4粉体分散

1. 筛分法测量粉体粒径的基本原理是什么？P19利用筛孔尺寸由大到小组合的一套筛，借助振动把粉末分成若干等级，称量各级粉末的质量，即可计算用质量的百分比表示的粒径组成。

2. 粉体的松装密度是如何测定的？P37① 粉末从漏斗中自由落下，充满圆柱杯,漏斗孔径有2.5m 和5.0m 两种，圆柱杯容积为（25±0.05）m ³。

称量刮平后圆柱杯中粉末质量与容积相比即可得出松装密度。

② 将粉末放入漏斗中的筛网上，自然或靠外力流入布料箱，交替经过布料箱中的四块倾角为25°的玻璃板和方形漏斗，最后流入已知体积的圆柱杯中，呈松散状态，然后称取杯中粉末质量，计算松装密度。

3. 推导出粉体真密度的测定公式P38 ()()[]()()()液体密度体的质量比重瓶加待测粉末加液量比重瓶加待测粉末的质比重瓶含液体的质量空比重瓶质量表观体积颗粒质量--m -m -m -m m m m m m m /m m -m m m m sl s 0s sl 00s s sl 00s p l l l l l p ρρρρ----=---==4. 库尔特计数器法测定粉体粒度的基本原理是什么？电传感器是将被测颗粒分散在导电的电解质溶液中，在该导电溶液中放置一个开有小孔的隔板，并将两个电极分别插入小孔两侧的导电溶液中，在电压差作用下，颗粒随导电溶液逐个通过小孔，每个颗粒通过小孔时产生的电阻变化表现为一个与颗粒体积或粒径成正比的电压脉冲。

5. 激光粒度仪测定粉体粒度的原理是什么？颗粒能使激光产生散射这一物理现象测试粒度分布。

当光束遇到颗粒阻挡时，部分发生散射现象。

散射光的传播方向与入射光的传播方向形成一个夹角θ，θ的大小与颗粒的大小有关，即小角度θ的散射光是大颗粒引起的，大角度θ的散射光是小颗粒引起的。

散射光的强度代表该粒径颗粒的数量。

测量不同角度上的散射光强度，就可测得样品的粒度分布。

6.粉体表面改性的目的是什么？①增强与基体的相容性和润湿性。

粉体的制备方法-------机械法和化学合成法一、粉体的定义：粉体是大量颗粒的集合体，即颗粒群，又称为粉末；颗粒是小尺寸物资的通称，其几何尺寸相对于所测的空间尺度而言比较小，从厘米级到纳米级不等，又称为粒子；颗粒是粉体的组成单元，是研究粉体的出发点。

粉体是由诸多颗粒组成，是大量颗粒的宏观表现，其性质取决于各颗粒，并受颗粒堆积情况、颗粒之间的介质、外界作用力的影响。

二、机械法制备粉体用机械力进行粉碎，可以将各种金属矿物、非金属矿物、煤炭等制成粉体，适用于大规模工业生产。

在粉碎过程中，大块物料在机械力作用下发生破坏而开裂，经破碎成为许多小块、小颗粒，进一步经粉磨成为细粉体。

在出现破坏之前，固体受外力作用，先发生可恢复原形的弹性变形，当外力达到弹性极限时，固体县发生永久变形而进入塑性变形阶段；当塑性变形达到极限时，固体开裂，被破坏。

作用在固体上的应力按作用方向可分为压应力和剪应力。

观察固体破坏时的断面的形状可知，固体在压应力的作用下被压裂，或是在剪应力的作用下产生滑移，或是在两者的共同作用下开裂。

粉碎是在外力作用下使大物块料克服内聚力碎裂成若干小颗粒的加工过程，所使用的外力可以是各能量产生的机械力；粉碎是以单个颗粒的破坏为基础的，是大颗粒破坏的总和。

根据所得产物的粒度不同，可将粉碎分为破碎与粉磨；破碎是使大块物料碎裂成小块物料的加工过程，粉磨是使小块物料碎裂成细粉体的加工过程。

粉碎机械：按照主要作用力的类型（压应力、剪应力）和排料粒度，可以将粉碎机械大致分为破碎机械、粉磨机械、超细粉碎机械。

粉碎作用力以压应力为主、排料中以粒径大于3mm颗粒为主的称为破碎机械；粉碎作用力以压应为主、排粒中以粒径小于3mm颗粒为主的称为粉磨机械；排料中以粒径小于10微米颗粒为主的称为超细粉碎机械。

常用的破碎机械有锤式破碎机、鄂式破碎机、圆锥破碎机、反击式破碎机、锤式破碎机等；粉磨机械有雷蒙磨、轮碾机、筒磨机、振动磨、高压锟式机等。

纳米粉体的分散技术与科学应用
纳米粉体的分散技术是指将纳米粉体分散在稀释剂中，使其均匀分布的技术。

纳米粉体具有较高的表面能和表面积，很容易聚集成团，形成团聚体，降低了其特殊性能的发挥。

因此，纳米粉体分散技术对纳米粉体的应用非常关键。

纳米粉体的分散技术包括机械分散、超声波分散、化学分散、电化学分散等多种技术，常用的有高压均质机法、球磨法、强制对流分散法、凝胶燃烧合成法等。

纳米粉体的应用范围非常广泛，可应用于能源、环境、医疗、电子、机械等多个领域。

例如，在催化剂中广泛应用，能够改善催化过程的效率，提高反应产率和选择性；在材料领域中，纳米粉体的应用可以制备高强度、高硬度、高韧性的材料，具有很好的应用前景；在生物医药领域中，纳米粉体可以应用于制药、治疗、诊断等方面，如治疗癌症、制备荷瘤剂等。

总的来说，纳米粉体的分散技术对于纳米材料的应用具有非常重要的作用，有助于发挥其独特性能，进一步推动纳米材料的应用。

超声波化学法制备无机粉体的研究进展李金换,王国文( 陕西科技大学材料科学与工程学院, 咸阳710021摘要随着科技的发展, 合成无机粉体的新方法层出不穷。

近年来,超声化学方法合成无机材料得到了飞速的发展, 引起了科学界越来越多的关注。

本文从超声化学的基本原理和特点出发, 简要介绍了近年来超声化学法在无机粉体合成中的研究进展。

在化学方法的基础之上结合超声波的特色, 在有机溶剂和微乳液中制备无机粉体, 能更好地控制粒子的尺寸和形貌。

关键词超声化学; 空化;无机粉体8化泡崩溃时, 极短时间内在空化泡周围的极小空间中, 将产生瞬间的高温( 5 000K 和高压( 1 800atm及超过1010K/s 的冷却速度, 并伴随强烈的冲击波和时速达400km 的射流及放电发光作用。

