納米材料的團聚問題是限制納米材料發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)問題。但是當(dāng)前對超細粉體的防止團聚的分散技術(shù)已有大量研究。
超細粉體，是指粒徑在微米級到納米級的一系列超細材料。按照我國礦物加工行業(yè)的共識，將超細粉體定義為粒徑100%小于30μm的粉體。由于納米材料具有許多傳統(tǒng)材料不具備的小尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)、表面效應(yīng)等特殊性能而被廣泛應(yīng)用。
但納米材料具有較大的比表面積，活性很高，極不穩(wěn)定，極其容易發(fā)生團聚而失去原有的性質(zhì)，降低了材料的價值，對納米材料的制備、儲存造成了一定的難度，因此，納米材料的團聚問題是限制納米材料發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)問題。
超細粉體的團聚
超細粉體的團聚是指原生的粉體顆粒在制備、分離、處理及存放過程中相互連接形成的由多個顆粒形成較大的顆粒團簇的現(xiàn)象。目前認為超細粉體產(chǎn)生團聚的原因主要有三點：分子間作用力引起超細粉體團聚；顆粒間靜電作用力引起團聚；顆粒在空氣中的粘結(jié)。
1.分子間作用力引起超細粉體團聚
當(dāng)?shù)V物材料超細化到一定程度以下時，顆粒之間的距離極短，顆粒之間的范德華力遠大于顆粒自身的重力。因此，這種超細顆粒往往互相吸引團聚。超細粒子表面的氫鍵、吸附濕橋及其他化學(xué)鍵作用，也易導(dǎo)致粒子之間互相黏附聚集。
2.顆粒間靜電作用力引起團聚
礦物材料在超細過程中，由于沖擊、摩擦及粒徑的減小，在新生超細粒子的表面積累了大量的正電荷或負電荷。這些顆粒的表面凸起處有的帶正電荷，有的帶負電荷，這些帶電粒子極不穩(wěn)定，為了趨于穩(wěn)定，它們互相吸引，尖角處互相接觸連接，使顆粒產(chǎn)生團聚，此過程的主要作用力是靜電力。
3.顆粒在空氣中的粘結(jié)
當(dāng)空氣的相對濕度超過65%時,水蒸氣開始在顆粒表面及顆粒間凝集,顆粒間因形成液橋而大大增強了團聚作用。
另外，礦物材料在粉碎過程中，吸收了大量的機械能或熱能，因而使新生的超細顆粒表面具有相當(dāng)高的表面能，粒子處于極不穩(wěn)定狀態(tài)。粒子為了降低表面能，往往通過相互聚集靠攏而達到穩(wěn)定狀態(tài)，也容易引起粒子團聚。
納米材料的團聚分為軟團聚、硬團聚兩種。軟團聚是由分子間作用、范德華力引起的，比較容易去除，而關(guān)于硬團聚的形成原因目前有毛細管吸附理論、氫鍵理論、晶橋理論、化學(xué)鍵作用理論、表面原子擴散鍵合機理五種觀點，但是到目前為止，還沒有統(tǒng)一的解釋。
但是當(dāng)前對超細粉體的防止團聚的分散技術(shù)已有大量研究。
在液相的分散方法
1.機械分散法
機械分散法是借助外界剪切力或撞擊力等機械能，使納米粒子在介質(zhì)中充分分散的一種方法。機械分散法有研磨、普通球磨、振動球磨、膠體磨、空氣磨、機械攪拌等。
機械攪拌的主要問題是:一旦顆粒離開機械攪拌產(chǎn)生的湍流場,外部環(huán)境復(fù)原,它們又有可能重新形成聚團。因此,用機械攪拌加化學(xué)分散劑的雙重作用往往可獲得更好的分散效果。
2.化學(xué)分散法
