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納米粉體顆粒懸浮液分散問(wèn)題

制備出單相納米粉料后，具體應(yīng)用時(shí)還要考慮納米顆粒的分散。例如：在制備納米顆粒復(fù)合材料過(guò)程中為了得到成分均勻的混合粉料,，首先要制備良好分散的納米粉體懸浮液,，同時(shí)注意不同懸浮液混合時(shí)分散條件的相互影響,。由于納米顆粒的尺寸很小,，顆粒間普遍存在著較強(qiáng)的范德華力和庫(kù)侖力,，使顆粒極易團(tuán)聚,，而且顆粒粒徑愈小，團(tuán)聚的傾向就愈嚴(yán)重,。這兩種作用力導(dǎo)致的團(tuán)聚為軟團(tuán)聚,，可以通過(guò)一些化學(xué)的作用或機(jī)械振動(dòng)的方式來(lái)消除。下面我們來(lái)分析一下納米顆粒懸浮液分散的具體機(jī)理,、過(guò)程和方法,。

一、液體介質(zhì)中納米陶瓷顆粒間的作用力（團(tuán)聚產(chǎn)生的根源）

顆粒在液體介質(zhì)中的相互作用力非常復(fù)雜,，除了范德華力和庫(kù)侖力之外,，還有溶劑化力、毛細(xì)管力,、憎水力,、水動(dòng)力等，它們與液體介質(zhì)直接有關(guān),。顆粒在液體介質(zhì)中的狀態(tài)還必須考慮顆粒表面的帶電情況,。所有的顆粒表面在液體介質(zhì)中都是帶有電荷的。其帶電原因有：離子濃度差,、顆粒表面基團(tuán)的直接電離,、溶液中同類(lèi)離子間的替換、顆粒表面吸附特殊的離子以及顆粒晶體的各向異性等等,。而顆粒在液體介質(zhì)中的表面帶電情況,，將直接影響顆粒在液體介質(zhì)中的分散行為,。

二、納米顆粒在液體介質(zhì)中的分散過(guò)程

粉體團(tuán)聚體在液體介質(zhì)中的分散一般分為三個(gè)過(guò)程：潤(rùn)濕過(guò)程,、顆粒群的解集過(guò)程,、穩(wěn)定的分散過(guò)程。

1,、潤(rùn)濕過(guò)程

如果粉末是憎液性的就不易分散，而親液者就容易分散,。對(duì)憎液性的粉末需使用分散劑以潤(rùn)濕顆粒的表面使它成為親液者,。陶瓷粉料多為瘠性料，需用一定的表面活性劑潤(rùn)濕其顆粒的表面,，以便易于分散,。對(duì)于不同的固體顆粒，選用合適的液體介質(zhì)使固液親和性越大越好,。陶瓷粉料是極性的所以容易分散在介電常數(shù)較大的液體中,。而由于水的介電常數(shù)比較大，因此陶瓷粉料通常用水作為介質(zhì),。對(duì)給定的粉末和已選用的液體介質(zhì),，表面活性劑加入到液體中會(huì)借固液界面的吸附而改變。加入的表面活性劑的濃度有一最佳值,。當(dāng)超過(guò)了這一濃度時(shí),，會(huì)出現(xiàn)過(guò)飽和吸附固體表面的親水性反而降低，不利于潤(rùn)濕和分散,。顯然當(dāng)表面活性劑濃度不足時(shí)也不能良好的潤(rùn)濕顆粒表面,，不利于分散。在實(shí)際的顆粒分散中,，選擇表面活性劑幾乎是隨意的,，但不能采用能產(chǎn)生泡沫的分散劑，因?yàn)榕菽軐⒓?xì)顆粒從系統(tǒng)中分離出來(lái),。

2,、顆粒群的解集過(guò)程

團(tuán)聚體中的眾多顆粒，其表面一經(jīng)液體的潤(rùn)濕往往會(huì)自行分離,。當(dāng)然,，實(shí)際操作中常常需要超聲波的幫助。不同超聲功率和超聲時(shí)間對(duì)顆粒的分散效果影響較為顯著,，尤其對(duì)超細(xì)粉料而言影響更大,。

