第四讲 纳米粉体表面改性

纳米粉体防止沉降方法引言：纳米粉体在许多工业领域中具有广泛的应用前景，但由于其颗粒极小，易于聚集和沉降，导致颗粒分散性和稳定性下降，从而影响了其应用效果。

因此，研究和采用适当的方法来防止纳米粉体的沉降至关重要。

本文将介绍一些常用的纳米粉体防止沉降的方法。

一、表面修饰方法纳米粉体的表面修饰是一种常见的防止沉降的方法。

通过在粉体表面进行修饰，可以增加粉体的分散性和稳定性，减少粉体颗粒之间的相互作用力，从而防止粉体的聚集和沉降。

常用的表面修饰方法包括包覆、偶联剂修饰和表面改性等。

包覆是将纳米粉体表面包覆上一层覆盖物，形成一种保护层，从而减少粉体颗粒之间的相互作用力。

这种方法可以通过物理吸附、化学吸附或化学反应等方式实现。

常用的包覆材料包括有机物、无机物和聚合物等。

偶联剂修饰是通过在纳米粉体表面引入一种具有亲水性或疏水性的化学官能团，从而改变粉体表面的性质，增加其分散性和稳定性。

常用的偶联剂包括硅烷类、羧酸类和胺类等。

这种方法可以通过溶液处理、气相修饰或固相修饰等方式实现。

表面改性是将纳米粉体表面进行化学反应或物理改变，改变其表面性质，从而增加粉体的分散性和稳定性。

常用的表面改性方法包括等离子体处理、高能球磨和化学气相沉积等。

这些方法可以有效地改善纳米粉体的分散性和稳定性，防止其沉降。

二、分散剂的应用分散剂是一种常用的纳米粉体防止沉降的方法。

分散剂可以在纳米粉体表面形成一层吸附层，增加粉体颗粒之间的排斥力，防止粉体颗粒的聚集和沉降。

常用的分散剂包括阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂等。

阳离子表面活性剂具有良好的分散性和稳定性，可以有效地防止纳米粉体的沉降。

阴离子表面活性剂则可以改变纳米粉体的表面电荷，增加粉体颗粒之间的排斥力，减少粉体的聚集和沉降。

非离子表面活性剂具有良好的溶解性和分散性，可以在纳米粉体表面形成一层吸附层，防止粉体的聚集和沉降。

三、外加能场的作用外加能场是一种有效的纳米粉体防止沉降的方法。

纳米材料表面改性的最佳实践方法引言纳米材料因其独特的物理、化学和生物特性被广泛应用于各个领域，包括能源、纳米电子学、医学和环境科学等。

然而，纳米材料表面的改性对其性能和应用至关重要。

本文将探讨纳米材料表面改性的最佳实践方法，旨在为研究人员提供实用的指南，以优化纳米材料的性能和应用。

方法一：化学改性化学改性是一种常见且有效的纳米材料表面改性方法。

通过与纳米材料的表面化学反应，可以引入功能基团或修饰分子，改变其表面性质。

以下是几个常用的化学改性方法：1. 表面修饰剂：表面修饰剂是一种分子，可通过吸附到纳米材料表面来改变其特性。

选择适合的表面修饰剂可以调节纳米材料的分散性、稳定性和相互作用力。

例如，疏水性表面修饰剂可以提高纳米材料在非极性溶剂中的分散性。

2. 共价修饰：共价修饰是一种直接将功能基团连接到纳米材料表面的方法。

通过化学反应，可以在纳米材料表面形成共价键，稳定地连接修饰基团。

这种方法可以实现更持久的表面改性效果，并提供高度定制的控制。

3. 化学涂层：化学涂层是一种在纳米材料表面形成薄膜的方法。

通过将适当的化学物质溶解在溶剂中，并在纳米材料表面涂布和固化，可以形成具有特定性质的保护层。

这种方法可以增强纳米材料的稳定性和耐用性。

方法二：物理改性物理改性是另一种常用的纳米材料表面改性方法，该方法主要通过物理手段来修改纳米材料的表面特性。

1. 等离子体改性：等离子体改性是一种通过等离子体处理纳米材料表面的方法。

等离子体能激活纳米材料表面的化学键，使其易于接受功能基团或涂层。

