中國(guó)粉體網(wǎng)訊    21世紀(jì)，人們生產(chǎn)和生活的快速提高對(duì)材料提出了新的要求，而在新材料創(chuàng)新上，納米材料的研發(fā)起著至關(guān)重要的作用，粉體行業(yè)諸多粉材也在向著納米化發(fā)展。

目前可以很容易的制備出各種納米粉體，但是，納米粉體的團(tuán)聚問題卻嚴(yán)重的阻礙了納米粉體的應(yīng)用和相應(yīng)的納米材料的制備。本文就納米粉體的團(tuán)聚原因及制備過程中的控制措施作簡(jiǎn)單的介紹。 

一、納米顆粒團(tuán)聚的原因

1、顆粒細(xì)化到納米級(jí)后，其表面積累了大量的正、負(fù)電荷，表面電荷的集聚造成納米顆粒的團(tuán)聚。

2、納米顆粒的表面積大，表面能高，處于能量不穩(wěn)定狀態(tài)，容易發(fā)生聚集達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

3、納米顆粒之間距離極短，相互間的范德華力遠(yuǎn)大于自身重力，往往相互吸引而發(fā)生團(tuán)聚。

4、納米顆粒之間表面氫鍵、化學(xué)鍵的作用導(dǎo)致納米粒子之間的相互吸引發(fā)生團(tuán)聚。

5、顆粒之間的量子隧道效應(yīng)、電荷轉(zhuǎn)移和界面原子的相互耦合，使微粒通過界面發(fā)生相互作用而團(tuán)聚。

二、納米粉體的團(tuán)聚機(jī)理

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、處理及存放過程中相互連接、由多個(gè)顆粒形成較大的顆粒團(tuán)簇的現(xiàn)象。其中軟團(tuán)聚是由范德華力和庫(kù)侖力所引起的，可以通過一些化學(xué)作用或施加機(jī)械能的方式加以消除。而硬團(tuán)聚存在爭(zhēng)議的通常有以下幾種理論：

1、毛細(xì)管吸附理論

該理論認(rèn)為納米粉體材料自溶劑中分離和干燥過程產(chǎn)生的硬團(tuán)聚是由于排水過程的毛細(xì)血管作用造成的。

2、氫鍵理論

該理論認(rèn)為超細(xì)顆粒間的硬團(tuán)聚主要原因是顆粒之間的氫鍵。

3、晶橋理論

該理論是建立在納米粉體在分散介質(zhì)，特別是水中有一定溶解現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，顆粒之間由于表面羥基和部分原子在介質(zhì)中的溶解-沉析形成晶橋而發(fā)生硬團(tuán)聚。

4、化學(xué)鍵作用理論

該理論認(rèn)為納米顆粒表面存在的與金屬離子結(jié)合的非架橋羥基是硬團(tuán)聚的根源。

5、表面原子擴(kuò)散鍵合機(jī)理

納米級(jí)顆粒表面斷鍵引起原子的能量遠(yuǎn)高于內(nèi)部原子的能量，易使顆粒表面原子擴(kuò)散到相鄰顆粒表面發(fā)生原子鍵合，形成永久性硬團(tuán)聚。

三、納米粉體制備過程中團(tuán)聚的控制

實(shí)驗(yàn)表明，納米粉體硬團(tuán)聚一旦形成，除了利用高能球磨等機(jī)械方式之外，納米粉體的硬團(tuán)聚在溶劑中無法解聚，所以針對(duì)硬團(tuán)聚只能在粉體制備過程加以限制，主要有以下幾種方式：

1、干燥方式的選擇

摒棄普通的外加熱方式，采用內(nèi)加熱方式對(duì)粉體進(jìn)行干燥，由于介質(zhì)的氣化過程在濕團(tuán)塊的內(nèi)部進(jìn)行，可大幅降低顆粒間毛細(xì)管作用，減少硬團(tuán)聚的發(fā)生。

2、有機(jī)物清洗法

有機(jī)試劑官能團(tuán)取代膠粒表面部分非架橋羥基，并降低相鄰顆粒表面金屬離子鍵形成化學(xué)鍵的可能性，從而消除硬團(tuán)聚。

3、共沸蒸餾

采用醇與濕凝膠混合，進(jìn)行共沸蒸餾，使膠體中包裹的水分以共沸物形式脫除，防止在之后的干燥和煅燒中形成硬團(tuán)聚。

4、前驅(qū)體煅燒過程的控制

保證前驅(qū)體分解或轉(zhuǎn)化得到所需相的前提下，盡量降低處理溫度，縮短熱處理時(shí)間或多次短時(shí)熱處理來降低硬團(tuán)聚。

5、合成新工藝的選擇

某些納米材料經(jīng)水熱合成后，可以直接得到所需的相，無法用水熱法得到的納米粉末材料可以通過非水溶劑熱法獲得，從而避免高溫分解或轉(zhuǎn)化過程而達(dá)到消除硬團(tuán)聚的目的。 

結(jié)語(yǔ)：

納米顆粒雖然易團(tuán)聚，但只要針對(duì)不同的團(tuán)聚機(jī)理，采用相應(yīng)的工藝加以控制并采用分散技術(shù)是可以使團(tuán)聚得到控制的，例如超聲場(chǎng)濕法、電泳沉積法、燃燒合成技術(shù)法、碳分法等，每種方法都有優(yōu)缺點(diǎn)。不過從整體上來看，目前防止團(tuán)聚的技術(shù)仍然存在問題。另外，納米材料的性能測(cè)試和表征手段也需進(jìn)一步完善和發(fā)展。值得一提的是，納米顆粒在液體介質(zhì)尤其是水中的團(tuán)聚是目前亟待解決的問題，也是納米粉體制備研究的重點(diǎn)。