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納米氧化鋁粉體表面修飾方法
- 2020-09-22-

    納米氧化鋁是光學單晶、精細陶瓷、精密拋光材料、濕敏傳感器等的重要原材料。廣泛應用于材料、微電子、航空航天等高科技領域。

    但是,由于納米氧化鋁顆粒具有較高的表面活性和表面能,容易團聚,導致表面能和表面活性的降低,導致納米顆粒許多優良性能的喪失。因此,納米氧化鋁顆粒的優異性能是以顆粒在介質中的分散為基礎的,納米粒子的表面改性成為必然趨勢。

    1、 納米氧化鋁粉體表面改性的目的

    納米氧化鋁粉體經表面改性后,其吸附、潤濕、分散等一系列表面性質發生變化,有利于顆粒的保存、運輸和使用。

    通過修飾納米顆粒的表面,可以實現以下目標:

    1改善了納米氧化鋁粉體的分散性,消除了顆粒表面的荷電效應,防止了團聚。同時,在燒結過程中,顆粒之間存在一個阻擋層,使得顆粒難以長大。

    2提高了納米氧化鋁粉體的表面活性,為納米粒子的偶聯和接枝創造了條件。

    三。改善了納米氧化鋁粉體與分散介質的相容性,使其與分散介質充分潤濕。

    2、 納米氧化鋁粉體的表面改性

    根據改性劑與納米氧化鋁顆粒表面的相互作用機理,目前納米氧化鋁的改性方法可分為表面物理改性和表面化學改性。

    1、表面物理修飾

        表面物理修飾一般是指利用修飾劑對納米氧化鋁粒子的物理作用,如利用范德華力的吸附、涂覆和包覆等,或指純粹物理手段對納米粉體實施表面改性的方法,如超聲處理、光電子輻照處理以及熱處理和等離子體處理。常見修飾方法有吸附、包覆、光輻射處理等。

    (1)吸附

        納米氧化鋁粒子在水溶液中分散性極差,易團聚。使用表面活性劑可以防止納米粒子的團聚,使其分散更均勻。表面活性劑帶有兩個極性不同的集團,極性的親水基團與水相溶,非極性的親油基吸附到粒子的表面,這樣在粒子表面活性劑向外伸展形成粒子束,阻止了顆粒間的相互接觸,避免團聚的發生。

    (2)包覆

        與吸附方法一樣,包覆也是通過范德華力等將異質材料沉積在納米氧化鋁的表面,形成核層為納米氧化鋁,殼層為與氧化鋁無化學結合的“核一殼”結構,防止粒子間的團聚,通常包覆量較吸附量更大些。

    (3)輻照處理

        輻照技術是用電離輻射與物質相互作用產生的物理化學等效應的一門新技術,利用高能射線與物質相互作用,在短時間內把能量傳遞給氧化鋁,使氧化鋁表面發生電離和激發變化,產生各種效應,從而達到氧化鋁粒子的改性。例如,紫外處理的納米氧化鋁粉體粒子,分散性能夠得到較大程度的改善。

    (4)其它方法

        實際上,在納米粉體分散方面可用到物理修飾方法很多,如表面沉積、表面化學鍍等,往往形成氧化鋁基的復合材料,提高納米粒子分散性的同時,也在一定程度上掩蓋了納米粒子本身特性。

    2、化學修飾方法

        納米氧化鋁表面殘留部分羥基及剩余電荷,利用這種性質可有目的地選擇改性劑使之進行化學反應,改變氧化鋁表面的結構和狀態,達到表面改性的目的。納米氧化鋁表面化學修飾常見的方法有以下幾種:偶聯劑法、接枝法、接枝一包覆法。

    (1)偶聯劑法

        納米氧化鋁粒子表面能較高,與表面能比較低的有機體系親和性差。當兩者共混時,容易形成相分離。解決方法通常采用偶聯技術。偶聯劑一般是雙功能基團的化合物,可同時與無機物和有機物反應,當偶聯劑處理時,其一端與氧化鋁表面的羥基結合,另一端與分散介質作用。常用于納米氧化鋁表面處理的偶聯劑有硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑等。

    (2)接枝法

          納米氧化鋁的表面存在活性的羥基,以羥基作為接枝反應的活性點,接枝油溶性基團,接枝物一般為小分子,本質上偶聯處理也等同于接枝。該方法優點是接枝的量可以控制,效率較高。常見的接枝小分子有硬脂酸、4,4 - 二苯基甲烷二異氰酸、甲基 - 2,4 - 二異氰酸酯等。

    (3)接枝一包覆法

         接枝一包覆法先通過接枝或偶聯技術在納米氧化鋁表面形成一層有機物(多為小分子),然后再用引發劑使單體在粒子表面有機層上接枝聚合,最后形成以氧化鋁為核,聚合層為殼層的無機一有機“核一殼”式結構。接枝一包覆法的優點是殼層厚度可以通過有機物加入量來控制。

    三、小結

        目前,表面修飾在納米材料的制備、分散和改性等方面受到了廣泛的重視,應用的表面修飾劑的種類也越來越多,修飾劑的合成技術也得到了很大的發展。

    納米氧化鋁粉體的表面修飾研究主要發展方向為:

    (1)研究納米氧化鋁粉體粒子的表面特性,以便有針對性地對其改性;

    (2)利用研究的結論對粒子的表面特性進行分析,確定表面修飾劑的類型及處理工藝;

    (3)開發新型表面修飾劑。

     

    

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