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奈米粉體的分散及表面改性 Nano Powder and Surface Modification

奈米粉體的分散及表面改性 Nano Powder and Surface Modification. Ming-Seng Hsu. 第五章 奈米粉體的分散. Outline 1. 5.1 　物理法分散奈米粉體 5.1.1 　超音波法 5.1.2 　機械分散法 5.2 　化學法分散奈米粉體 5.3 　聚電解質分散劑 5.3.1 　聚電解質的分子量 5.3.2 　聚電解質的離解特性 5.3.3 　聚電解質離解度對高分子鏈伸展度的影響. Outline 2. 5.4 　聚電解質在奈米粉體上的吸附 5.4.1 　吸附等溫式 5.4.2 　吸附量的測定方法

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奈米粉體的分散及表面改性 Nano Powder and Surface Modification

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Presentation Transcript

  1. 奈米粉體的分散及表面改性Nano Powder and Surface Modification Ming-Seng Hsu

  2. 第五章 奈米粉體的分散

  3. Outline 1 5.1　物理法分散奈米粉體 5.1.1　超音波法 5.1.2　機械分散法 5.2　化學法分散奈米粉體 5.3　聚電解質分散劑 5.3.1　聚電解質的分子量 5.3.2　聚電解質的離解特性 5.3.3　聚電解質離解度對高分子鏈伸展度的影響

  4. Outline 2 5.4　聚電解質在奈米粉體上的吸附 5.4.1　吸附等溫式5.4.2　吸附量的測定方法 5.4.3　聚合物在固體表面的吸附速率 5.4.4　聚電解質的吸附構型及厚度 5.4.5　影響聚電解質吸附量的因素 5.5　影響奈米粉體漿料穩定性的因素 5.5.1　聚電解質分子量 5.5.2　分散劑用量 5.5.3　溫度 5.6　分散劑的優化 5.6.1　聚電解質分散劑的優化 5.6.2　高價小分子型分散劑的優化 5.6.3　無機溶膠分散奈米粉體

  5. Outline 3 5.7　粉體預處理改善可分散性 5.7.1　酸洗改善奈米SiN粉體可分散性 5.7.2　煅燒改善奈米SiN粉體可分散性 5.7.3　表面包覆改善奈米SiN粉體可分散性 5.8　多組成分粉體的分散 5.9　奈米粉體在非水介質中的分散 5.9.1　非水體系中雙電層理論及DLVO理論 5.9.2　非水體系中靜電穩定作用 5.9.3　粉體表面的酸鹼特性 5.9.4　非水體系中的空間位阻穩定作用

  6. Ch. 5.1 物理法分散奈米粉體

  7. 5.1.1 超音波法 硫酸鋇粉體的分散度與超音頻率的關係 • 超音分散 • 將需處理的顆粒懸浮體直接置於超音場中，用適當頻率和功率的超音波加以處理 • 一種強度很高的分散手段 • 作用的機制 • 空化作用有關 • 以介質為載體的傳播 • 傳播過程中存在一正負壓強的交變周期

  8. 超音頻率對AlO-ZrO雙組成分漿料表觀黏度的影響超音頻率對AlO-ZrO雙組成分漿料表觀黏度的影響

  9. 超音時間對3Y-TZP粉體平均粒徑的影響 • 適當的超音時間可以有效地改善粉體的團聚情況 • 經4個超音周期的處理，粉體平均粒徑下降了一倍多

  10. 5.1.2 機械分散法 振動球磨機示意圖 • 藉助外界剪切力或撞擊力等機械能使奈米粒子在介質中充分分散的一種方法 • 機械分散法 • 研磨 • 普通球磨 • 振動球磨 • 膠體磨 • 空氣磨 • 機械攪拌

  11. 球磨時間對粉體性質的影響 • 振動球磨的研磨效率較高 • 可有效地降低粉體的粒徑，提高比表面積 • 磨細到一定程度的粉體，延長球磨時間，粒徑不變 • 細顆粒具有巨大的界面能，顆粒間的凡得瓦爾力較強 • 隨著粉體粒度的降低，顆粒間自動聚集的趨勢變大 • 分散作用與聚集作用達到平衡，粒徑不再變化

  12. 5.2 化學法分散奈米粉體

  13. 化學法分散奈米粉體 • 常用的分散劑 • 表面活性劑 • 長鏈脂肪酸、十六烷基三甲基溴化銨 • 小分子量無機電解質或無機聚合物 • 矽酸鈉、鋁酸鈉、檸檬酸銨、2-膦酸丁烷-1, 2, 4-三羧酸、三聚磷酸鉀、焦磷酸鉀 • 聚合物類 • 離子型 • 非離子型 • 偶聯劑類 • 鈦酸酯偶聯劑、錫類偶聯劑和矽類偶聯劑

