液相法制备超细粉体

赵飞

摘要：本文介绍了液相法制备超细粉体的原理及特点，简介超细粉体的液相制备方法，并举实例-使用涂布方法在PET上涂消影层。

关键词：超细粉体；液相法；涂布

引言

超细粉体，是指粒径在微米级到纳米级的一系列超细材料。按照我国矿物加工行业的共识，将超细粉体定义为粒径100%小于30um的粉体。按照粒度的不同，超细粉体通常分为：微米级(粒径1～30um)、亚微米级(粒径1～0.1μm)和纳米级(0.001～0.1um)。由于粒径的大幅减小，超细粉体表现出了块状材料所不具有的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧穿效应，因而在热、光、磁、化、力等性能上有较大差异。超细粉体所具有的这些特异性能使之在汽车、化工、复合材料、生物工程和医学等领域获得广泛应用。

目前，超细粉的研究主要有制备、微观结构、宏观性能和应用等四个方面，其中超细粉的制备技术是关键，因为制备工艺和过程控制对纳米微粒的微观结构和宏观性能具有重要的影响。

1超细粉体的制备方法

超细粉体的制备通常有物理和化学两种方法，物理方法中又划分为干法和湿法两种，化学方法中又分为固相法、液相法和气相法。其中固相法分为机械粉碎法、超声波粉碎法、热分解法、爆炸法等，气相法分为真空蒸发法、气相化学反应法、等离子体法、激光法等，液相法分为沉淀法、溶胶-凝胶法、水热合成法、喷雾热分解法、乳化液法、高分子聚合法等。本文主要介绍液相法相关内容。

2超细粉体的制备方法

2.1沉淀法

沉淀法是在原料溶液中添加适当的沉淀剂，使得原料液中的阳离子形成各种形式的沉淀物，然后再经过虑、洗涤、干燥，有时还需加热分解等工艺过程制得纳米粉体的方法。沉淀法具有设备简单、工艺过程易控制、易于商业化等优点，能制取数十纳米的超细粉。沉淀法可分为共沉淀法、直接沉淀法、均匀沉淀法和水解法等。

2.1.1共沉淀法

在混合的金属盐溶液中加入合适的沉淀剂，由于解离的离子是以均一相存在于溶液中，经反应后可以得到各种成分具有均一相的沉淀，再进行热分解得到高纯超细粉体。

2.1.2直接沉淀法

这种方法是使溶液中的金属阳离子直接与沉淀剂发生化学反应而形成沉淀物。

2.1.3均匀沉淀法

均匀沉淀法是在溶液中加入某种物质，这种物质不会立刻与阳离子发生反应生成沉淀，而是在溶液中发生化学反应缓慢地生成沉淀剂。是利用某一化学反应使溶液中的构晶离子由溶液中缓慢而均匀地产生出来的方法。该方法的优点是颗粒均匀致密，可以避免杂质的共沉淀。缺点是反应时间过长。

2.1.4水解沉淀法

水解沉淀法是指通过原料溶液的PH值或者通过改变原料液温度而使金属离子水解产生沉淀。

2.2溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶工艺是60年代发展起来的一种超细粉体的制备工艺，它是指金属有机或无机化合物经过溶胶-凝胶化和热处理形成氧化物或其他固体化合物的方法。液相法制备超细粉体的原理及特点液相法制备超细粉体的原理及特点一、超细粉体材料任何固态物质都有一定的形状，占有相应空间，即具有一定的大小尺寸。我们通常所说的粉末或细颗粒，一般是指大小为1毫米以下的固态物质。当固态颗粒的粒径在0.1μm一10μm之间时采用溶胶-凝胶工艺具有反应温度低（通常在常温下）、设备简单、工艺可控可调等特点。此外，溶胶-凝胶工艺还避免了沉淀法中以无机盐为原料的阴离子污染问题，提高了纳米粉体的纯度。但是，也存在原料成本高的不足，而且为了除去化学吸附的羟基和烷基团，粉体煅烧工序必不可少。

2.3水热法

水热法制备纳米粉体是在特制的密闭反应容器里，采用水溶液作为反应介质，通过对反应容器加热，创造一个高温、高压反应环境，使前驱物在水热介质中溶解，进而成核、生长，最终形成具有一定粒度结晶形状的晶粒。水热法原理是利用了许多化合物高温和高压的水溶液中表现出与常温下不同的性质。

水热法能直接制得结晶良好的粉体，不需作高温灼烧处理，避免了在此过程中可能形成的粉体硬团聚，而且通过改变工艺条件，可实现对粉体粒径、晶型等特性的控制，因此，水热法合成的陶瓷粉体具有分散性好，无团聚或少团聚，晶粒结晶良好，晶面显露完整等特点，同时，因经过重结晶，所以制得的粉体纯度高。

2.4微乳液法

微乳液法是由表面活性剂、助表面活性剂、油和水组成的透明的、各向同性的热力学稳定体系。当微乳液体系确定后，超细粉的制备是通过混合2种含有不同反应物的微乳液实现的。微乳液中的反应完成后，先将超细颗粒与微乳液进行分离，再用有机溶剂清洗以去除附在粒子表面的油和表面活性剂，最后在一定温度下干燥，煅烧得到超细粉。

微乳液法的关键是制备微观尺寸均匀、可控、稳定的微乳液。微乳法具有不需加热、设备简单、操作容易、粒子可控等优点。

2.5高分子聚合法

高分子聚合主要指单体生成聚合物的合成反应，涉及反应历程、反应条件等内容，如自由基、阴离子、阳离子聚合等。聚合方法：聚合反应的实施方法，内容包括物料体系、聚合工艺、配方、相态等，如本体聚合、悬浮聚合、溶液聚合、乳液聚合等。

3举实例-涂布方法制备消影层

湿法涂布方法：即在PET基材上预先涂布一层高折射率涂层（通常具备硬化层功能），进而提高蚀刻区涂层折射率接近ITO线折射率，该涂层一般称为IM（消影膜）涂层。

备注：消影膜是电容ITO导电膜的重要基础材料，电容ITO膜在后期制程中一般会做图案，因ITO线（ITO折射率=1.9）与蚀刻后无ITO区（普通HC折射率=1.5）存在较大折射率差异，造成图案可视性，即所谓的色差，会大大影响TP使用过程视觉效果。为此，必须进行消影处理

上述消影膜涂层的原材料目前一般是UV固化树脂+改性分散的纳米氧化锆、官能度脂肪族聚氨酯丙烯酸树脂、纳米氧化锆、丙烯酰吗啉、流平剂、光引发剂、有机溶剂等，涂布材料量比根据涂层需求及涂布工艺而定。涂布方式可以使用狭缝式涂布或者微凹棍涂。

湿法涂布是液相法里高分子聚合法的典型代表，涂布技术也广泛地应用于电子、家电、医疗卫生、建筑、食品等行业。

4结语

液相法具有制备形式多样、操作简便和粒度可控等优点，可以进行产物组分含量控制，便于掺杂，能实现分子原子尺度水平上的混合，制得的粉体材料表面活性高，是目前实验室和工业上广泛采用的制备金属氧化物超细粉体材料的方法。

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作者简介：

赵飞（1986.05.09—），汉族，籍贯：江苏盐城滨海县，研发科长，本科，单位：浙江日久新材料科技有限公司，研究方向：磁控溅射（真空镀膜行业）