4. 纳米颗粒团聚分散方法

防止纳米粒子团聚的途径和方法主要从以下三个方面着手：

（1)降低颗粒的表面能。通过表面修饰或包覆来强化纳米表面对分散介质的润湿性，改变其界面结构，提高溶剂化膜的强度和厚度，增强溶剂化排斥作用。

（2）改变双电层结构：增大纳米粒子双电层的电位绝对值，增强纳米粒子间的静电排斥作用。

（3）引入分散剂：选择能与与颗粒表面形成强键合力的分散剂，降低纳米粒子的表面能，提高空间位阻或静电排斥力。

4.1 分散剂

       分散剂的种类很多，有高分子有机物，如聚乙二醇、聚丙烯酸铵、 N，N一二甲基甲酰铵、蔗糖等，此外还有表面活性剂以及一些络合物。它们在溶液中主要通过3个作用来抑制团聚：1．是通过吸附作用来降低颗粒的表面能，从而减小界面张力；2．通过胶团体作用，在颗粒的表面形成一层液膜，以阻止颗粒的相互靠近；3．是利用空间位阻抑制颗粒的团聚。

粉体常用的分散剂：
A1₂O₃ 六偏磷酸钠、酒石酸钠、四氯化碳、油酸
SiO₂ 草酸钠、焦磷酸钠
TiO₂ 六偏磷酸钠
ZrO₂如焦磷酸钠
MgC₃ 六偏磷酸钠
CaCO₃ 焦磷酸钠
BaCO₃ 甲基乙醇/六偏磷酸钠
金刚石 白明胶/碳酸钠
粘土 草酸钠
石墨 乙基乙醇二水一油酸钠

4.1.1 影响分散剂分撒效果的因素

分散剂用量：用量过低，粉体表面产生不同带电区域，相邻颗粒因静电引力发生吸引，导致絮凝用量过高，离子强度过高，压缩双电层，减小静电斥力；同时，还易发生桥连或絮凝，稳定性下降。分散剂种类：选择合适的分散剂种类才能达到最大的分散效果。分散温度：温度对分散工艺也有显著的影响。

4.2 表面包覆

      受粉体自身性质的影响，有些粉体对分散剂的吸附力较弱。通过在其表面沉积其他无机化合物薄层进行表面改性，以增强与分散剂的亲和力

以Si₃N₄为例：
• 粉体表面Si-OH基较少， 聚丙烯酸铵的吸附量较低
• 沉积一层Al(OH)₃，使粉体表面被Al-(OH )²⁺正电位置覆盖，再与聚丙烯酸铵吸附，可极大提高粉体对分散剂的吸附量。
• 对于Si₃N₄粉体，包覆一层Al(OH)₃，不仅可改善分散性，且Al(OH)₃高温分解为Al₂O₃可作为无压烧结氮化硅的助烧结剂

4.3 超声波法

        超声波的传播需以介质为载体，超声波在介质中的传播存在一个正负压强的交变周期， 介质在正负压强的作用下下收到挤压和拉伸。当超声波作用于水时，在负压区拉伸的距离超过水分子的临界分子距离时，水中会形成微泡，微泡长大变成空化气泡。气泡可重新溶解于介质中，也可上浮并消失，也可能脱离超声场的共振相位而溃陷。这种空化气泡在液体介质中产生、 溃陷或消失的现象，就是空化作用。 空化作用会产生局部的高温高压，并产生巨大的冲击力和微射流，纳米粉体在其空化气泡的作用下，表面不断的被冲击，从而实现对纳米粉体的分散作用。

超声分散的影响因素：1：悬浮体的分散存在最适宜的超声频率，这取决于悬浮粒子的粒度。2：若长时间超声操作，会导致过热，反而会加剧团聚通常应采取间隔超声的方法。

4.4有机溶剂洗涤法

        待样品与母液分离后用无水乙醇等有机溶剂多次洗涤湿粉体，然后烘干得到分散的干粉末。基本原理：有机溶剂的官能团取代胶粒表面的部分非架桥羟基，并起到一定的空间位阻作用而消除部分颗粒的硬团聚；同时由于有机溶剂具有较低的表面张力，也将减小脱水过程中的毛细管收缩力，使凝胶颗粒之间的结合强度降低。最常见的洗涤用溶剂是无水乙醇。

4.5 冷冻干燥法

         基本原理：在低温下将湿凝胶中的水冻结成冰，然后迅速抽真空降低压力，在低温低压下使冰直接升华成蒸汽,实现固液分离。冷冻干燥利用了水的特性以及表面能与温度的关系，当一定量的水冷冻成冰时,其体积膨胀变大，水在相变过程中的膨胀力使得原先相互靠近的胶粒粒子适当分开，当固态的水不经过液态直接升华变成气体时，可以避免因毛细管吸附效应所引起的粉末颗粒硬团聚。

4.6 喷雾干燥法

         基本原理：将乳浊液或者溶液利用喷雾器喷入干燥塔内进行雾化，进入塔内的雾滴与塔内热空气会合而进行干燥，雾滴中的水分受热空气的干燥作用，在塔内蒸发，从而形成干粉。其优点是迅速的将乳浊液或者溶液喷出雾化，从时间和空间上使团聚失去可能性。而且容易得到流动性较好的球状团粒，该团粒具有良好的流动性，易于成形。缺点是该方法需要大型装置，而且难以得到细微粉末

4.7 尽可能降低煅烧的温度和时间