中國粉體網(wǎng)訊  氧化物陶瓷具有高硬度、高耐磨性、耐腐蝕等特點(diǎn)，特別是其不存在氧化問題，因而作為一種特殊的結(jié)構(gòu)陶瓷材料而有著廣泛的應(yīng)用。尤其是在當(dāng)今最火熱的半導(dǎo)體領(lǐng)域，氧化物陶瓷有著舉足輕重的地位。據(jù)了解，半導(dǎo)體設(shè)備中會(huì)用到大量的精密陶瓷零部件，而這些陶瓷部件能占到半導(dǎo)體設(shè)備成本的10%以上，其中氧化鋁、氧化鋯等氧化物陶瓷是較為常用的精密部件用陶瓷材料。由于應(yīng)用于高頂尖的精密設(shè)備之中，對(duì)氧化物陶瓷的綜合性能要求也極高，故能否獲得高性能的氧化物粉體是一大考驗(yàn)。

溶膠凝膠法

該方法是在醇鹽或其它鹽類在特定溶劑中通過水解提供氧化物或其前驅(qū)體的結(jié)構(gòu)單元，同時(shí)未水解的有機(jī)基團(tuán)作為穩(wěn)定分散劑或封端劑制備氧化物。反應(yīng)速度的控制是調(diào)制納米氧化物形貌、尺度及其分布的最重要的手段。但該方法反應(yīng)過程復(fù)雜，在反應(yīng)不同階段反應(yīng)物的活性和官能度差異很大，且為動(dòng)力學(xué)控制，所以再現(xiàn)性不好，難以精細(xì)優(yōu)化反應(yīng)條件。由于試圖在同一體系中完成水解、氧化物生成、形貌調(diào)制、表面封端和功能化等許多目標(biāo)，而不同反應(yīng)階段的反應(yīng)產(chǎn)物溶解度變化很大，所以極易發(fā)生微相分離，使單分散難以實(shí)現(xiàn)。

水熱法或溶劑熱法

在高溫高壓體系，通過調(diào)制反應(yīng)條件，形成特定結(jié)構(gòu)和形貌的氧化物納米材料的合成方法。由于特殊的高溫高壓條件，體系常發(fā)生一些常溫常壓無法發(fā)生的反應(yīng)，許多溶劑同時(shí)又是反應(yīng)物，也極易形成特殊形貌的氧化物納米材料。但該法特殊的高溫高壓條件，工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)成本高，同時(shí)反應(yīng)體系較難實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)在線控制，現(xiàn)有的化學(xué)原理和方法無法直接應(yīng)用。像溶膠凝膠法一樣，容易發(fā)生團(tuán)聚而產(chǎn)生相分離，表面修飾和功能化難以精確控制。

微乳液法

依據(jù)前驅(qū)體值將反應(yīng)體系通過微乳化，形成油包水或水包油型微乳液，使納米氧化物形成過程被孤立于一個(gè)一個(gè)微乳液膠束中，反應(yīng)通過膠束內(nèi)的反應(yīng)條件或膠束間的物質(zhì)轉(zhuǎn)遞而實(shí)現(xiàn)精細(xì)控制。該方法首要任務(wù)就是要通過調(diào)節(jié)表面活性劑配方和溶劑以形成穩(wěn)定的微乳液，盡管該過程是自發(fā)的，但復(fù)雜的表面活性劑配方的調(diào)制過程需要長時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)積累過程。同時(shí)在反應(yīng)過程中，體系反應(yīng)物、中間產(chǎn)物以及最終的氧化物的組成、結(jié)構(gòu)和形貌處于變化之中，所以反應(yīng)過程中乳液的穩(wěn)定性難以把握。最終產(chǎn)物中大量的表面活性劑的分離也是這一方法較難解決的難題。

化學(xué)沉淀法

盡管化學(xué)沉淀法是經(jīng)典而古老的方法，但許多氧化物依然使用該方法實(shí)現(xiàn)對(duì)組成、大小、形貌和表面性質(zhì)的精確控制。該法成本低廉、易于在線控制、容易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，可以直接應(yīng)用現(xiàn)有的化學(xué)知識(shí)，在溶液中可以實(shí)現(xiàn)對(duì)氧化物表面的精確修飾。但團(tuán)聚問題一直是該方法難以解決的技術(shù)難題。通過改變?nèi)軇�、pH值、反應(yīng)溫度、使用均相沉淀劑、加入分散劑等手段可以在一度程度上減少團(tuán)聚，但難以從根本上解決。

微波輔助氣溶膠法

相比于傳統(tǒng)的機(jī)械球磨法、液相合成法，微波輔助氣溶膠法通過噴霧干燥和熱解，產(chǎn)品直接收集，不混入任何雜質(zhì)，生產(chǎn)過程連續(xù)，放大容易，可精確控制粒徑，解決了粉體易團(tuán)聚、單分散性差的問題。

2022年7月13日，中國粉體網(wǎng)將在山東濟(jì)南舉辦第一屆半導(dǎo)體行業(yè)用陶瓷材料技術(shù)研討會(huì)，屆時(shí)，來自武漢工程大學(xué)的姜興茂教授將帶來題為《高性能氧化物粉體的可控制備》的報(bào)告。屆時(shí)，姜興茂教授將圍繞納米氧化物粉體制備方法展開詳細(xì)介紹。同時(shí)，姜興茂教授還將對(duì)其自主開發(fā)的獨(dú)特的糖尿素鹽自組裝方法進(jìn)行介紹，該方法可規(guī)模化生產(chǎn)高純且尺寸均勻、粒徑可控、分散性好的氧化碲、氧化鋁、氧化硅、氧化鈰、氧化銦錫鈦酸鋇、釔鋁榴石、碳化硅等納米顆粒。

專家簡介：

姜興茂，江蘇省特聘教授、美國氣溶膠研究協(xié)會(huì)會(huì)員、江蘇省雙創(chuàng)人才、武漢市黃鶴英才及問津人才、美國Lovelace呼吸研究所客座科學(xué)家，在德國出版氣溶膠英文專著一部，在國際主流期刊發(fā)表SCI文章90篇，主編了Journal of Nanomaterials專刊一期，是JACS、Adv.Mater.、J.Phys.Chem.C、Ind.Eng.Chem.Res.、Nanotechnology、Langmuir、Chem.Comm.等七十多家期刊特約審稿人，申報(bào)/授權(quán)國內(nèi)外發(fā)明專利100多件，已授權(quán)美國發(fā)明專利10件。獲1998年中石化科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，2002年獲北美膜科學(xué)學(xué)會(huì)TravelAward，獲2011年新墨西哥大學(xué)發(fā)明獎(jiǎng)，獲2016年“中國產(chǎn)學(xué)研合作創(chuàng)新獎(jiǎng)”，現(xiàn)任湖北省新能源材料工程技術(shù)中心主任。

參考來源：

[1]賈向東.納米氧化物及其復(fù)合材才的制備與應(yīng)用研究

[2]中國粉體網(wǎng)

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）

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