛鍵大量存在，這就為采用化學反應對納米粒子表面改性提供了有利條件。

納米粉體材料的表面化學改性受到諸多因素的影響。主要有：納米粉體顆粒表面的性質影響；表面改性劑的種類、用量及使用方法的影響；工藝設備及操作條件的影響等。

（4）機械化學改性

機械化學改性是通過超微粉碎及其它強烈機械力作用的過程有目的的對粉體表面進行激活，在一定程度上改變顆粒表面的晶體結構（表面無定形化）、溶解性能、化學吸附和反應活性（增加表面的活性點或活性從點）等。

（5）高能處理改性

通過電暈、紫外光、等離子體放射線、微波等高能粒子作用，在納米粒子表面產生活性點，增加表面活性，容易與其它物質發生化學反應或吸附，對納米粒子表面改性進而達到易分散的目的。

（6）膠囊化改性

膠囊化改性是在粉體顆粒表面上覆蓋均質而且有一定厚度薄膜的一種表面改性方法。

（7）微乳化改性 

在納米粒子的制備中，形成兩種或兩種以上不互溶液體的熱力學穩定的，各向同性的、外觀透明或半透明的分散體系，微觀上由表面活性劑界面膜所穩定的一種或兩種液體的液滴所構成的微乳液。粒子表面包覆一層表面活性劑分子，使粒子間不易聚結，通過選擇不同的表面活性劑、助表面活性劑可對粒子進行修飾，并控制顆粒的大小。

從目前納米材料發展來看，納米粉體的團聚問題嚴重地限制了納米材料的應用，納米粉體的分散及表面改性技術是納米材料發展過程中“重中之重”的技術。只有處理好這些問題，納米粉體材料才能發揮巨大的功能。納米粉體顆粒的均勻分散是各種材料改性后性能能否得到提高的關鍵，采用各種納米粉體表面改性技術，可以使納米粉體的表面和基體具有兼容性。