化學(xué)分散是工業(yè)生產(chǎn)廣泛應(yīng)用的一種超細粉體懸浮液體的分散方法。通過在超細粉體懸浮液中添加無機電解質(zhì)、表面活性劑及高分子分散劑使其在粉體表面吸附，改變粉體表面的性質(zhì)，從而改變粉體與液相介質(zhì)以及粒間的相互作用，實現(xiàn)體系的分散。
分散劑包括表面活性劑、小分子無機電解質(zhì)、聚合物分散劑與偶聯(lián)劑。其中聚合物分散劑應(yīng)用最為廣泛，聚電解質(zhì)又最為重要。
3.超聲波法
超聲調(diào)控是把需要處理的工業(yè)懸浮液直接置于超聲場中,控制恰當(dāng)?shù)某曨l率及作用時間，以使顆粒充分分散。
超聲波對納米顆粒的分散更為有效,超聲波分散就是利用超聲空化時產(chǎn)生的局部高溫、高壓、強沖擊波和微射流等,較大幅度地弱化納米微粒間的納米作用能,有效防止納米微粒團聚而使之充分分散。但應(yīng)當(dāng)避免使用過熱超聲攪拌,因為隨著熱能和機械能的增加,顆粒碰撞的幾率也增加,反而導(dǎo)致進一步的團聚。
在氣相的分散方法
1.干燥分散
在潮濕的空氣中，粉體顆粒間形成的液橋是粉體團聚的主要原因，固體物料的干燥包括兩個基本過程，首先是對物料加熱并使水分汽化的傳熱過程，其次是氣化的水?dāng)U散到氣相中傳質(zhì)過程。
因此，杜絕液橋的產(chǎn)生或破壞已形成的液橋是保證顆粒分散的主要手段之一。
絕大多數(shù)粉體生產(chǎn)過程中都采用加溫干燥預(yù)處理。
2.機械分散
機械分散是指用機械力把顆粒團聚打散,它的必要條件是機械力(指流體的剪切力及壓應(yīng)力)應(yīng)大于顆粒間的粘著力。通常機械力是由高速旋轉(zhuǎn)的葉輪圓盤或高速氣流的噴射及沖擊作用所引起的氣流強湍流運動造成的。
機械分散較易實現(xiàn),但由于這是一種強制性分散方法,盡管互相粘結(jié)的顆?？梢栽诜稚⑵髦斜淮蛏?但它們之間的作用力沒有改變,當(dāng)顆粒排出分散器后又有可能重新黏結(jié)聚團。另外,機械分散可能導(dǎo)致脆性顆粒被粉碎，且當(dāng)機械設(shè)備磨損后其分散效果下降。
3.靜電分散
對于同質(zhì)顆粒,由于表面帶電形同,靜電力反而起排斥作用。因此,可以利用靜電力來進行顆粒分散,問題的關(guān)鍵是如何使顆粒群充分帶電。
采用接觸帶電、感應(yīng)帶電等方式可以使顆粒帶電,但最有效的方法是電暈帶電,使連續(xù)供給的顆粒群通過電暈放電形成離子電簾,使顆粒帶電。給顆粒帶上相同極性的電荷。利用荷電粒子間的靜電斥力使顆粒分散。
結(jié)語
超細粉體的改性方法還有很多，與前面的主流方法也有很大的不同。但不論是那種方法，都需要進一步研究超細粉體的改性原理，找到適用于各種改性要求并能應(yīng)用于實際生產(chǎn)的新型改性方法。
既需要在深入研究改性機理的基礎(chǔ)上優(yōu)化改性工藝流程，發(fā)展能夠達到多種改性目的的“復(fù)合”處理工藝，也需要在改進原有一些的通用化工設(shè)備基礎(chǔ)上發(fā)展適應(yīng)表面改性的設(shè)備，總而言之，這需要的是整個粉體行業(yè)產(chǎn)學(xué)研眾人的通力合作與不斷進步。
參考來源
李松.高分散納米氧化鎂粒子的制備及其性能研究
王輝.球形納米氧化鎂團聚粉末的制備研究
楊曉林.高嶺土表面改性的技術(shù)和方法
楊華明.超細粉碎機械化學(xué)的研究進展