納米粉體也叫納米顆粒在刺，一般指尺寸在1-100nm之間的超細(xì)粒子通危。納米粉體具有的體積效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)君旦、介電限域效應(yīng)等各種效應(yīng)，使得它表現(xiàn)出強(qiáng)吸光能力、高活性、高催化性羹应、高選擇性、高擴(kuò)散性次屠、高磁化率和矯頑力等特殊理化性能[1]园匹；使它具備獨(dú)特的力學(xué)、光劫灶、熱裸违、電、磁浑此、吸附累颂、氣敏等性質(zhì)[2]。在傳統(tǒng)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(zhì)凛俱。目已用于納米固體的壓制、納米涂層料饥、環(huán)境保護(hù)以及納米粒子光催化上蒲犬。納米材料科學(xué)及工業(yè)應(yīng)用已成為國內(nèi)外跨新世紀(jì)研究開發(fā)熱點(diǎn)，并開拓發(fā)展成為高技術(shù)產(chǎn)業(yè)岸啡，在電子原叮、化工、機(jī)械、生物醫(yī)學(xué)等工業(yè)域內(nèi)奋隶，具有日益廣泛發(fā)展的應(yīng)用景擂送。隨著納米科技的發(fā)展，制備納米粉體的方法越來越多唯欣。在制備納米粉體過程中嘹吨，存在的主要問題就是納米顆粒的團(tuán)聚，這也是當(dāng)納米技術(shù)域內(nèi)的一個(gè)普遍關(guān)心境氢、亟待解決的一個(gè)難題蟀拷。控制納米顆粒團(tuán)聚已成為制備納米顆粒的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，所以很有必要對(duì)納米顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象進(jìn)行深入研究萍聊。2團(tuán)聚分類所謂納米粉體的團(tuán)聚是指原生的納米粉體顆粒在制備问芬、分離、處理及存放過程中相互連接寿桨、由多個(gè)顆粒形成較大的顆粒團(tuán)簇的現(xiàn)象此衅。由于團(tuán)聚顆粒粒度小，表面原子比例大亭螟，比表面積大挡鞍，表面能大，處于能量不穩(wěn)定狀態(tài)媒佣，因而細(xì)微的顆粒都趨向于聚集在一起匕累，很容易團(tuán)聚，形成團(tuán)聚狀的二次顆粒默伍，乃至三次顆粒欢嘿，使粒子粒徑變大，在每個(gè)顆粒內(nèi)部有細(xì)小孔隙也糊。納米顆粒的團(tuán)聚一般分為兩種：軟團(tuán)聚和硬團(tuán)聚炼蹦。對(duì)于軟團(tuán)聚機(jī)理，人們的看法比較一致狸剃，即掐隐，軟團(tuán)聚是由納米粉體表面分子或原子之間的范德華力和靜電引力所致，由于作用力較弱钞馁，可以通過一些化學(xué)作用或施加機(jī)械能的方式來消除虑省。對(duì)于硬團(tuán)聚，不同化學(xué)組成不同制備方法有不同的團(tuán)聚機(jī)理僧凰，無法用統(tǒng)一的理論來解釋探颈。因此需要采取一些特殊的方法來對(duì)其進(jìn)行控制。3納米顆粒團(tuán)聚的形成機(jī)理顆粒細(xì)化到納米后训措，其表面積累了大量的正伪节、負(fù)電荷光羞，納米顆粒的形狀不規(guī)則，這樣造成了電荷的聚集怀大。