中國(guó)粉體網(wǎng)訊  由于納米粒子具有大比表面積，隨著粒子半徑的減小，其表面能和表面張力都急劇增大；此外，還具有小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和量子隧道效應(yīng)，因此納米材料具有獨(dú)特的力學(xué)、光、熱、電、磁、吸附、氣敏等性質(zhì)，在信息、能源、環(huán)境和生物技術(shù)等高科技產(chǎn)業(yè)都具有很廣泛的應(yīng)用。

由于納米粉體具有極大的比表面積和較高的表面能，在制備和使用過(guò)程中，極易發(fā)生粒子團(tuán)聚，形成二次粒子，使粒徑變大，從而失去納米微粒具備的功能。因而需要對(duì)納米粉體進(jìn)行分散。

一、納米粉體產(chǎn)生團(tuán)聚的原因

所謂納米粉體的團(tuán)聚是指原生的納米粉體顆粒在制備、分離、處理及存放過(guò)程相互連接、由多個(gè)顆粒形成較大的顆粒的團(tuán)簇的現(xiàn)象。粉體的團(tuán)聚一般分為軟團(tuán)聚和硬團(tuán)聚兩種。

由于納米粒子所具有的特殊的表面結(jié)構(gòu)，所以在粒子間存在著有別于常規(guī)粒子和顆粒間的作用能——納米作用能。這種納米作用能就是納米粒子的表面因缺少相鄰配位的原子，具有很高的活性而使納米粒子彼此團(tuán)聚的內(nèi)在屬性，其物理意義應(yīng)是單位比表面積納米粒子具有的吸附力，它是納米粒子幾方面吸附的總和：納米粒子間氫鍵、靜電作用產(chǎn)生的吸附；納米粒子間的量子隧道效應(yīng)、電荷轉(zhuǎn)移和界面原子的局部藕合產(chǎn)生的吸附；納米粒子巨大的比表面產(chǎn)生的吸附。

二、納米粉體的分散

要使納米粒子分散，就必須增強(qiáng)納米粒子間的排斥作用能：強(qiáng)化納米粒子表面對(duì)分散介質(zhì)的浸潤(rùn)性，改變其界面結(jié)構(gòu)，提高溶劑化膜的強(qiáng)度和厚度，增強(qiáng)溶劑排斥化作用；增大納米粒子表面雙電層的電位絕對(duì)值，增強(qiáng)納米粒子間的靜電排斥作用；通過(guò)高分子分散劑在納米粒子表面吸附，產(chǎn)生并強(qiáng)化立體保護(hù)作用。

1.物理分散

（1）機(jī)械分散

機(jī)械分散是借助外界剪切力或撞擊力等機(jī)械能使納米粒子在介質(zhì)中分散的一種方法。事實(shí)上，這是一個(gè)非常復(fù)雜的分散過(guò)程，是通過(guò)對(duì)分散體系施加機(jī)械力，而引起體系內(nèi)物質(zhì)的物理、化學(xué)性質(zhì)變化以及伴隨一系列的化學(xué)反應(yīng)來(lái)達(dá)到分散目的，這種現(xiàn)象稱(chēng)為機(jī)械化學(xué)反應(yīng)。

機(jī)械分散法有研磨分散、普通球磨分散、振動(dòng)球磨分散、膠體磨分散、空氣磨分散、機(jī)械高速攪拌等。

（2）超聲波分散

超聲波分散是降低納米微粒團(tuán)聚的有效方法，利用超聲空化時(shí)產(chǎn)生的局部高溫、高壓或強(qiáng)沖擊波和微射流等，可較大幅度地弱化納米微粒間的納米作用能，有效地防止納米微粒團(tuán)聚而使之充分分散，但應(yīng)避免使用過(guò)熱超聲攪拌，因?yàn)殡S著熱能和機(jī)械能的增加，顆粒碰撞的幾率也增加，反而導(dǎo)致進(jìn)一步的團(tuán)聚。因此，應(yīng)該選擇最低限度的超聲分散方式來(lái)分散納米顆粒。

（3）高能處理法

此法是通過(guò)高能粒子作用在納米微粒表面產(chǎn)生活性點(diǎn)，增加表面活性，使其易與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或附著，對(duì)納米微粒表面改性而達(dá)到易分散的目的。高能粒子包括電暈、紫外光、微波、等離子體射線等，使納米微粒的表面受激而產(chǎn)生活性點(diǎn)。