由上所述,超声空化伴随的物理效应归纳为4 种: ( 1 机械效应( 体系中的冲击波、冲击流和微射流 ; ( 2 热效应( 体系中的高温、高压和整体的升温 ; ( 3 光效应( 声致发光 ; ( 4 活化效应( 产生自由基。

液体声空化的过程是集中声场能量并迅速释放的过程。

这就为在一般条件下不可能或难以实现的化学反应提供了一种非常特殊的物理环境, 足以使有机物、无机物在空化气泡内发生化学键断裂、水相燃烧和热分解条件, 促进非均相界面之间搅动和相界面的更新, 加速了界面间的传质和传热过程完成, 使很多采用传统方法难以进行的反应得以顺利进行。

一般认为, 声化学反应过程可能发生在三个不同的区域中: ( 1 流体空化泡中; ( 2 在空化泡与液体的气( 汽液界面上; ( 3 发生在空化冲击波传播的流体里。

超声的频率也比较低, 一般小于1MHz,而声强则要求较高, 一般大于(5W/cm2。

影响声化学反应的声学参数很多, 主要包括超声频率、超声强度与声功率、超声辐照时间、超声波形、声场的性质及形状等。

其他影响参数包括温度、大气压强、反应液体等[4,5]。

Ni/NiCo 2O 4电极的制备及其析氧反应性能王森林*王丽品张振洪(华侨大学材料科学与工程学院应用化学系,福建厦门361021)摘要:采用溶胶-凝胶法制备NiCo 2O 4尖晶石粉体,然后以多孔Ni 为基体,通过复合溶胶涂覆结合烧结制备Ni/NiCo 2O 4涂层电极.运用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散谱(EDS)和X 射线衍射(XRD)表征粉体以及Ni/NiCo 2O 4涂层电极的组成和结构.采用循环伏安(CV),稳态极化(LSV),电化学阻抗谱(EIS),恒电位阶跃以及恒电位长时间电解研究涂层电极在5mol ·L -1KOH 溶液中的电催化析氧反应(OER).结果表明:Ni/NiCo 2O 4涂层电极与多孔Ni 电极对比,具有低的析氧过电位、高的比表面积和高的稳定性能;其中比表面积增大了28.69倍,表观活化能在不同过电位分别降低了166.78和162.15kJ ·mol -1.关键词:溶胶-凝胶;NiCo 2O 4;多孔镍;析氧反应;电催化中图分类号:O646Preparation and Oxygen Evolution Reaction Performance ofNi/NiCo 2O 4ElectrodeWANG Sen-Lin *WANG Li-PinZHANG Zhen-Hong(Department of Applied Chemistry,College of Materials Science and Engineering,Huaqiao University,Xiamen 361021,Fujian Province,P .R.China )Abstract:Spinel-type NiCo 2O 4powders were prepared by a sol-gel method,and Ni/NiCo 2O 4electrode was prepared through composite sol method combined with sintering.The composition and structure of Ni/NiCo 2O 4were characterized by scanning electron microscopy (SEM),X-ray diffraction (XRD),and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS).Electrocatalytic properties of the Ni/NiCo 2O 4electrode in the oxygen evolution reaction (OER)were studied in 5mol ·L -1KOH solution,using cyclic voltammertry (CV),linear sweep voltammetry (LSV),electrochemical impedance spectroscopy (EIS),chronoamperometry,and extended duration constant potential electrolysis.The Ni/NiCo 2O 4electrode exhibited a lower OER over-potential,higher specific surface area,and better stability than a porous Ni electrode.The specific surface area of the Ni/NiCo 2O 4electrode was 28.69times greater than that of the porous Ni electrode,and its apparent activation energies decrease 166.78and 162.15kJ ·mol -1at different overpotentials,respectively.Key Words:Sol-gel;NiCo 2O 4;Porous nickel;Oxygen evolution reaction;Electrocatalysis[Article]doi:10.3866/PKU.WHXB201303071物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao )Acta Phys.-Chim.Sin .2013,29(5),981-988May Received:November 30,2012;Revised:March 5,2013;Published on Web:March 7,2013.∗Corresponding author.Email:slwang@;Tel:+86-595-22693746ⒸEditorial office of Acta Physico-Chimica Sinica1引言在碱性电解水制氢工业中,较高的析氧过电位是造成高能耗的一个主要原因,因此如何降低析氧过电位就成为水电解制氢领域研究的热点问题.为降低析氧电位、提高电极的稳定性、降低能耗和成本,人们一直在努力合成各种过渡金属复合氧化物作为析氧的电催化材料.1-5研究表明,具有尖晶石结构的NiCo 2O 4、NiFe 2O 4等具有优良的电催化活性,6-10而且耐腐蚀性能、导电性能和化学稳定性良好,并且原料来源丰富,生产成本较低.由于溶胶-凝胶法制备的粉体晶粒细小,比表面积大,可增大电催化活性,故本文采用溶胶-凝胶法981Vol.29 Acta Phys.-Chim.Sin.2013制备电催化剂.通常采用涂覆法制备该类电极,Gao8和Ye11等将溶胶-凝胶法制备出的粉体与胶黏剂、分散剂按一定比例混合均匀后涂覆在基体上,后经干燥制备出电极材料.而Singh等12通过溶胶-凝胶法将制备出的凝胶涂敷在基体上,烧结制备出涂层.但是涂覆法很难制备出较厚涂层,而且制备的电极基体与涂层间的结合力不好.本研究在溶胶前驱体中加入目标粉体制得的涂层电极(复合溶胶法)具有传统涂层电极所不具备的优点.