  14. 5.3 聚電解質分散劑

  15. 聚電解質分散劑 • 聚電解質（polyelectrolyte） • 高分子鏈上帶有羧基或磺酸基等可離解基團的水溶性高分子 • 水溶液中，聚電解質發生離解而具有較高的電荷密度 • 較高的分子量 • 特殊的物理化學性能

  16. 電導滴定曲線示意圖

  17. 例：聚合物弱酸 PAA、PMAA和PEI的結構式

  18. 0.08%的PMAA水溶液的滴定曲線及離解度隨pH值變化情形0.08%的PMAA水溶液的滴定曲線及離解度隨pH值變化情形

  19. PEI的離解度隨pH值的變化關係

  20. PAA的表觀離解常數隨離解度的變化

  21. 不同pH值條件下聚甲基丙烯酸銨的水力學半徑

  22. 5.4 聚電解質在奈米粉體上的吸附

  23. Langmuir等溫式 • Langmuir等溫式假定 • 吸附是單分子層的 • 吸附劑表面是均勻的 • 溶劑與溶質在溶液的表面上有相同的分子面積 • 溶液內部和表面相的性質是理想的 • 無溶質─溶質分子間作用

  24. PMAA-NH在BaTiO表面的⒜等溫吸附線(b)與Ce的關係

  25. 吸附量的測定方法 • 質量分析法 • 紫外─可見分光光度法 • 改進電位滴定法 • 化學耗氧量法

  26. 1.0g/L PEG溶液的(a)紫外吸收光譜(b)220nm的吸光度與PEG濃度的關係

  27. 3.76×10-3mol/L的5-硝基水楊酸鐵溶液的吸收光譜

  28. PAA-NH的滴定曲線和一階導數曲線

  29. 100mg/L共聚物溶液的COD值隨回流時間的變化

  30. 聚丙烯酸在氧化鋁粉體上的吸附量隨吸附時間的變化

  31. 聚電解質的吸附構型及厚度 • 聚電解質吸附構型的因素 • 粉體表面的活性吸附位置數 • 高分子鏈上的可吸附基團數 • 高聚物分子同溶劑以及其他高聚物分子間的相互競爭作用 • 溶劑分子的吸附能力 • 基團在分子鏈上的位置

  32. 不同pH值下PAA在ZrO2表面的吸附構型

  33. ZrO2的ζ電位隨pH值的變化

  34. 不同pH值下在ZrO2表面間吸附PAA的位阻

  35. 不同pH值下20vol% Al2O3漿料的黏度

  36. 影響聚電解質吸附量的因素 • 粉體的物理化學性質 • pH值 • 聚電解質的分子量 • 電解質種類及濃度 • 溶劑種類 • 溫度 • 其他影響因素

  37. 聚乙烯亞胺在氧化鋯上的吸附線

  38. PAA在Si3N4上的最大吸附量隨分子量的變化關係

  39. 二元共聚物在ZrO2上吸附量隨KNO濃度的變化

  40. 不同溫度下聚丙烯酸銨在Al2O3上的吸附等溫線

  41. 5.5 影響奈米粉體漿料穩定性的因素

  42. 不同分子量的PEI的加入可使SiO2的漿料黏度達到的最低值不同分子量的PEI的加入可使SiO2的漿料黏度達到的最低值

  43. 表面覆蓋度對BaTiO3漿料沉積物高度的影響

  44. (a)不同BaCl濃度(b)不同pH值、固含量及PAA-NH用量的BaTiO漿料穩定圖譜I

  45. (a)不同BaCl濃度(b)不同pH值、固含量及PAA-NH用量的BaTiO漿料穩定圖譜II

  46. 添加聚丙烯酸銨分散劑之氧化鋁懸浮液的穩定圖譜添加聚丙烯酸銨分散劑之氧化鋁懸浮液的穩定圖譜

  47. 5.6 分散劑的優化

  48. (a)嵌段共聚物和(b)接枝共聚物在固體表面的吸附(a)嵌段共聚物和(b)接枝共聚物在固體表面的吸附

  49. 丙烯酸銨─丙烯酸甲酯共聚物分子結構

  50. 丙烯酸銨─甲烯酸甲酯親水基與疏水基不同m：n值的共聚物分散氧化鋁漿料的流變曲線

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