納米顆粒表面原子比例隨著納米粒徑的降低而迅速增加纱兑，當(dāng)降至1nm時(shí)，表面原子比例高達(dá)90%化借，原子幾乎全部集中到顆粒表面潜慎，處于高度活化狀態(tài)，導(dǎo)致表面原子配位數(shù)不足和高表面能[8]屏鳍。納米顆粒具有很高的化學(xué)活性勘纯，表現(xiàn)出強(qiáng)烈的表面效應(yīng)，很容易發(fā)生聚集而達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)钓瞭，從而團(tuán)聚發(fā)生[9]驳遵。3.1納米顆粒在液體介質(zhì)中的團(tuán)聚機(jī)理液體介質(zhì)中超細(xì)顆粒團(tuán)聚的主要原因是吸附和排斥共同作用的結(jié)果[10]。吸附作用有以下幾個(gè)方面[11]：量子隧道效應(yīng)山涡、電荷轉(zhuǎn)移和界面原子的相互耦合產(chǎn)生的吸附堤结；超細(xì)顆粒分子力、氫鍵鸭丛、靜電作用產(chǎn)生的吸附竞穷；超細(xì)顆粒間的比較面積大，易吸附氣體介質(zhì)或與其作用產(chǎn)生吸附鳞溉；超細(xì)粒子具有高的表面能和較大的接觸面瘾带，使晶粒生長的速度加快，從而粒子間易發(fā)生吸附熟菲。在存在吸附作用的同時(shí)看政，同樣有排斥作用，主要有粒子表面產(chǎn)生溶劑化膜作用抄罕、雙電層靜電作用允蚣、聚合物吸附層的空間保護(hù)作用。這幾種作用的總和使顆粒趨于分散呆贿。如果吸附作用大于排斥作用嚷兔，顆粒團(tuán)聚；反之做入，顆粒則分散冒晰。關(guān)于在液體介質(zhì)中顆粒團(tuán)聚的機(jī)理目還沒有一個(gè)統(tǒng)一的說法。顏恒維等在DLVO理論[12]上做出了進(jìn)一步研究竟块，在考慮到范德華能和雙電層作用能的同時(shí)翩剪，也把顆粒間作用與環(huán)境介質(zhì)性質(zhì)、顆粒表面性質(zhì)以及顆粒表面吸附層的成分彩郊、覆蓋率前弯、吸附強(qiáng)度等因素一并考慮在內(nèi)，其總勢(shì)能可以用下式表示：VT=VA+VR+VS+VST式中：VT－－-總作用能秫逝；VA－－-范德華作用能恕出；VR－－-雙電層作用能；VS－－-溶劑化膜作用能违帆；VST－－-空間排斥作用能浙巫。3.2干燥過程中團(tuán)聚顆粒團(tuán)聚的機(jī)理干燥過程可看作固液分離過程，目有代表性的理論有：晶橋理論刷后，毛細(xì)管力吸附理論的畴，氫鍵作用理論和化學(xué)鍵作用理論[13]。實(shí)際上尝胆，單一的理論很難解釋團(tuán)聚形成的機(jī)理丧裁，必須綜合目的理論，具體實(shí)驗(yàn)具體分析含衔。在制各超細(xì)氧化鋁的實(shí)驗(yàn)[14]中已經(jīng)表明：粉體的一次顆粒團(tuán)聚成二次顆形成硬團(tuán)聚的機(jī)理在于：在制備粉體的過程中煎娇，濕凝膠的脫水干燥，煅燒過程是引起粉體中硬團(tuán)聚形成的主要原因贪染。膠體進(jìn)入干燥階段缓呛，不同的干燥方法也會(huì)產(chǎn)生不同的團(tuán)聚效果。納米顆粒的團(tuán)聚與分散取決于其形態(tài)和表面結(jié)構(gòu)等杭隙，而納米顆粒的形態(tài)和表面結(jié)構(gòu)又與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)哟绊、雜質(zhì)、表面吸附和化學(xué)反應(yīng)痰憎、制備工藝票髓、環(huán)境狀態(tài)等諸多因素有關(guān)，因而導(dǎo)致了納米粉體團(tuán)聚與分散機(jī)" >分散機(jī)制的復(fù)雜性和多樣性信殊。