本文先采用溶胶-凝胶法制备NiCo2O4粉体,13-15然后将其加入溶胶前驱体中,最后涂覆在多孔镍上,16-20经过烘干和烧结制备涂层电极.该方法融合了溶胶-凝胶制备涂层和粉浆涂层制备厚涂层的优点.2由于该制备法得到的涂层的择优取向程度是以粉体为核心的无序生长和在基体Ni相上的定向生长共同作用的结果,所以用该法制备的厚涂层具有复合结构、分布均匀、晶粒细小、结合力较好等优点.最后,采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等技术表征了涂层电极结构,并运用电化学技术研究了Ni/NiCo2O4涂层电极的析氧电催化性能以及稳定性并与相应的多孔Ni电极进行比较.21-242实验2.1溶胶-凝胶法制备NiCo2O4粉体按摩尔比1:2称取Ni(CH3COO)2·4H2O和Co(CH3COO)2·4H2O,配制溶液.70°C下搅拌,缓慢滴加1.5mol·L-1的NaCO3溶液,至沉淀完全.待反应完全后,反复进行抽滤、热的去离子水洗涤.将洗涤干净的产品移至干净烧杯、加入过量乙酸(100g产品加入150mL乙酸),140°C搅拌蒸发过量的乙酸得到溶胶,当浓度为0.5mol·L-1时取部分备用(制备复合溶胶),其余继续加热至得到湿凝胶.再将其移至180°C恒温干燥箱干燥24h得干凝胶前驱物,充分研磨后,取少量用SDT2960simultaneous做热重-差热分析(TG-DTA、美国TA公司),其余放置在300°C 马弗炉里煅烧3h,得到尖晶石结构NiCo2O4粉体.本文所用试剂均为国药集团化学试剂有限公司生产,分析纯.2.2复合溶胶-凝胶法制备Ni/NiCo2O4涂层电极2.2.1多孔Ni电极的制备基体前处理:在电沉积前,将阴极工作面(黄铜, 1cm×1cm)打孔、然后依次经过4#-6#金相SiC砂纸打磨抛光,弱碱(75°C水浴)除油、热的蒸馏水冲洗、稀酸酸蚀、水洗.随后将处理过的阴极放入镀液中进行电沉积.电沉积工艺条件:以镍片(5cm×7cm)为阳极,阴极非工作面用聚丙烯酸酯绝缘.镀镍液为Watt镀液:氯化钠(NaCl)10g·L-1、硫酸镍(NiSO4·6H2O)300 g·L-1、氯化镍(NiCl2·6H2O)60g·L-1、硼酸(H3BO3)35 g·L-1.镀液pH为3.5-5.0,用稀的NaOH和硫酸调节pH值.电流密度为50mA·cm-2,电沉积5min.2.2.2Ni/NiCo2O4涂层电极的制备用软毛笔将复合溶胶均匀涂覆在多孔Ni电极上,再将其放在140°C烘箱干燥,后放在300°C马弗炉里煅烧20min,反复五次,最后一次煅烧100 min.复合溶胶的制备:5g NiCo2O4粉体分散在上述2.1节中制备的100mL溶胶中,搅拌、超声至粉体分散均匀.2.3NiCo2O4粉体及其涂层电极的结构和性能测试电极组成和结构:用S-3500N扫描电子显微镜(SEM,日本Hitachi公司)观察NiCo2O4粉体以及涂层的表面形貌,用该扫描电子显微镜附带的ISIS-300能谱仪(EDS,英国牛津公司)进行含量分析.粉体以及涂层的结构分析在Panalytical Xʹpert PRO粉末X射线衍射仪(XRD,荷兰PANalytical公司)上进行,Cu靶、Kα射线,测试所用基体为1cm×1 cm黄铜.电化学性能测试:采用三电极体系进行测量,使用玻璃三室电解槽(150mL),辅助电极为大面积铂片(3cm×3cm),参比电极为Hg/HgO(1mol·L-1 KOH)电极,工作电极为自制的Ni/NiCo2O4涂层电极,电解液为5mol·L-1KOH溶液.在CHI-630D型电化学工作站(上海辰华仪器公司)上进行电化学测试.其中电化学阻抗谱(EIS)实验在Parstat2273电化学工作站(美国Princeton Applied Research公司)上进行,频率范围:100kHz-10mHz,电位扰动振幅10mV.3实验结果与讨论3.1前驱物的热重-差热分析前驱物的热重-差热分析(TG-DTA)见图1,在200°C之前曲线b出现吸热峰是由于前驱物中含有某些物理吸附水、结构水的蒸发以及低热固相反应残留乙酸的挥发所致,由曲线a可知质量损失为10.79%.在200-400°C曲线b有放热峰是由于前驱982王森林等:Ni/NiCo 2O 4电极的制备及其析氧反应性能No.5物中的CoCO 3和NiCO 3发生反应(1)分别分解生成CoO 和NiO 氧化物同时放出CO 2,以及CoO 和NiO 混合物在O 2氛围下煅烧生成尖晶石晶体NiCo 2O 4的缘故,即反应(2),这一阶段质量损失约为54.63%.温度到达400°C 后,此时NiCo 2O 4开始分解为NiO 和富钴的尖晶石相,25当温度到达840°C 时,混合物基本上不存在质量损失,这是由于此时NiCo 2O 4已经分解完全.CoCO 3=CoO+CO 2,NiCO 3=NiO+CO 2(1)4CoO+2NiO+O 2=2NiCo 2O 4(2)3.2NiCo 2O 4粉体及Ni/NiCo 2O 4涂层电极的表面形貌及结构图2为NiCo 2O 4粉体和Ni/NiCo 2O 4涂层电极的能谱图(EDS),通过能谱分析可以得到原子百分比.用公式(3)可计算出复合涂层中NiCo 2O 4的质量分数(w (NiCo 2O 4)):w (NiCo 2O 4)=n 2·MNiCo 2O 4n 2·M NiCo 2O 4+(m -n 2)·M Ni (3)其中m 、n 分别为Ni 、Co 的原子百分比.图2(b)中m =28.06%,n =7.14%,经过计算可知NiCo 2O 4的质量分数(w (NiCo 2O 4))=37.40%,说明涂层电极中除含有NiCo 2O 4相外,还含有大量基础Ni 相.图3(a)为NiCo 2O 4粉体放大5000倍的SEM 图片,由图可见氧化物颗粒大小为1-2μm,比表面积较大.图3(b)是Ni/NiCo 2O 4涂层电极的35倍的SEM 图片.孔是凹坑,其直径为1mm 、深度为0.3mm,单位面积孔个数为42holes ·cm -2.图3(c)为多孔Ni 镀层放大5000倍的SEM 图片,由图3(b)可以看出孔较大,故放大5000倍的图3(c)不能显示出多孔型面.图3(d)是Ni/NiCo 2O 4涂层电极放大5000倍的SEM 图片.图3(a)、3(d)形貌相似,均为NiCo 2O 4相.对照图3(c)、3(d)发现涂层电极明显为两相结构,且由图3(b)、3(d)可知涂层电极表面以及内部有许多微孔洞结构,使其比表面积显著增大.NiCo 2O 4粉体(a)和Ni/NiCo 2O 4涂层电极(b)的XRD 谱图如图4所示,由曲线(a)可以看出,尖晶石型复合氧化物NiCo 2O 4粉体衍射特征峰明显,特别是2θ=36.704°时衍射峰最强,相应的晶面指数为(311),另外在(220)、(400)、(511)、(440)处出现的衍射峰位置和强度,与NiCo 2O 4标准谱图吻合,为立方晶系,空间群F d 3m .曲线b 在2θ为44.493°和51.846°的位置出现两个较强的衍射峰,由PDF 卡可知其为面心Ni(F m 3m )的衍射峰,其余衍射峰的位置和强度均与曲线a 相似,为尖晶石结构的NiCo 2O 4,没有其它杂相峰出现,表明制备的样品纯度较高.