等离子体改性可以改善纳米材料的附着性、分散性和生物相容性。

2. 离子束轰击：离子束轰击是一种使用高能离子束撞击纳米材料表面的方法。

这种物理处理可以改变纳米材料的表面形貌和晶体结构，进而影响其性能。

离子束轰击可以用于纳米材料的纳米刻蚀、纳米结构改造和纳米颗粒合成等方面。

3. 等离子体聚合：等离子体聚合是一种在纳米材料表面引入功能基团的方法。

纳米材料的改性纳米材料的改性000１．纳米材料需要改性的原因：纳米材料由于粒径小、表面原子所占的比例高，所以具有极高的比表面积、表面活性和奇异的物理化学性质，但这些特性使纳米材料不稳定，具有很高的表面能，易于相互作用，导致团聚，从而减小材料的比表面积和体系gibbs自由能，也降低了纳米材料的活性，另一方面纳米材料与表面能低的基体亲和性差、二者在相互混合时不能相溶，导致界面出现空隙，存在相分离现象，而对纳米材料进行改性处理能很好的解决这个问题。

２．纳米材料改性的目的：（1）保护纳米材料，改善其分散性。

（2）改善纳米材料表面的湿润性，增强纳米材料与其它物质的界面相容性，使纳米材料容易在有机溶剂中或水介质中分散，提高纳米粉粒的应用性能。

（3）提高纳米颗粒的表面活性。

（4）在纳米材料表面引入具有独特功能的活性基团，通过这些基团可以实现与基体材料的复合，从而赋予材料特殊的光、电、磁等性能。

（5）在纳米材料表面的特定位置选择性的连接某些具有特殊功能的分子在纳米制备、自组装、纳米传感器、生物探针、涂料和光催化等方面有重要的作用。

３．纳米材料团聚的定义及原因：定义-指纳米材料在制备、分离、处理及存放过程中相互连接形成由多个纳米颗粒团聚的现象。

原因-纳米材料的表面效应、小尺寸效应、表面电子效应以及近距离效应使其具有很高的表面活性。

比表面积大，纳米颗粒处于热力学不稳定状态，极易发生团聚。

４．纳米材料团聚的机理：毛细管理论、晶桥理论、氢键作用理论、化学键作用理论、表面原子扩散理论。

５．纳米材料改性的原理：表面改性是对粉体的表面特性进行物理、化学、机械等深加工处理，控制其内应力，增加粉体颗粒间的斥力，降低粉体颗粒间的引力。

使粉体表面的物理化学性质等特性发生变化赋予纳米粉粒新的功能。

６．纳米材料表面改性的方法：表面物理改性法和表面化学改性法。

常用的化学改性法有：偶联剂改性、酯化反应法、聚合物表面接枝。

表面物理改性是通过吸附、涂敷、包覆等物理手段对颗粒表面进行改性，改性剂与纳米材料表面主要是物理作用方式。

《粉体材料表面改性》课程教学大纲课程代码：050542002课程英文名称：SurfaceModificationofpowder（A2）课程总学时：24讲课：24实验：0上机：0适用专业：粉体科学与工程专业大纲编写（修订）时间：2017.3一、大纲使用说明（一）课程的地位及教学目标粉体表面改性是粉体科学与工程专业方向课，为选修课。

本门课程讲授粉体表面改性的原理、方法、工艺、设备及表面改性剂的性能及应用、各行业典型粉体及纳米粉体饿表面改性方法、实践及改性产品的检测及表征方法。

通过本课程的学习，不仅让学生掌握粉体表面改性的相关理论，同时培养学生发现、分析与解决问题的能力和精密进行科学研究的技能。

为学生将来从事粉末材料、粉体工程领域的生产、科研打下坚实的理论和实践基础。

通过本课程的学习，学生将达到以下要求：1．掌握粉体材料表面改性工艺的方法和原理；2．使学生掌握目前工业表面改性典型设备；3．使学生了解表面改性剂的种类、性质、使用条件；4．掌握粉体改性前后的物性变化及相关的检测方法；5.进一步结合创新创业培养目标，加强学生创新能力的培养，使学生具备独立进行粉体表面原位修饰工艺设计与设备选型的能力。

