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納米粉體

漢語詞語

納米粉體也稱為超微粒子、納米顆粒，是指一類介於固體和分子之間的、具有極小粒徑(1~100nm) 亞穩態中間物質，有人稱它是超微粒子。它的尺度大於原子簇而又小於一般的微粒。按照它的尺寸計算，假設每個原子尺寸為1埃，那麼它所含原子數在1000個-10億個之間。它小於一般生物細胞，和病毒的尺寸相當。納米顆粒的形態有球形、板狀、棒狀、角狀、海綿狀等，製成納米顆粒的成分可以是金屬，可以是氧化物，還可以是其他各種化合物。它也可以是半導體、高分子、陶瓷超細粉末等。納米粉體難以用傳統的機械方法製得，現常用法包括物理或化學製備方法。化學製備方法又可分為氣相化學法和液相化學法(濕化學法)。

納米材料，又稱粉體，是納米科學技術的基礎，正引起世界觀各國的廣泛的關注。現代材料和物理學家所稱的納米材料是指固體顆粒小到納米尺度的超微粒子（也稱之為納米粉）和晶粒尺寸小到納米量極的固體和薄膜。

1定義 2形貌控制

定義

當前定義納米材料尺寸範圍為0.1-100納米。粒徑小於100納米以後，粒子表面的原子數與其體內數目可比，例如5納米微粒，表面原子比例佔百分之四十，比表面積達成180平方米/克，導致納米材料出現不同於傳統固體材料的小尺寸，表面和量子隧道等效應引發的結構和能態的變化，產生了許多獨特的光、電、磁、力學等物理化學特能。例如納米鐵具有磁性、原不導電的材料變成導電、特殊的遠紅外線輻射、強紫外反射、強催化作用、強吸附性等。因此納米材料科學及工業應用已成為國內外跨新世紀研究開發熱點，並開拓發展成為高技術產業，在電子、化工、機械、生物醫學等工業領域內，具有日益廣泛發展的應用前景。

形貌控制

納米粉體形貌與粒度控制

1.納米粉末形貌要求舉例

對微納粉末的粒度和形貌的要求因用途而異。三氧化鐵α、β、γ三種晶型。其中水煤氣轉化反應、丁烷脫氫反應催化劑用三氧化鐵要求為α晶型，而磁記錄介質用超細三氧化鐵磁粉要求為γ晶型，粒度小於0.3pm、形狀是長徑比大於8的針狀。另外顏料用α-FeO

最好是棒狀、盤狀、薄板狀。

A1O有α、γ、θ、η等八種晶型，催化劑及載體用的氧化鋁應為η-A1O或γ-A1O，而α-A1O是重要的陶瓷材料。氧化鋁的水合物主要有三種三水合物和兩種一水合物，阻燃材料用要求是三水合物，並且粒度細，有合理級配、透明性好、粒子形狀為片狀、細棱狀。

用作鎳氫電池材料的球形氫氧化亞鎳粉末則要求其粒度有一定的分佈寬度，以便小粒子可以填充在大粒子的空隙之間，提高電極的能量密度；而作為製備電子工業用的氧化鎳粉末的煅燒前驅體，則要求粒度在亞微米且分佈儘可能狹窄。

表2.1還列出了一些工業產品對顆粒形狀的要求，納米粉在應用上都有這種特殊要求。

納米粉體

2.形貌與粒度控制的複雜性

在超細粉末製備過程中，對粒度和形貌加以控制是相當困難的，這主要是由於製備過程本身的複雜性造成的。液相沉澱是最普遍採用的濕法制粉方法之一，它以其制粉質量優良、方法簡便、成本低、容易擴大生產等優點得到廣泛的應用。該法的沉澱反應是濕法制粉中非常關鍵的步驟之一，對最終粉末粒子的粒度和形貌等具有決定性的影響。

沉澱粒子粒度和形貌控制的物理模型也是非常複雜的。產品與過程之間存在著耦合互動關係，在實際應用過程中必須充分利用體系的邊界條件、限制條件或者某些特殊條件對其中的某些項進行簡化，才能比較方便、合理地計算求解和討論，而這個求解過程本身就是十分煩瑣的。

因此，粉末顆粒的形貌與粒度控制是一個複雜的過程。

3.形貌與粒度控制的意義

粉末的粒度及其分佈是最基本的形態特徵，它基本上決定了粉末的整體和表面特性。除此而外，粉末的結構形貌特徵還包括粉末的形狀、化學組成、內外表面積、體積和表面缺陷等，它們一起決定粉末的綜合性能。因此，最近幾年，粉末結構形貌與粒度控制正逐漸成為粉體研究的一個重要內容。

在大多數粉體材料的製備過程中都有粒度和形貌等方面的特殊要求。不同應用領域對功能粉體材料形貌與粒度的多樣性要求，為粉體材料製備技術發展提出了新的課題，即在其製備與加工中顆粒形貌與粒度的控制。因此，在微納粉末製備過程中，根據其應用需要進行粉末結構、形貌控制就具有十分重要的意義。

在功能粉體材料的製備與加工過程中，顆粒形貌與粒度控制往往有賴於顆粒形成機理的解析。顆粒形成機理的揭示，是粉末形貌與粒度控制的基礎。顆粒形成的機理見圖3.1。

在濕法化學沉澱過程中，粉末顆粒的生成經歷了成核、生長、團聚等過程。

納米粉體

4. 團聚

所謂納米粉體的團聚是指原生的納米粉體在製備、分離、處理及存放過程中相互連接、由多個顆粒形成較大的顆粒團簇的現象。由於團聚顆粒粒度小，表面原子比例大，比表面積大，表面能大，處於能量不穩定狀態，因而細微的顆粒都趨向於聚集在一起，很容易團聚，形成二次顆粒，使粒子粒徑變大。

在濕化學法製備粉體材料中，團聚是顆粒長大的主要方式，團聚機制不僅可以製備出單分散性球形顆粒，也可以製備橢球狀、棒狀和立方體等非球形粉末。濕化學法制粉過程中，團聚一般是在高濃度、過飽和並且有表面活性物質存在的條件下進行，前驅體一般在納米尺度。

納米粉體

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