进一步说明涂层电极中既有NiCo 2O 4相又有Ni 相.3.3Ni/NiCo 2O 4涂层电极的电催化析氧性能图5示出多孔Ni 电极(a)与Ni/NiCo 2O 4涂层电极(b)的循环伏安曲线,扫描速率为10mV ·s -1.插图为Ni/NiCo 2O 4涂层电极在不同扫描速率的循环伏安曲线.曲线(b)在约0.462V 出现的强阳极峰为Ni 2+和Co 2+物种氧化为Ni 3+和Co 3+物种的氧化峰(A 1峰),26,27此处的阳极峰表现出很大的峰值电流,这说明在析图1前驱物的热重-差热分析(TG-DTA)曲线Fig.1Thermogravimetry-differential thermal analysis(TG-DTA)curves ofprecursor图2NiCo 2O 4粉体(a)和Ni/NiCo 2O 4涂层电极(b)的能谱图Fig.2EDS spectra of NiCo 2O 4powder (a)and Ni/NiCo 2O 4coating electrode(b)983Vol.29Acta Phys.-Chim.Sin.2013氧之前,氧化物向高价态转化的较多,产生了大量的高价氧化物活性点,有助于提高对析氧反应的电催化活性.28反向扫描时约0.189V 峰是Ni 3+和Co 3+物种还原为Ni 2+和Co 2+物种产生(A 2峰).A 1和A 2峰电流之比|i pc /i pa |(阴极峰电流i pc 与阳极峰电流之比i pa )的绝对值不等于1,且峰电位之差ΔE p (阴极峰电流E pc 与阳极峰电流E pa 之差,ΔE p =|E pc -E pa |)在298.15K 下为0.273V (≠60mV),说明电极反应的可逆性较差.在析氧电位相同时,曲线(b)电流值大于相应的曲线(a),说明Ni/NiCo 2O 4涂层电极与多孔Ni 电极相比,电催化活性更高.插图显示随着扫描速率的增大,峰值电流增加;在不同扫描速率下,图形趋势一致,说明Ni/NiCo 2O 4涂层电极稳定性良好.多孔Ni 电极(a)与Ni/NiCo 2O 4涂层电极(b)的阳极极化曲线如图6所示,扫描速率均为1mV ·s -1.可能是由于扫描速率变化,相应导致电极表面Co 3+和Ni 3+含量变化,并由此引起热力学初始析氧电位的改变,最终造成Ni/Ni 2+、Ni 2+/Ni 3+及Co 2+/Co 3+转化峰以及析氧电位相对于循环伏安曲线均有所负移.曲图5多孔Ni 电极(a)与Ni/NiCo 2O 4涂层电极(b)的循环伏安(CV)曲线以及不同扫描速率(β)下Ni/NiCo 2O 4涂层电极的循环伏安曲线(插图)Fig.5Cyclic voltammetric (CV)curves of the porous Ni electrode (a),Ni/NiCo 2O 4coating electrode (b)and CV curves of Ni/NiCo 2O 4coating electrode at differentscanning rates (β)(insert)图4NiCo 2O 4粉体(a)和Ni/NiCo 2O 4多孔涂层电极(b)的X 射线衍射(XRD)图Fig.4X-ray diffraction (XRD)patterns of NiCo 2O 4powder (a)and Ni/NiCo 2O 4coating electrode(b)图3尖晶石型NiCo 2O 4粉体(a)、多孔Ni 镀层(c)和Ni/NiCo 2O 4涂层电极(b,d)的扫描电子显微镜(SEM)图Fig.3Scanning electron microscopy (SEM)images of NiCo 2O 4powder (a),porous nickel coating (c),andNiCo 2O 4coating electrode (b,d)984王森林等:Ni/NiCo 2O 4电极的制备及其析氧反应性能No.5线b 的起始析氧电位较曲线a 更负,峰电流更大,即Ni/NiCo 2O 4涂层电极具有更高的析氧电催化活性.由插图可见,在相同的电流密度下,曲线a 的析氧电位正于相应的b 的电位.说明NiCo 2O 4的嵌入增大了电极的比表面积,从而增强了电极的析氧电催化活性,与图5结论一致.插图分别是它们在不同极化电位相应的Tafel 曲线,在低过电位(η=0.7-0.8V)时,曲线b 斜率为56.27mV ·dec -1,曲线a 斜率为61.15mV ·dec -1;而在高过电位(η=0.8-0.9V)时,曲线b 斜率为115.43mV ·dec -1,曲线a 斜率为99.92mV ·dec -1.低、高过电位活化能不同的可能原因是电催化材料在不同过电位下对高价氧化物活性吸附作用的不同而造成的.根据极化曲线在极化较大时的数据,做η-ln j 关系曲线(Tafel 关系),以电极体系的开路电位近似作为体系的平衡电位,根据Tafel 关系式(4):η=a +b ln j (4)其中,a =-RT βnF ln j 0,b =RT βnF ,η为过电位,由实验测得极化电位减去开路电位得到,j 为电流密度.通过Tafel 曲线线性拟合,从而得到析氧过程的表观交换电流密度j 0.测量不同温度下的j 0,j 0的表达式为:j 0=F καexp(-Ea RT)(5)其中,κ为常数,α为反应物活度,E a 为反应表观活化能,d ln j 0d(1/T )=-E a R,将ln j 0对1/T 作图,即可求得电催化析氧反应的表观活化能,多孔电极在不同温度下的析氧动力学参数见表1.涂层电极的表观活化自由能与相应多孔Ni 电极相比,在低过电势降低了166.78kJ ·mol -1,高过电势降低了162.15kJ ·mol -1.进一步说明Ni/NiCo 2O 4涂层电极具有更高的析氧电催化活性.用电化学阻抗研究多孔电极的析氧过程,并采用ZsimpWin 软件进行拟合.图7为不同正偏压下Ni/NiCo 2O 4涂层电极的Nyquist 图.圆弧半径大小直Electrode Ni/NiCo 2O 4coating electrodeporous NielectrodeT /K 303.15308.15313.15318.15323.15303.15308.15313.15318.15323.15b /(mV ·dec -1)low η57.6858.2261.7964.4367.3533.0733.1935.8037.5939.95high η121.85125.87134.50139.28143.3272.2874.9890.5897.82104.01j 0/(mA ·cm -2)low η0.0001020.0001150.0002730.0005530.0009985.00208×10-126.88471×10-129.32692×10-114.40448×10-102.26400×10-9high η0.0901830.1082660.1788670.266560.3388993.28395×10-55.76952×10-50.0008122530.0022060750.00449985E a /(kJ ·mol -1)low η99.7030754266.480816high η57.7888523219.940318表1不同电极析氧反应的动力学参数Table 1Kinetic parameters for oxygen evolution reaction on different electrodesη:over potential;b :Tafel slope;j 0:exchange current density;E a :apparent activation energy图7Ni/NiCo 2O 4涂层电极在不同正偏压下的Nyquist 图Fig.7Nyguist plots for the Ni/NiCo 2O 4coating electrodeat various positive biasvoltage图6多孔Ni 电极(a)与Ni/NiCo 2O 4涂层电极(b)的阳极极化曲线及对应的Tafel 曲线(插图)Fig.6Anodic polarization and the corresponding Tafel(insert)curves of the porous Ni electrode (a)andNi/NiCo 2O 4coating electrode(b)985Vol.29Acta Phys.