（二）知识、能力及技能方面的基本要求1.基本知识：掌握粉体表面改性一般知识，包括粉体表面改性的原理、方法、工艺、设备及表面改性剂的性能及应用、改性产品的检测及表征方法等。

2.基本理论和方法：掌握粉体表面的物性，粉体表面改性的基本原理、掌握粉体表面改性工艺设计和设备；了解常见工业粉体的表面改性方法及应用。

3.基本技能:掌握粉体改性工艺设计计算、独立进行设备选型的技能等。

了解特种粉体的生产工艺、制备技术及行业发展趋势。

具备制备、加工特种粉体的必要的基础知识和基本技能。

（三）实施说明本课程安排在第七学期学习，共24学时，其中理论讲课24学时。

根据教学的需要，有针对性地对教学内容适当增减，各部分学时数可适当调整2学时。

纳米材料的表面精密修饰与改性方法概述：纳米材料是一种粒径在纳米尺寸范围内的材料，具有较大的比表面积和尺寸效应。

由于表面对材料性能具有重要影响，因此对纳米材料进行表面精密修饰和改性是提高其性能和应用的关键。

本文将介绍纳米材料的表面精密修饰方法和改性方法。

一、表面精密修饰方法：1. 化学修饰法：通过化学方法在纳米材料的表面引入新的官能团，改变纳米材料的表面性质。

常用的化学修饰方法包括溶液法、沉积法和键合法。

溶液法将纳米材料浸泡在含有修饰剂的溶液中，通过化学反应将修饰剂与纳米材料表面发生反应；沉积法通过溶液中的化学反应，在纳米材料表面生长一层新的材料；键合法利用纳米材料表面的化学键与修饰剂发生键合反应。

2. 物理修饰法：利用物理方法改变纳米材料的表面形貌和结构。

例如，利用高能电子束、离子束或激光束照射纳米材料，可以在表面形成纳米结构或纳米颗粒，增加纳米材料的比表面积和活性。

热处理方法通过加热纳米材料，在表面驱动扩散作用，实现表面形貌和结构的改变。

3. 生物修饰法：利用生物方法改变纳米材料的表面性质。

例如，利用生物分子的特异性识别与配位能力，将特定的生物分子修饰在纳米材料的表面，实现表面性质的改变。

还可以利用生物合成法，通过生物体自身合成纳米材料，并在表面修饰生物分子。

二、改性方法：1. 表面功能化：在纳米材料表面引入功能性官能团，赋予纳米材料新的性质和功能。

例如，通过在纳米材料表面修饰亲水官能团，提高纳米材料的亲水性和分散性；通过在纳米材料表面引入疏水官能团，提高纳米材料的疏水性；通过在纳米材料表面修饰光敏官能团，实现光控制功能等。

2. 表面包覆：在纳米材料表面形成一层覆盖物，保护纳米材料，改善其稳定性和可控性。

常用的表面包覆方法包括沉积法、自组装法和模板法。

沉积法通过溶液中的化学反应，在纳米材料表面沉积一层新的材料；自组装法利用表面活性剂或聚合物分子在纳米材料表面自组装形成覆盖层；模板法通过在纳米材料表面形成模板，然后通过沉积或聚合形成覆盖层。

纳米氧化锌的制备、表面改性及应用纳米氧化锌是一种面向21世纪的新型高功能精细无机产品，其粒径介于1~100纳米，又称为超微细氧化锌。

由于颗粒尺寸的细微化，比表面积急剧增加，使得纳米氧化锌产生了其本体块状材料所不具备的表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等。

因而，纳米氧化锌在磁、光、电、化学、物理学、敏感性等方面具有一般氧化锌产品无法比拟的特殊性能和新用途，在橡胶、涂料、油墨、颜填料、催化剂、高档化妆品以及医药等领域展示出广阔的应用前景。

本文将对本公司生产的纳米氧化锌从制备方法、性能表征、表面改性以及目前所开发的应用领域方面进行较为详细的介绍。

一、纳米氧化锌的制备氧化锌的制备方法分为三类：即直接法（亦称美国法）、间接法（亦称法国法）和湿化学法。

目前许多市售氧化锌多为直接法或间接法产品，粒度为微米级，比表面积较小，这些性质大大制约了它们的应用领域及其在制品中的性能。

我公司采用湿化学法（NPP-法）制备纳米级超细活性氧化锌，可用各种含锌物料为原料，采用酸浸浸出锌，经过多次净化除去原料中的杂质，然后沉淀获得碱式碳酸锌，最后焙解获得纳米氧化锌。