3、穩(wěn)定的分散過(guò)程

即使液體介質(zhì)對(duì)固體良好的潤(rùn)濕,，并輔以機(jī)械力或超聲處理制成了分散顆粒的懸浮液,，但是這種兩相分散體系是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系,，顆粒相遇時(shí)又可能產(chǎn)生團(tuán)聚。因此,，在體系中往往需要存在或添加能降低彼此不穩(wěn)定的物質(zhì)即分散劑,，為顆粒在動(dòng)力學(xué)上提供位壘，從而抵抗顆粒的聚集,，使分散狀態(tài)保持相對(duì)穩(wěn)定,。選擇表面活性劑時(shí)，除了考慮其顆粒的潤(rùn)濕特性外,，還需考慮顆粒表面的帶電情況和表面活性劑的類(lèi)型,。按照是否電離可分為陰離子表面活性劑、陽(yáng)離子表面活性劑,、兩性表面活性劑和非離子型表面活性劑,。

三、懸浮液的分散穩(wěn)定機(jī)制

根據(jù)懸浮液中粒子間排斥力產(chǎn)生的機(jī)理,，可將懸浮液的分散穩(wěn)定機(jī)制分為以下三種：靜電穩(wěn)定機(jī)制,、空間位阻穩(wěn)定機(jī)制和聯(lián)合穩(wěn)定機(jī)制，即電空間穩(wěn)定機(jī)制,。

1,、靜電穩(wěn)定機(jī)制

由膠體化學(xué)中雙電層穩(wěn)定理論DLVO 理論可知，對(duì)球形顆粒而言,，兩個(gè)顆粒間的位能曲線上有一個(gè)位壘,、兩個(gè)位谷：第一極小點(diǎn)和第二極小點(diǎn)。若一對(duì)顆粒因布朗運(yùn)動(dòng)或不等速沉降而接近時(shí)的相對(duì)動(dòng)能大于位壘,，則這兩個(gè)顆粒接近到第一極小點(diǎn),，從而顆粒聚沉這個(gè)過(guò)程是不可逆的。相反,，這兩個(gè)顆粒不能接近到位壘所對(duì)應(yīng)的最近距離反而被位壘彈開(kāi),，在第二極小點(diǎn)形成的絮凝是不穩(wěn)定的可逆的。表面電勢(shì)越大雙電層厚度就越大,，這將使位壘越高分散體系的穩(wěn)定性就越大,。雙電層的厚度或顆粒表面的Zeta電位與液體介質(zhì)的價(jià)數(shù)和濃度有密切關(guān)系。

2,、空間位阻穩(wěn)定作用

高分子化合物加入到溶液中除了可以降低顆粒在液體介質(zhì)中的σsl和Hamaker常數(shù)使懸浮液分散穩(wěn)定之外,還可以使其高分子長(zhǎng)鏈的一端緊密的吸附于顆粒的表面,另一端盡可能地伸向溶液中,形成空間位阻穩(wěn)定作用,。

3、聯(lián)合穩(wěn)定機(jī)制

聯(lián)合穩(wěn)定也叫電空間穩(wěn)定,，其靜電部分來(lái)源于粒子表面的靜電荷或和與定位聚合物聯(lián)系的電荷,，所用高聚物叫聚電解質(zhì)。因?yàn)榧扔须p電層穩(wěn)定機(jī)制又有空間位阻穩(wěn)定機(jī)制此種穩(wěn)定效果會(huì)更好。這種聯(lián)合機(jī)制的勢(shì)能曲線沒(méi)有第一極小值,，雙電層在較長(zhǎng)距離上提供一較高的位壘,，從而在小范圍內(nèi)位阻穩(wěn)定阻止粒子相互接觸。常用的聚電解質(zhì)有有機(jī)單寧酸鹽和聚碳酸,、腐植酸,，還有它們的一些銨鹽如聚丙烯酸和聚丙烯酸銨。