-Chim.Sin.2013接反映了电极表面的表观反应速率.图中两个圆弧半径均随着正向偏压的增大而减小,这表明随着偏压的增大,其电化学阻值越来越小,析氧反应速率和电催化剂吸附速率均增加,增大电压有利于电催化析氧过程的进行.多孔电极在偏压0.4V 的Nyquist 图以及拟合的等效电路图(插图)如图8所示,电路描述码CDC 为R s (C p R ct )(C dl R p ),拟合得到的电化学阻抗谱参数见表2(括号中数值为拟合相对误差).其中R s 为溶液电阻,R p 为极化电阻,R ct 为电荷转移电阻,C dl 和C p 为电极双电层和化学脱附相关的电容.对于多孔电极体系,其阻抗谱的低频阻抗弧一般是由OH -在孔道内的吸附或扩散引起的,图中高频的阻抗弧是由吸附引起的电极表面状态变化而产生的.另外,在外加电压下,Ni/NiCo 2O 4涂层电极由于电解析氧气泡现象明显,而Ni 电极没有明显气泡产生,进一步说明了多孔Ni 电极的析氧电位要正于涂层电极.由表2以及图8可以看出,Ni/NiCo 2O 4涂层电极的电路(溶液和电极)的电阻R s 比多孔Ni 电极大,是由于NiCo 2O 4为半导体,电阻率比金属镍更大造成的.因为催化剂NiCo 2O 4的加入,增大了电极的比表面积,也增大了电极表面区域的双电层电容,可吸附更多的OH -离子,从而增强涂层电极的析氧催化活性,这也解释了图8高频区多孔Ni 电极的圆弧半径远大于涂层电极.并且由于NiCo 2O 4电催化作用,涂层电极的C p 比相应的多孔Ni 电极小.另外,在相同的过电位下,涂层电极电解析氧气泡现象明显,而多孔Ni 电极没有明显气泡产生,进一步说明了多孔Ni 电极的析氧电位要正于涂层电极.涂层电极极化电阻比电荷转移电阻要大,且它们同时发生,故整个电化学过程中极化起主要作用.采用小幅度(ΔE =-10mV)恒电位阶跃研究电极的电化学比表面积,实验得到电极的i -t 曲线如图9所示.曲线末端电流趋近于零,可认为流过电极的电流都用于双电层电容充电.将曲线横坐标t (0-0.5s)对应的范围积分可得到电量Q ,故双电层微分电容可根据公式C dl =d Q /d E 计算.已知单位面积光滑电极的双电层电容为60μF ·cm -2,可得电极的电化学比表面积S r =C dl /60,表面粗糙度r =S r /S s ,S s 为电极的表观面积,这里S s =1cm 2,计算结果列于表3.从表中数据可知,涂层电极的表面粗糙度约为同条件下制得的多孔Ni 电极的28.69倍,这也证明了Ni/NiCo 2O 4涂层电极的电催化活性较高.图8多孔Ni 电极(a)与Ni/NiCo 2O 4涂层电极(b)在0.4V 偏压下的电化学阻抗谱图以及等效电路图(插图)Fig.8Nyguist plots and equivalent circuit (insert)for porous Ni electrode (a)and the Ni/NiCo 2O 4coatingelectrode (b)at a bias voltage of 0.4VR s :solution resistance;R p :activation resistance;R ct :charge-transfer resistance;C dl :double-layer capacity;C p :capacitance in relation with RpElectrodeNi porous electrode Ni/NiCo 2O 4coating electrodeR s /(Ω·cm 2)0.427(33.67)0.982(24.80)C p /(F ·cm -2)0.470(7.02)3.56×10-5(11.15)R ct /(Ω·cm 2)14.590(11.12)0.718(31.93)C dl /(F ·cm -2)5.75×10-3(31.24)0.377(2.76)R p /(Ω·cm 2)0.520(25.65)86.480(17.59)表2等效电路拟合的电极电化学阻抗谱参数(η=0.4V)Table 2EIS fitted parameters of the electrode equivalent circuit (η=0.4V)relative error (%)in parentheses图9多孔Ni 电极(a)和Ni/NiCo 2O 4涂层电极(b)的小幅度恒电位的电流-时间(i -t )曲线Fig.9Current -time (i -t )curves on the little constant potential for porous Ni electrode (a)and the Ni/NiCo 2O 4coating electrode(b)986王森林等:Ni/NiCo 2O 4电极的制备及其析氧反应性能No.53.4Ni/NiCo 2O 4涂层电极的稳定性图10为Ni/NiCo 2O 4涂层电极在恒定电位0.700V 下电解35h 的i -t 曲线.从图中可以看出,前5h 曲线有下降趋势,是由于电解开始电极产生大量气体不能迅速释放,导致电极微孔气塞,故电流有下降趋势.以后电流曲线基本趋于稳定上升,主要是随着气体的稳定释放,电极微孔道被打开,电极的比表面积增加;同时溶液中OH -的吸附提高了电极反应的活化能,导致析氧电流的增大.随着O 2的进一步析出,在电极表面的金属离子会与O 2反应导致电极微弱钝化,所以23h 之后,电流又有小幅度下降,但仍基本保持平稳.30h 后电流有所增加,主要是由于涂覆,多孔电极的孔会一定程度被填平,而NiCo 2O 4的消耗会使电极的多孔进一步发挥作用,电极的比表面积得到增大,同时电极基体多孔Ni 也会参与共同作用的结果.但整个电解过程中电极表面大量氧气泡持续冒出,电流基本保持平稳没有较大波动,说明Ni/NiCo 2O 4涂层电极在碱性溶液中作为析氧阳极有很好的电催化稳定性,而且OH -在电极表面的吸附和钝化膜的形成可以进一步保护电极,增加其使用寿命.4结论先采用溶胶-凝胶法制备NiCo 2O 4尖晶石粉体,然后采用复合溶胶涂覆结合烧结制备Ni/NiCo 2O 4涂层电极.