与以往的制备纳米级超细氧化锌工艺技术相比，该新工艺具有以下技术方面的创新之处：1.平衡条件下反应动力学原理与强化的传热技术结合，迅速完成碱式碳酸锌的焙解。

2.通过工艺参数的调整，可以制备不同纯度、粒度及颜色的各种型号的纳米氧化锌产品。

3.本工艺可以利用多种含锌物料为原料，将其转化为高附加值产品。

4.典型绿色化工工艺，属于环境友好过程。

二、纳米氧化锌的性能表征纳米级氧化锌的突出特点在于产品粒子为纳米级，同时具有纳米材料和传统氧化锌的双重特性。

与传统氧化锌产品相比，其比表面积大、化学活性高，产品细度、化学纯度和粒子形状可以根据需要进行调整，并且具有光化学效应和较好的遮蔽紫外线性能，其紫外线遮蔽率高达98%；同时，它还具有抗菌抑菌、祛味防酶等一系列独特性能。

清华大学分析测试中心用透射电镜对产品进行了分析，纳米氧化锌粒子为球形，粒径分布均匀，平均粒径20~30纳米，所有粒子的粒径均在50纳米以下。

粉体表面改性方法原理、工艺技术及使用的粉体改性剂无机粉体的表面改性是根据使用行业所需求粉体具备的性能而进行的对应表面改性，以满足现代新材料、工艺和技术的发展需求，提升原有产品的性能特点，而且还可以提升对应的产能以及生产效率，在粉体加工行业也越来越受到重视，目前无机粉体表面改性的方法主要为6大类。

1、方法一：物理涂覆方法原理：利用高聚物或树脂等对粉体表面进行处理，一般包括冷法和热法两种。

粉体改性剂：高聚物、酚醛树脂、呋喃树脂等。

影响因素：颗粒形状、比表面积、孔隙率、涂敷剂的种类及用量、涂敷处理工艺等。

适用粉体：铸造砂、石英砂等。

2、方法二：化学包覆方法原理：利用有机物分子中的官能团在无机粉体表面的吸附或化学反应对颗粒表面进行包覆，一般包括干法和湿法两种。

除利用表面官能团改性外，该方法还包括利用游离基反应、鳌合反应、溶胶吸附等进行表面包覆改性。

粉体改性剂：如硅烷、钛酸酯、铝酸酯、锆铝酸盐、有机铬等各种偶联剂，高级脂肪酸及其盐，有机铵盐及其他各种类型表面活性剂，磷酸酯，不饱和有机酸，水溶性有机高聚物等。

影响因素：粉体的表面性质，粉体改性剂种类、用量和使用方法，改性工艺，改性设备等。

适用粉体：石英砂、硅微粉、碳酸钙、高岭土、滑石、膨润土、重晶石、硅灰石、云母、硅藻土、水镁石、硫酸钡、白云石、钛白粉、氢氧化铝、氢氧化镁、氧化铝等各类粉体。

3、沉淀反应方法原理：通过无机化合物在颗粒表面的沉淀反应，在颗粒表面形成一层或多层“包膜”，以达到改善粉体表面性质，如光泽、着色力、遮盖力、保色性、耐候性、电、磁、热性和体相性质等。

粉体改性剂：金属氧化物、氢氧化物及其盐类等各类无机化合物。

影响因素：原料的性质（粒度大小和形状、表面官能团），无机表面改性剂的品种，浆液的pH值、浓度，反应温度和反应时间，洗涤、脱水、干燥或焙烧等后续处理工序。

适用粉体：钛白粉、珠光云母、氧化铝等无机颜料。

4、机械力化学方法原理：利用超细粉碎及其他强烈机械作用，有目的的对粉体表面进行激活，在一定程度上改变颗粒表面的晶体结构、溶解性能（表面无定形化）、化学吸附和反应活性（增加表面活性点或活性基团）等。