超微細粉體材料性質(zhì)及其應(yīng)用領(lǐng)域  

劉濤(上海匯精亞納米新材料有限公司  

鳳陽匯精納米新材料科技有限公司)  

功能材料是高分子材料研究、開發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用中最活躍的領(lǐng)域之一,在材料科學(xué)中具有十分重要的地位。超細粉體不僅是一種功能材料，而且其為新的功能材料的復(fù)合，使之具有廣闊的應(yīng)用前景,在國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用,起著極其重要的作用。  

1.超細粉體表面特性  

超細粉體科學(xué)與技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一門新的科學(xué)技術(shù)，是材料科學(xué)的一個重要組成部分。對于超細粉體統(tǒng)一定義，一般將粒徑大于1μm的粉體稱為微米粉體，粒徑處于0.1-1μm之間的粉體稱為亞微米粉體,粒徑小于100nm的粉體稱為納米粉體，也有人將粒徑小于3μm的粉體稱為超細粉體。超細粉體通常又分為微米粉體、亞微米粉體及納米粉體。超細粉體的粒徑與其特性的關(guān)系如下表所示。  

2.超細粉體表面結(jié)構(gòu)  

根據(jù)晶體的空間結(jié)構(gòu),可以分為四種類型緊密堆積結(jié)構(gòu)、骨架結(jié)構(gòu)、層狀結(jié)構(gòu)和鏈狀結(jié)構(gòu)。晶體受外力作用破壞時，將沿著晶體構(gòu)造中鍵合力最弱的地方斷裂。在斷裂面上均產(chǎn)生得不到補償?shù)臄噫I，即不飽和鍵。不同化學(xué)組成的超細粉體在新鮮表面具有極不相同的不飽和度。根據(jù)斷裂鍵能的性質(zhì)，表面不飽和鍵有強弱之分，斷裂面以離子鍵和共價鍵為主的是強不飽和鍵，表面為極性表面斷裂面以分子鍵為主的為弱不飽和鍵，表面為非極性表面。超細粉體不同，表面官能團的種類和數(shù)量不同，同一超細粉體表面官能團有一定的分布。  

3、超細粉體的應(yīng)用  

（1）超細粉體在塑膠領(lǐng)域中的應(yīng)用  

超細粉體在化工領(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣泛,在涂料、塑料、橡膠、造紙、催化、裂解、有機合成、化纖、油墨等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。在塑料行業(yè),將超細粉體與塑料復(fù)合可起到增強增韌的作用,如將納米碳酸鈣表面改性后,對材料的缺口抗沖擊強度和雙缺口沖擊強度的增韌效果十分顯著,而且加工性能依然良好。  

除此之外,超細粉體的加入,可以改善復(fù)合材料的耐老化性,防止塑料光輻射老化,提高塑料制品的使用壽命。同時超細粉體還可以使復(fù)合材料功能化,如抗靜電塑料、阻燃塑料、自清潔塑料等。  

（2）在催化劑行業(yè)  

作為催化劑使用,超細粉體主要根據(jù)其比表面積大、表面原子配位不全等導(dǎo)致表面的活性位置增加,表面的活性中心多。超細粉體的表面效應(yīng)決定了它具有良好的催化活性和催化反應(yīng)選擇性。催化劑是超細粉體應(yīng)用的重要領(lǐng)域之一,國際上已經(jīng)作為第四代催化劑進行研究和開發(fā),采用納米級催化劑可以使化學(xué)反應(yīng)速度大幅度提高,完成化學(xué)反應(yīng)時間大大縮短,生產(chǎn)效率大大提高,每克燃料的燃燒熱可增加一倍。  

（3）在涂料領(lǐng)域  

超細粉體可用于制備納米改性涂料和納米結(jié)構(gòu)涂料。利用納米顆粒的某些功能對現(xiàn)有涂料進行改性,提高涂料的性能,納米改性涂料就是采用特殊的工藝制備加入超微細納米材料的涂料,使得納米涂料具有了光學(xué)、力學(xué)及環(huán)保功能。如：納米陶瓷涂料、納米不粘涂料、自潔涂料、航空燒蝕涂料等。  

（4）超細粉體在材料領(lǐng)域中的應(yīng)用  

超細粉體在材料領(lǐng)域中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在陶瓷材料、建筑材料、特種功能材料等方面的應(yīng)用。在陶瓷應(yīng)用領(lǐng)域,由于超細粉體的高表面能,表面原子數(shù)多,活性強等性質(zhì),可以作為燒結(jié)過程的活化劑使用,以加快燒結(jié)過程、縮短燒結(jié)時間、降低燒結(jié)溫度。同時超細粉體可以顯著改善陶瓷材料的顯微組織,優(yōu)化其性能,在較低的溫度下燒結(jié)就能達到致密化的目的,因此特別適合用于電子陶瓷的制備。  

在特種功能材料應(yīng)用領(lǐng)域,超細粉體的表面性質(zhì)決定了它對外界環(huán)境,例如溫度、光、濕氣等十分敏感,外界環(huán)境的變化會迅速引起其表面或表面離子價態(tài)和電子運輸?shù)淖兓?即引起其電阻的顯著變化,超細粉體的這種特有性能使之成為在傳感器方面最有應(yīng)用前途的材料,可研制出響應(yīng)速度快、靈敏度高、選擇性好的各種不同用途的傳感器。  

(5)超細粉體在日用化工領(lǐng)域中的應(yīng)用  

納米技術(shù)在抗菌、除味、凈化空氣等方面具有廣闊的前景。納米二氧化鈦、納米氧化鋅的光催化性能和生物降解殺菌性能已在空氣凈化器、納米洗衣機、納米冰箱、納米