超微細粉體材料性質及其應用領域  

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、生產和應用中最活躍的領域之一,在材料科學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合，使之具有廣闊的應用前景,在國民經濟各個領域都有著廣泛的應用,起著極其重要的作用。  

1.超細粉體表面特性  

超細粉體科學與技術是近年來發展起來的一門新的科學技術，是材料科學的一個重要組成部分。對于超細粉體統一定義，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系如下表所示。  

2.超細粉體表面結構  

根據晶體的空間結構,可以分為四種類型緊密堆積結構、骨架結構、層狀結構和鏈狀結構。晶體受外力作用破壞時，將沿著晶體構造中鍵合力最弱的地方斷裂。在斷裂面上均產生得不到補償的斷鍵，即不飽和鍵。不同化學組成的超細粉體在新鮮表面具有極不相同的不飽和度。根據斷裂鍵能的性質，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、超細粉體的應用  

（1）超細粉體在塑膠領域中的應用  

超細粉體在化工領域中的應用十分廣泛,在涂料、塑料、橡膠、造紙、催化、裂解、有機合成、化纖、油墨等領域都有廣泛的應用。在塑料行業,將超細粉體與塑料復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  

作為催化劑使用,超細粉體主要根據其比表面積大、表面原子配位不全等導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決定了它具有良好的催化活性和催化反應選擇性。催化劑是超細粉體應用的重要領域之一,國際上已經作為第四代催化劑進行研究和開發,采用納米級催化劑可以使化學反應速度大幅度提高,完成化學反應時間大大縮短,生產效率大大提高,每克燃料的燃燒熱可增加一倍。  

（3）在涂料領域  

超細粉體可用于制備納米改性涂料和納米結構涂料。利用納米顆粒的某些功能對現有涂料進行改性,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、力學及環保功能。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）超細粉體在材料領域中的應用  

超細粉體在材料領域中的應用主要體現在陶瓷材料、建筑材料、特種功能材料等方面的應用。在陶瓷應用領域,由于超細粉體的高表面能,表面原子數多,活性強等性質,可以作為燒結過程的活化劑使用,以加快燒結過程、縮短燒結時間、降低燒結溫度。同時超細粉體可以顯著改善陶瓷材料的顯微組織,優化其性能,在較低的溫度下燒結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。  

在特種功能材料應用領域,超細粉體的表面性質決定了它對外界環境,例如溫度、光、濕氣等十分敏感,外界環境的變化會迅速引起其表面或表面離子價態和電子運輸的變化,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用前途的材料,可研制出響應速度快、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域中的應用  

納米技術在抗菌、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