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纳米碳化硅粉体的分散

来源:广州宏武材料科技有限公司     发布时间:2019-04-24浏览量:

团聚现象是纳米颗粒的应用和研究过程中的一个世界性难题。碳化硅纳米颗粒由于粒度小、表面原子比例大、比表面积大,表面缺少临近配位原子、表面能大,处于能量不稳定状态,因此在准备及输运的过程中极易发生凝并、团聚,形成二次粒子,进而影响到纳米粉体的优异性能。为了获得性能更好的碳化硅纳米粉体,需要对其进行分散。

根据分散方法的不同可分为物理分散和化学分散。物理分散方法有机械搅拌分散、超声波分散、干燥分散和高能处理分散等。化学方法有偶联剂法、表面接枝聚合改性法、分散剂分散等。

一. 纳米碳化硅粉体的物理分散

1. 机械搅拌分散

机械搅拌分散通常是借助外在的剪切力或撞击力等机械能使纳米粉体在介质中充分分散,其具体形式有研磨分散、胶体磨分散、球磨分散、高速搅拌等,是目前应用最为广泛的分散方法。同时,机械搅拌分散也是一种强制性分散方法,排出分散器后有可能重新粘结团聚。为了改善机械搅拌分散的缺点,一般采用与化学分散相结合的手段进行分散。

2. 超声波分散

超声波分散是降低纳米颗粒团聚的有效办法,超声波分散是将需处理的颗粒悬浮液直接置于超声场中,用大功率的超声波加以“照射”处理,利用超声空化产生的局部高温、高压或强冲击波和微射流等,可较大幅度地弱化纳米颗粒间的纳米作用能,有效的防止纳米颗粒团聚并使其充分分散,是一种强度很高,效果最好的分散手段。但是超声震荡的时间不宜过长。

3. 干燥分散

在潮湿的空气中,微纳米粉体间形成的液桥是超微粉体团聚的主要原因,通过加温干燥以坡缓液桥,可减少颗粒间的作用力,使颗粒分散均匀。随着新技术、新设备的不断出现和运用以及防团技术的不断更新和补充,现有的干燥技术有闪蒸、喷雾干燥、真空干燥、溶剂干燥法、冷冻干燥法、超临界干燥法及微波干燥法等。干燥分散的方法很多,主要用在表面处理过程中,目前深入研究很少。

4. 高能处理分散

高能处理分散是通过高能粒子作用,在纳米颗粒表面产生活性点,增加表面活性,使其易与其他物质发生化学反应或附着,对纳米颗粒表面改性而达到易分散的目的[7]。高能粒子包括电晕、紫外光、微波、等离子体射线等。

二. 纳米碳化硅粉体的化学分散

尽管物理方法能较好地实现粉体的分散,但是一旦机械里的作用停止,颗粒又会相互团聚,而采用化学方法改性纳米碳化硅粉体则能大大提高碳化硅的分散性。

1. 偶联剂法

通常采用各种硅烷偶联剂,使碳化硅粉体与粉体表面的羟基产生化学键合,改变粉体原有的表面性质,防止粉体在液相中团聚。偶联剂具有两性结构,其分子中的一部分基团可与颗粒表面的各种官能团反应,形成强有力的化学键合,另一部分基团可与有机高聚物发生某些化学反应或物理缠绕。经偶联剂处理后的颗粒,既抑制了颗粒本身的团聚,又增强纳米颗粒在有机介质中可溶性,使其能较好地分散在有机基体中,增大了颗粒填充量,从而改善制品的综合性能。

2. 表面接枝聚合改性法

采用表面引发接枝聚合改性的较多,一般选用不同的偶联剂做基础层,在引发剂的作用下接枝聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯等有机物,使纳米碳化硅粉体得表面特性发生改变,不易团聚,降低了颗粒表面和水分子的亲和能力,并在一定程度上使固体颗粒之间的斥力增强,起到稳定的作用。

3. 分散剂法

超细粉体再也相中的良好分散所需要的物理化学条件主要是通过添加适当的分散剂来实现的,它的添加强化了颗粒间的相互排斥作用。其机理主要有静电稳定机制、空间位阻稳定和电空间稳定机制。分散剂主要有四甲基氢氧化铵、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸铵、聚乙二醇、磷酸钠等。



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