2.化學(xué)分散

（1）表面化學(xué)修飾

通過(guò)納米微粒表面與處理劑之間進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，改變納米微粒表面結(jié)構(gòu)和狀態(tài)，達(dá)到表面改性的目的，稱(chēng)為納米微粒的表面化學(xué)修飾。

①偶聯(lián)劑法

具有兩性結(jié)構(gòu)的偶聯(lián)劑，其分子中的一部分基團(tuán)可與粉體表面的各種官能團(tuán)反應(yīng)，形成強(qiáng)有力的化學(xué)鍵合，另一部分基團(tuán)可與有機(jī)高聚物發(fā)生某些化學(xué)反應(yīng)或物理纏繞。

②酯化反應(yīng)

金屬氧化物與醇的反應(yīng)稱(chēng)為酯化反應(yīng)。用酯化反應(yīng)對(duì)納米微粒表面修飾，重要的是使原來(lái)親水疏油的表面變成親油疏水的表面，這種表面功能的改性在實(shí)際應(yīng)用中十分重要。

③表面接枝改性

利用納米微粒的表面基團(tuán)，與可反應(yīng)有機(jī)化合物產(chǎn)生化學(xué)鍵接，形成納米有機(jī)接枝化合物，通過(guò)有機(jī)支鏈化合物在有機(jī)介質(zhì)中的可溶性，增強(qiáng)納米粒子在有機(jī)介質(zhì)中的分散。

（2）分散劑分散

主要是通過(guò)分散劑吸附改變粒子的表面電荷分布，產(chǎn)生靜電穩(wěn)定和空間位障穩(wěn)定作用來(lái)達(dá)到分散效果，主要有三種機(jī)制。

①靜電穩(wěn)定機(jī)制

在靜電穩(wěn)定機(jī)制中，帶電粒子溶于極性介質(zhì)（通常是水）后，在固體與溶液接觸的界面上形成雙電層。當(dāng)兩個(gè)這樣的粒子碰撞時(shí)，在它們之間產(chǎn)生了斥力，從而使粒子保持分離狀態(tài)。通過(guò)調(diào)節(jié)溶液pH值，增加粒子所帶電荷，加強(qiáng)它們之間的相互排斥；或加入一些在液體中能電解的物質(zhì)，如六偏磷酸鈉、氯化鈉、硝酸鉀、檸檬酸鈉等于溶液中，這些電解質(zhì)電解后產(chǎn)生的離子對(duì)納米微粒產(chǎn)生選擇性吸附，使得粒子帶上正電荷或負(fù)電荷，從而在布朗運(yùn)動(dòng)中，兩粒子碰撞時(shí)產(chǎn)生排斥作用，阻止凝聚發(fā)生，實(shí)現(xiàn)粒子分散。

②空間位穩(wěn)定機(jī)制

高分子聚合物吸附在納米微粒的表面上，形成一層高分子保護(hù)膜，包圍了納米微粒，把親液基團(tuán)伸向水中，并具有一定厚度，這一殼層增大了兩粒子間最接近的距離，減小了范德華引力的相互作用，從而使分散體系得以穩(wěn)定。當(dāng)吸附了高分子聚合物的粒子在互相接近時(shí)將產(chǎn)生兩種情況：吸附層被壓縮而不發(fā)生互相滲透；吸附層能發(fā)生互相滲透、互相重疊。這兩種情況都導(dǎo)致體系能量升高，自由能增大。第一種情況由于高分子失去結(jié)構(gòu)熵而產(chǎn)生熵斥力位能；第二種情況由于重疊區(qū)域濃度升高，導(dǎo)致產(chǎn)生滲透斥力位能和混合斥力位能。因而，吸附了高分子的納米粒子如果再發(fā)生團(tuán)聚將十分困難，從而實(shí)現(xiàn)了粒子的分散。

③電空間位障分散機(jī)制

在前述情況下，如果這種聚合物是一種聚合電解質(zhì)，在某個(gè)確定的pH值下，它能起到雙重穩(wěn)定作用，這種情況，就稱(chēng)為電空間位障分散機(jī)制。

參考資料：
張文成等.納米粉體分散技術(shù)的研究進(jìn)展
覃曉林等.納米粉體分散技術(shù)發(fā)展概況
沙菲等.納米粉體的團(tuán)聚、分散及表面改性
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