在5mol ·L -1的KOH 中,采用循环伏安、稳态极化、恒电位阶跃以及电化学阻抗法研究涂层电极,结果表明:与多孔Ni 电极相比,Ni/NiCo 2O 4涂层电极具有更低的析氧过电位,更高的析氧电催化性能;恒电位长时间电解说明Ni/NiCo 2O 4涂层电极的析氧稳定性能良好.同时证明Ni/NiCo 2O 4涂层电极的电催化析氧作用是由比表面积增大和基体多孔Ni 共同作用所致.References(1)Liu,S.Y .;Wang,Y .X.;Xu,L.Battery 2006,36(2),153.[刘世永,王宇新,许莉.电池,2006,36(2),153.](2)John,M.B.;Takaaki,O.J.Electrochem.Soc .1984,131(2),290.doi:10.1149/1.2115565(3)Huang,Q.H.;Li,Z.Y .;Wang,W.J.Power Sources 2007,27(Suppl),241.[黄庆华,李振亚,王为.电源技术,2007,27(Suppl),241.](4)Lee,C.K.;Striebel,K.A.;Mclarnon,F.R.;Cairns,E.J.J.Electrochem.Soc .1997,144(11),3801.doi:10.1149/1.1838095(5)Kumar,M.;Awasthi,R.;Pramanick,A.K.;Singh,R.N.Int.J.Hydrog.Energy 2011,36(20),12698.doi:10.1016/j.ijhydene.2011.07.029(6)Ardizzone,S.;Spinodo,G.;Trasatti,S.Electrochim.Acta 1995,40(16),2683.doi:10.1016/0013-4686(95)00238-A (7)Bao,J.Z.;Wang,S.L.Acta Phys.-Chim.Sin.2011,27(12),2849.[鲍晋珍,王森林.物理化学学报,2011,27(12),2849.]doi:10.3866/PKU.WHXB20112849(8)Gao,Y .Y .;Cao,D.X.;Wang,G.L.;Yin,C.L.Acta Phys.-Chim.Sin.2010,26(1),29.[高胤义,曹殿学,王贵领,尹翠蕾.物理化学学报,2010,26(1),29.]doi:10.3866/PKU.WHXB20100102(9)Yuan,Z.;Deng,X.Y .;Li,J.B.J.Chem.Engineer 2011,187(4),1.[袁珍,邓湘云,李建保.化学工程师,2011,187(4),1.](10)Chi,B.;Li,J.B.;Han,Y .S.;Chen,Y .J.Int.J.Hydrog.Energy 2004,29(6),605.doi:10.1016/S0360-3199(03)00219-2(11)Ye,Q.W.;Xiang,Y .C.;Ping,T.J.;Qing,Q.Z.Electrochim.Acta 2011,56(22),7517.doi:10.1016/j.electacta.2011.06.101(12)Singh,R.N.;Pandey,J.P.;Singh,N.K.;Lal,B.;Chartier,P.;Koening,J.F.Electrochim.Acta 2000,45(12),1911.doi:10.1016/S0013-4686(99)00413-2(13)Marco,J.F.;Gancedo,J.R.;Gracia,M.;Gautier,J.L.;Rmos,E.;Berry,F.J.J.Solid State Chem .2000,153(1),74.doi:10.1006/jssc.2000.8749(14)Kim,J.G.;Pugmire,D.L.;Battaglia,D.;Langell,M.A.J.Appl.Surf.Sci.2000,165(1),70.doi:10.1016/S0169-4332(00)00378-0(15)Baydi,M.E.;Tiwari,S.K.;Singh,R.N.;Rehspringer,J.L.;图10Ni/NiCo 2O 4涂层电极恒电位电解的i -t 曲线Fig.10i -t curve at constant potential for the Ni/NiCo 2O 4coatingelectrodeElectrodeNi porous electrode Ni/NiCo 2O 4coating electrodeC dl /(μF ·cm -2)2383.9568390.00S r /cm 239.731139.83r 39.731139.83表3多孔Ni 电极和Ni/NiCo 2O 4涂层电极的表面参数Table 3Surface parameters of porous Ni electrode andthe Ni/NiCo 2O 4coating electroder =S r /S s ;r :roughness;S r :real area;S s :surface area987Vol.29 Acta Phys.-Chim.Sin.2013Chartier,P.;Koenig,J.F.;Poillerat,G.J.Solid Chem.1995,116(1),157.doi:10.1006/jssc.1995.1197(16)Barrow,D.A.;Petroff,T.E.;Sayer,M.J.Surface and ComingsTechnology1995,76-77(1),113.(17)Rao,A.V.P.;Paik,D.S.;Komarneni,S.J.Electroceramics1998,2(3),157.doi:10.1023/A:1009918715122(18)Yang,X.J.Study on the Process and Properties of PerovskiteType Ceramic Coatings Prepared by Sol-Gel Method.MSDissertation,Shandong University,Jinan,2007.[杨晓洁.溶胶-凝胶法制备钙钛矿型涂层的工艺及性能研究[D].济南:山东大学,2007.](19)Wu,A.;Salvado,I.M.M.;Vilarinho,P.M.;Baptista,J.L.Journal of European Ceramic Society1997,17(12),1443.doi:10.1016/S0955-2219(97)00027-7(20)Ramanan,S.R.Thin Solid Films2001,389(1-2),207.doi:10.1016/S0040-6090(01)00825-2(21)Zhang,Y.;Wang,S.L.;Li,C.C.Rare Metal Materials andEngineering2012,41(3),457.[张艺,王森林,李彩彩.稀有金属材料与工程,2012,41(3),457.](22)Wang,S.L.;Zhang,Y.Acta 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纳米材料及纳米Fe3O4磁性材料的研究纳米是一个长度单位，1nm=10-9m。