4納米顆粒團(tuán)聚分散方法納米顆粒團(tuán)聚分散就是采用一定的手段獲得粒子細(xì)小炬称、粒徑分布窄、分散性好的顆粒涡拘。目就團(tuán)聚的分散有多種分類玲躯。常用的分散方法有物理的和化學(xué)的方法，制備鳄乏、儲(chǔ)運(yùn)跷车、使用過程中納米顆粒分散方法等分類。4.1制備過程中納米粉體團(tuán)聚的解決方法4.1.1表面改性采用物理和化學(xué)方法對(duì)納米顆粒進(jìn)行表面處理橱野，有目的地改變其表面物理化學(xué)性質(zhì)朽缴，稱為表面改性。其目的是變相降低納米粉體顆粒的表面能水援，提高納米粉體的穩(wěn)定性密强。通過改性可以大大減少納米顆粒之間的團(tuán)聚[15]~[16]茅郎。目，納米粉體表面改性的方法很多或渤，主要有包覆處理改性系冗、沉淀反應(yīng)改性、表面化學(xué)改性薪鹦、機(jī)械化學(xué)改性掌敬、高能處理改性、膠囊化改性池磁、微乳化改性等等奔害。4.1.2控制pH值根據(jù)制備納米顆粒的不同，控制不同的pH值[17]~[19]地熄，例如：在ZrO2超細(xì)粉制備過程中pH值控制在9-11為宜[20]华临；并且對(duì)溶液進(jìn)行強(qiáng)力攪拌可提高析出凝膠的均勻性，從而減少團(tuán)聚的產(chǎn)生离斩。4.1.3顆粒表面形成雙電層液體中的顆粒表面因離子的選擇性溶解银舱、選擇性吸附或同晶置換而帶電，反號(hào)離子通過靜電吸引作用在顆粒周圍的液體中擴(kuò)散分布形成雙電層[21]跛梗。通過雙電層之間庫倫排斥作用使納米粒子之間發(fā)生團(tuán)聚的引力大大降低寻馏，從而有效地防止納米顆粒的團(tuán)聚，達(dá)到納米顆粒分散的目的核偿。4.1.4物理法分散機(jī)械力分散通常被認(rèn)為是簡單的物理分散方法诚欠，它是借助外界剪切力或撞擊力能使納米粒子在介質(zhì)中分散的一中方法。在機(jī)械攪拌下納米粒子的特殊表面結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)漾岳，形成有機(jī)化合物枝鏈或保護(hù)層轰绵，使得納米粒子更易分散。超聲波分散是降低納米粒子團(tuán)聚的有效方法尼荆。主要是基于超聲波的特殊分散性能左腔。超聲波是頻率范圍在20~106kHz的機(jī)械波,其波速一般約為1500m/s，波長為10~0.01cm捅儒。顯然液样，超聲波的波長遠(yuǎn)大于分子尺寸，說明超聲波本身不能直接對(duì)分子產(chǎn)生作用巧还，而是通過對(duì)分子周圍環(huán)境的物理作用影響分子的鞭莽，也即是利用超聲空化作用所產(chǎn)生的沖擊波和微射流所具有的粉粹作用，達(dá)到分散微粒的目的麸祷。該技術(shù)目普遍用于液相制備納米粉體的方法中澎怒，尤其是溶膠-凝膠法。4.1.5采用適當(dāng)洗滌方法在沉淀物中的水是引起納米粒團(tuán)聚的因素阶牍，因此采用適當(dāng)?shù)南礈旆椒▽⒊恋砦镏械乃慈ナ欠乐辜{米粒子團(tuán)聚的主要方法xuan用的物質(zhì)是低沸點(diǎn)的有機(jī)物喷面。