纳米粉体表面及其团聚机理.ppt

关于纳米粉体表面及其团聚机理第1页，共38页，星期日，2025年，2月5日第三章纳米粉体团聚机理3.1纳米粉体的表面结构1清洁粉体的表面原子结构、特性表面原子排列突然中断，如果在该处原子仍按照内部方式排列，则势必增大系统的自由能(主要是弹性能).为此，表面附近原子排列必须进行调整.调整方式有两种：(1)自行调整，表面处原子排列与内部有明显不同；(2)靠外来因素调整，如吸附杂质，生成新相等第2页，共38页，星期日，2025年，2月5日第三章纳米粉体团聚机理3.1纳米粉体的表面结构1清洁粉体的表面原子结构、特性几种清洁表面结构驰豫重构偏析吸附化合物台阶第3页，共38页，星期日，2025年，2月5日第三章纳米粉体团聚机理3.1纳米粉体的表面结构1清洁粉体的表面原子结构、特性驰豫(relaxation)、重构(reconstruction)、吸附(chemisorption)等是常见表面结构与现象.驰豫、重构、偏析(segregation)、台阶(ledge)属粉表面自行调整且通常是驰豫的.表面原子(或离子)间距偏离体内的晶体晶格常数，而晶胞结构基本不变，这种情况称驰豫第4页，共38页，星期日，2025年，2月5日NaCl理想结构与驰豫结构Na+Cl－双电层结构第5页，共38页，星期日，2025年，2月5日第三章纳米粉体团聚机理3.1纳米粉体的表面结构1清洁粉体的表面原子结构、特性金属氧化物粉表面（如SiO2、Al2O3、ZrO2等）一般也有类似的弛豫结构.存在表面电矩，氧离子在最外层，而使表面常带负电荷氧离子亚层与金属离子亚层的厚度直接影响粉（或浆体）的等电点（IEP）等电性能（如胶体双电层），以及粉的化学吸附、化学反应等物化性能.第6页，共38页，星期日，2025年，2月5日3.1纳米粉体的表面结构1清洁粉体的表面原子结构、特性如果是同种粉体，无论杂质存在与否，由于驰豫产生的表面电荷彼此相互排斥，要使这些粉紧密接触会相当困难，从而带来粉成型工艺困难（如干磨后未吸附水的粉难以干压成型）.即驰豫现象不会导致粉团聚，而是分散.从能量的角度,弛豫导致粉体表面相互靠近至紧密接触时,产生强大的键力而相互排斥第三章纳米粉体团聚机理第7页，共38页，星期日，2025年，2月5日3.1纳米粉体的表面结构1清洁粉体的表面原子结构、特性其它几种靠表层原子自行调整方式，如重构、偏析、台阶（如图1b、图1c、图1f）也不会导致粉团聚.并且往往也是驰豫结构.因此，导致团聚的因素必定是外来因素，即化学吸附或有新化合物生成引起的.当使用的纳米粉之间不起化学反应，也没有足够的能量进行成核、长大，那么引起团聚的因素就一定与环境介质有关，如化学反应或化学吸附.第三章纳米粉体团聚机理第8页，共38页，星期日，2025年，2月5日3.1纳米粉体的表面结构2大气环境下的纳米粉体表面原子结构、特性由于粉体外表面结构不同于内表面的结构,导致过剩能量即表面能的产生。随着粉体变细,其比表面积增加,表面能增大,表面效应(如弛豫、偏析、吸附)、量子尺寸效应(如能隙变宽等)增强,熔点降低,使纳米粉的表面性质变得更加活跃,许多在加热条件下或高温下才发生的化学反应,在常温下已经很剧烈了第三章纳米粉体团聚机理第9页，共38页，星期日，2025年，2月5日3.1纳米粉体的表面结构2大气环境下纳米粉体表面原子结构、特性随着比表面积的增加,表面层原子数量增加到一定程度引起结构与性质的质变,出现久保效应等。纳米粉能够从空气中吸附大量的水,在表面形成羟基层和多层物理吸附水。第三章纳米粉体团聚机理第10页，共38页，星期日，2025年，2月5日—OH峰取α―Al2O3纳米（60nm）粉于120℃保温1h，密封.用美国Nicolt公司170stFT－TR红外光谱仪（有付立叶变换）进行测试其块状单晶无此峰第11页，共38页，星期日，2025年，2月5日从亚微米到纳米级α-Al2O3粉在常温下和空气中都具有如图所示的吸湿曲线,且吸湿性随表观密度、粒度的减小而增强。将纳米α-Al2O3粉末少量入坩埚，放入通N2气的高温炉中加热至900℃，恒温1h，冷却至180℃时，迅速用耐高温密封胶密封.至室温后，称重.打开盖子，让α-Al2O3粉吸附空气中的水分，每3min称量