纳米材料是指在结构上具有纳米尺度调制特征的材料，纳米尺度一般是指1-100nm。

当一种材料的结构进入纳米尺度特征范围时，其某个或某些性能会发生明显的变化。

纳米尺度和性能的特异变化是纳米材料必须同时具备的两个基本特征。

按材质，纳米材料可分为纳米金属材料、纳米非金属材料、纳米高分子材料和纳米复合材料。

其中纳米非金属材料又可细分为纳米陶瓷材料、纳米氧化物材料和其他非金属纳米材料。

按纳米尺度在空间的表达特征，纳米材料可分为零维纳米材料即纳米颗粒材料、一维纳米材料（如纳米线、棒、丝、管和纤维等）、二维纳米材料（如纳米膜、纳米盘和超晶格等）、纳米结构材料即纳米空间材料（如介孔材料）。

按形态，纳米材料可分为纳米颗粒材料、纳米固体材料（也称纳米块体材料）、纳米膜材料以及纳米液体材料（如磁性液体纳米材料和纳米溶胶等）。

按功能，纳米材料可分为纳米生物材料、纳米磁性材料、纳米药物材料、纳米催化材料、纳米智能材料、纳米吸波材料、纳米热敏材料以及纳米环保材料等。

当材料的结构具有纳米尺寸调制特征时，将呈现许多特异的性能。

下面以纳米Fe3O4磁性材料为例。

一、Fe3O4的介绍：磁铁矿Fe3O4是一种简单的铁氧化物，是一种非金属磁性材料，它是反尖晶石型结构。

磁铁矿可以写成【Fe3+】+【Fe2+Fe3+】O4，磁铁矿中每个Fe3+离子有五个3d电子，它们是自旋平行的，因此其磁矩为5.92BM，但由于在四面体空隙中Fe3+离子和八面体空隙中是我Fe3+磁矩取向相反，这就是它们的磁矩全部抵消。

铁氧体磁性材料是由金属氧化物组成的，可用MO。

XFe2O3表示，其中M是二加劲属离子，如：Fe，Mn，Co，Ni，Mg，Ba等，而X可取1，2，3，4，6。

事实上，铁氧磁性材料的自发此话与其中的金属氧化物的自发磁化密切相关。

现以MnO为例说明金属氧化物的间接交换作用，以进一步说明铁氧体材料中的自发磁化。

粉末涂料常见异常问题及处理措施汇总一、如何解决在粉末涂料的生产过程中，总是出现颜填料分散性差的现象?粉末涂料的加工过程和传统涂料并不相同，颜填料分散性差主要可能由以下几个原因形成：1、原料各组分的预混合不够均匀。

建议可增加原料在混合器中的停留时间，以加强预混合工艺的均匀程度；2、预炼料的粘度低。

建议可以降低挤出温度，提高预炼料的粘度；3、PVC太高，建议可根据配方设计在不影响性能的情况下，减少颜填料的比例；4、粉末涂料在挤出机中提停留时间过短，建议降低挤出产量；5、颜填料粒径过大，建议重新选择更小粒径的颜填料。

二、粉末涂料涂膜缺陷及解决1、涂膜光泽不足：固化时烘烤时间过长；温度过高；烘烤内混有其它有害气体；工件表面过于粗糙；前处理方法选择不当,户内粉用环氧树脂清机含清机料头，应将料头全部清除重挤或在清机环氧中加入光亮剂与安息香再用来清机。

2、涂膜变色：多次反复烘烤；烘箱内混有其它气体；固化时烘烤过度。

固化温度不均匀，可能是工件材质本身厚度不均匀，导致热容量不同，引起光泽与颜色的变化，或烘箱或烘道对流循环条件不理想，需调整循环设备如吸风口的位置及开口大小；遮盖力不够，膜厚不均匀造成色差。

3、涂膜流平效果不良：喷涂的涂层厚薄不均；粉末雾化程度不好，喷枪有积粉现象；固化温度偏低；粉末受潮，粉末粒子太粗；工件接地不良；烘烤温度过高；涂膜太薄或太厚；粉末涂料本身流平效果差，如胶化时间短，颜基比太高，树脂黏度高等；升温速度过快，理想状态下底材温度从常温升至固化温度时间最好在4分钟以上；磷化膜过粗糙，阻止涂膜的流平。

4、涂膜产生凹孔：处理不当，除油不净；源受污染，压缩空气除油，除水不彻底；工件表面不平整；受灰尘或其它杂质污染。

5、涂膜出现气泡：工件表面处理后，水分未彻底干燥，留有前处理残液；脱脂，除锈不彻底；底层挥发物未去净；工件表面有气孔(如锌镁合金,铸铁铸铝,热镀锌工件等)；粉末涂层太厚。