4.1.6采用適當(dāng)干燥星瘾、煅燒方式實(shí)驗(yàn)證明，在確保沉淀物干燥充分乖酬、煅燒分解充分的基礎(chǔ)上死相，溫度越低、時(shí)間越短越好咬像。目常采用的干燥方式有以下幾種方式：閃蒸、冷凍干燥生宛、超臨界干燥县昂、噴霧干燥、真空干燥等方式陷舅。目xian進(jìn)的煅燒方式是懸態(tài)鍛燒,該方法可使粉體煅燒瞬間完成倒彰。4.2儲(chǔ)運(yùn)過程中納米粉體團(tuán)聚的解決方法4.2.1鈍化處理所謂的鈍化處理，就是對(duì)剛制備出來的納米粉體在接觸大氣之xian進(jìn)行表面慢氧化處理莱睁，經(jīng)過這樣處理的納米粉體表面可形成一層氧化膜待讳，顆粒的穩(wěn)定性大大提高，可以很方便在空氣中儲(chǔ)運(yùn)和應(yīng)用仰剿。4.2.2防聚結(jié)處理通常是將采用少量的添加劑摻雜在納米粉體中创淡。這樣可在納米粉體表面產(chǎn)生強(qiáng)吸附或化學(xué)親和作用，又在阻礙納米粒子對(duì)水的吸附南吮，使納米粒子表面不能形成完整的水膜琳彩，顆粒間的鹽橋消失，從而抑制納米粒子的聚結(jié)部凑。常用防聚結(jié)處理的添加劑有：抗靜電劑露乏、潤滑劑、防潮劑涂邀、表面活性劑瘟仿、偶聯(lián)劑等。4.2.3溶劑儲(chǔ)存使用各種溶劑對(duì)納米粉體進(jìn)行保護(hù)是一種有效的儲(chǔ)運(yùn)方法比勉。根據(jù)客戶不同的使用要求可選用不同的化學(xué)溶劑（如水劳较、苯、二甲苯敷搪、丙酮或醇類等）配成不同濃度的穩(wěn)定的納米漿液兴想，以此來保持顆粒間良好的分散性和均勻性，延緩或避免顆粒之間的團(tuán)聚赡勘。4.2.4加強(qiáng)儲(chǔ)運(yùn)管理在納米粉體的儲(chǔ)運(yùn)過程中嫂便，要嚴(yán)格按照其運(yùn)輸管理等規(guī)章制度來執(zhí)行。納米粉體應(yīng)儲(chǔ)存在避光闸与、干燥毙替、陰涼的地方岸售，堆放時(shí)要做到包裝之間沒有擠壓力，而且納米粉體堆放時(shí)間不易過長厂画，zui好是按照訂單生產(chǎn)凸丸，運(yùn)輸過程中要防止雨淋、受潮袱院，在整個(gè)儲(chǔ)運(yùn)過程中應(yīng)有人管屎慢。4.3使用過程中納米粉體團(tuán)聚的解決方法使用過程采用zui好方法是直接成材。所謂直接成材就是將新制備出來的納米粉體不經(jīng)取出忽洛，就制成所希望的形狀腻惠。這樣可解決許多儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)方面的難題，而且可以開拓適合于納米粉體特長的應(yīng)用域欲虚。5總結(jié)展望目的材料發(fā)展來看集灌，納米粉體的團(tuán)聚問題嚴(yán)重地限制了納米材料的應(yīng)用，納米顆粒的分散是材料發(fā)展過程中的關(guān)鍵技術(shù)复哆，只有處理好這個(gè)問題欣喧，納米粉體材料才能發(fā)揮其巨大的功能。盡管在納米材料的制備方面還存在著這樣或那樣的問題梯找，但我們相信,隨著納米科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日益成熟唆阿，一定能弄清納米顆粒團(tuán)聚的機(jī)理，并從根本上解決納米粉體的團(tuán)聚問題初肉，使其納米粉體的功能在應(yīng)用中得到更好的發(fā)揮酷鸦。 原創(chuàng)作者：上海依肯機(jī)械設(shè)備有限公司
