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纳米复合粉体/壳核纳米材料的包覆技术

来源:广州宏武材料科技有限公司     发布时间:2019-05-24浏览量:

粉体包覆改性是伴随着粉体技术的出现和应用而发展起来的新技术。包覆技术对于提高其分散性能、解决其团聚问题起到了重要作用,另外,还可以改善粉体粒子的活性、光学性质、耐热性、耐光性、表面色泽等。目前,包覆技术已经发展到对复合粉体进行包覆,将2种或2种以上的粉体颗粒经表面包覆或复合处理后可以得到高性能复合粉体,其具有的复合协同多功能特点,在新型材料的复合和开发方面也起着极其重要的作用,被广泛应用于军事、航空、航天、化工、医药等领域。

一、复合粉体包覆方法
复合粉体是新型多功能材料,对复合粉体进行包覆改性具有重要意义。复合粉体的包覆主要有2种方式:(1)对复合处理后的粒子进行包覆;(2)对包覆式复合粒子再进行包覆,形成双层或多层膜。

复合粉体包覆方法主要有机械化学改性、沉积法、溶胶一凝胶法、化学镀法等。

1、机械化学改性
机械化学改性是借助于强机械搅拌、冲击、剪切、研磨等作用激活粉体和用于表面包覆的改性剂,并使粉体颗粒与改性剂发生化学作用从而将改性剂包覆在粉体颗粒外表面。其实质是将机械能转化为化学能,因而称之为机械化学改性。

机械化学改性法优点是:具有处理时间短(从几秒到几分钟),反应过程容易控制,可连续批量生产等。
缺点是:存在着机械处理过程中无机粒子的晶型被破坏、包覆不均匀等问题。

2、沉积法
沉积法是利用过饱和体系中改性剂有在种子颗粒表面沉积析出的趋势或大小粒子的吸附作用,从而形成对粉体颗粒包覆的一类方法。沉积法可分为气相沉积法和液相沉积法。气相沉积法又可分为化学气相沉积(CVD)和物理气相沉积(PVD)。

(1)化学气相沉积
化学气相沉积(CVD)对粉体进行包覆,是通过气相中的化学反应生成改性杂质分子或微核,在颗粒表面沉积或与颗粒表面发生化学键合,从而形成均匀致密的薄膜包覆。

化学气相沉积法优点是:具有多功能性、所得产品的高纯性、工艺过程的精密及可调控性。

(2)液相沉淀法
沉淀法包覆改性是利用化学反应并将生成物沉积在颗粒表面形成单层或多层膜,从而实现对颗粒包覆的方法。沉淀法依据沉淀方式的不同,可以分为均匀沉淀法、非均匀彤核法、直接沉淀法、共沉淀法、水解法等。

其工艺过程实质是控制溶液中溶质浓度,使体系既有一定的过饱和度,又不超过临界饱和浓度(均相成核的界限),从而使溶质以被包覆颗粒为核沉淀析出,形成包覆层。可以通过调节体系温度、蒸发溶剂等方法来增大体系的过饱和度,也可以加人反应剂与溶液中已有离子生成沉淀,还可以直接加入能与溶剂生成沉淀的物质(如水解法等)。

沉淀法优点是过程可控性好,包覆均匀,特别适合对超细粉体进行无机包覆。
缺点是:要求加入的被包覆粒子的浓度很低,否则易导致团聚。

3、溶胶一凝胶法
溶胶凝胶法是化学和材料领域中的重要制备过程,除用于薄膜、粉体的制备外,还可以对粉体进行包覆。

4、化学镀法
化学镀法在陶瓷粉体表面包覆改性方面应用较多,其工艺过程是:首先配制镀液,而后将被包覆的粉料加入到镀液中,并不断搅拌,镀液中的金属离子在催化作用下被还原剂还原成金属粒子沉积在粉体表面上形成覆层,最后将粉料与镀液分离,再干燥处理。

化学镀法优点是:工艺较成熟,包覆后粉体镀层厚度均匀,孔隙率低。化学镀的关键步骤是镀液的配制,镀液中稳定剂、络合物与金属离子浓度的配比对镀液的镀覆能力影响较大。

5、其他方法
除了传统的固、液、气相法以外,研究人员还研究开发了其他独特的方法, 例如应用较广泛的高能量法和喷雾热分解法。

(1)高能量法
利用红外线、紫外线、γ射线、等离子体等对纳米粉体进行包覆的方法,统称高能量法。高能量法常常是利用一些具有活性官能团的物质在高能粒子作用下实现在纳米颗粒的表面包覆。

高能量法的优点是:纳米复合粉体包覆过程中,对尺寸和形貌控制比较简单而且同步进行。

(2)喷雾热分解法
喷雾热解工艺的原理是将含有所需正离子的几种盐类的混合溶液喷成雾状, 送入加热至设定温度的反应室 内,通过反应,生成微细的复合粉体颗粒。在该工艺中,从原料到产品粉末,包括配溶液、喷雾、反应和收集等4个基本环节。

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