6、涂膜不均匀：粉末喷雾不均匀；喷枪与工件距离过近；高压输出不稳。

纳米陶瓷粉体的化学分散方法
纳米粉体化学分散方法指的是选择一种或多种适宜的分散剂提高悬浮体的分散性，改善其稳定性及流变性。

化学分散是分散纳米颗粒最本质、最有效的方法。

 一、纳米颗粒化学分散的机理
 1、双电层排斥理论
 双电层排斥理论主要是DLVO理论，该理论是在忽略了高分子能够在粒子表面形成一层吸附层，同时也忽略了由于聚合物吸附而产生一种新的斥力——空间位阻斥力的情况下成立的。

该理论揭示了纳米颗粒表面所带电荷与稳定性的关系，通过调解溶液的pH值或外加电解质等方法，来增加颗粒表面电荷，形成双电层，通过ζ电位增加，使颗粒间产生静电排斥作用，实现颗粒的稳定分散。

体系的稳定性主要是通过双电层排斥能与范德华引力能的平衡来实现的，表达式如下
 VT=VWA+VER
 式中,VT为两粒子总势能;VWA为范德华引力势能；VER为双电层排斥力能。

 2空间位阻稳定理论
 双电层排斥理论不能用来解释高聚物或非粒子表面活性剂的胶体物系的稳定性。

对于通过添加高分子聚合物作为分散剂的物系，可以用空间位阻稳定机理来解释。

分散剂分子的锚固基团吸附在固体颗粒表面，其溶剂化链在介质中充分伸展形成位阻层，阻碍颗粒的碰撞团聚和重力沉淀。

聚合物作为分散剂在不同分散体系中的稳定作用,在理论和实践中都已得到验。

Si粉在空气中燃烧合成Si3N4粉体杨筠;林志明;崔猛;李江涛【期刊名称】《无机材料学报》【年(卷),期】2007(022)004【摘要】经20h机械活化后的Si粉,在空气中可以实现自燃烧合成反应,并表现出二次燃烧现象.燃烧产物的表层与内部具有显著不同的特征,表层产物中以α-Si3N4为主相,并有少量Si2N2O相和非晶SiO2共存,内部为整块的灰白色松散Si3N4粉体,其相组成与反应条件有关.本文研究了经机械活化(MA)处理后的硅粉在空气中燃烧反应的整个过程,证实了机械活化处理后的Si粉在空气中燃烧的可行性,分析了燃烧产物主要是Si3N4而不是SiO2的原因,并通过调整成份实现了对产物相组成的控制.【总页数】5页(P590-594)【作者】杨筠;林志明;崔猛;李江涛【作者单位】中国科学院,理化技术研究所,北京,100080;中国科学院,研究生院,北京,100049;中国科学院,理化技术研究所,北京,100080;中国科学院,理化技术研究所,北京,100080;中国科学院,研究生院,北京,100049;中国科学院,理化技术研究所,北京,100080【正文语种】中文【中图分类】TQ174【相关文献】1.燃烧合成法制备Si3N4粉体及其相组成影响因素的研究 [J], 郭丽娟;乔瑞庆2.燃烧合成Si3N4粉体的分散工艺 [J], 杨建辉;陈义祥;林志明;李江涛3.以AC发泡剂为添加剂燃烧合成α-Si3N4粉体 [J], 陈义祥;杨建辉;蒋志君;林志明;李江涛4.高温自蔓延燃烧合成的β-Si3N4粉体的烧结 [J], 蒋久信;王佩玲;程一兵;陈卫武;庄汉锐;严东生5.低氮气压力下燃烧合成α-Si3N4粉体 [J], 杨筠;陈义祥;林志明;李江涛因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

材料制备与加工期末复习重点--粉体部分第二章 粉末材料制备1. 从制备过程来看，制粉方法可以分为几大类？各自主要特征是什么？ ① 机械制粉：通过机械破碎、研磨或气流研磨的方法机械法达到的最小粉体粒度有一定限制，而且制备过程中极易引入杂质，但具有成本低、产量高、制备工艺简单等特点。

② 物理制粉：采用蒸发凝聚或液体雾化的方法③ 化学制粉：依靠化学或电化学反应过程物理法和化学法，是通过相变或化学反应，经历晶核形成和晶体生长形成固体粒子，其工艺过程精细，粉体性能可控性好，成本相对较高。

2. 球磨包括哪几个基本要素？球磨筒、磨球、研磨物料、研磨介质3. 球磨方式有哪几种？滚筒式、振动式、搅动式。

4. 提高球磨效率的基本原则？提高球磨效率的两个基本准则：① 动能准则：提高磨球的动能。

② 碰撞几率准则：提高磨球的有效碰撞几率。

5. 雾化制粉中包含哪几个基本过程？① 过程一:一个大的液珠在受到外力冲击的瞬间，破碎成数个小液滴。

② 过程二:液体颗粒破碎的同时，还可能发生颗粒间相互接触，再次成为一个较大的液体颗粒，并且液体颗粒形状向球形转化，这个过程中，体系的总表面能降低，属于自发过程。

③ 过程三:液体颗粒冷却形成小的固体颗粒。

6. 雾化制粉的两条基本准则？提高雾化制粉效率的两条基本准则：① 能量交换准则：提高液体从系统中吸收能量的效率，以利于表面自由能的增加；② 快速凝固准则：提高雾化液滴的冷却速度，防止液体微粒的再次聚集。

7. 沉淀法（直接沉淀法、共沉淀法、均匀沉淀法）沉淀法的原理：在难溶盐的溶液中，当浓度大于它在该温度下的溶解度时，就出现沉淀。

质分子或离子互相碰撞聚结成晶核，晶粒。

影响因素浓度、温度、pH 值、沉淀剂加入方式、反应时间等。

① 直接沉淀法：燥、煅烧获得所需粉体。

盐溶液→滴加沉淀剂→搅拌→沉淀物→洗涤→干燥→煅烧→粉体。

常使用铵盐法或草酸盐法。

AlCl 3+3NH 4OH →Al(OH)3+3NH 4Cl2Al(OH)3→Al 2O 3+3H 2O 机械制粉 物理制粉②共沉淀法：两种或两种以上金属盐溶液的混合沉淀过程。