У апошнія гады распрацоўка новых матэрыялаў паскорылася ва ўсім свеце. Даследаванні матэрыялаў рухаюцца ў бок экстрэмальных станаў і павышэння прадукцыйнасці. Сярод новых матэрыялаў значную ўвагу прыцягнулі ультрадысперсныя парашкі.
Сучасныя даследаванні ультрадысперсных парашкоў у асноўным сканцэнтраваны на чатырох аспектах: метадах атрымання, мікраструктуры, макраскапічных уласцівасцях і прымяненні. Сярод іх тэхналогія атрымання з'яўляецца найбольш важным фактарам.
Існуе мноства метадаў атрымання ультратонкіх парашкоў. У залежнасці ад агрэгатнага стану рэчыва іх можна класіфікаваць на цвёрдафазныя, вадкафазныя і газафазныя. У гэтым артыкуле прадстаўлены асноўныя... падрыхтоўка ультратонкага парашка метады і нядаўні прагрэс.
Цвёрдафазныя метады
Цвёрдафазная апрацоўка — гэта традыцыйны метад вытворчасці парашка. Ён адрозніваецца нізкім коштам, вялікай прадукцыйнасцю і простымі працэсамі. З развіццём высокаэнергетычных шарыкавы млын і камбінаваныя струменевае шліфаванне і класіфікацыя, гэты метад дагэтуль шырока выкарыстоўваецца ў тых выпадках, калі патрабуецца звышвысокая чысціня і строгі памер часціц кантроль не патрабуецца. Цвёрдафазныя метады ў асноўным выкарыстоўваюцца для атрымання ультратонкіх парашкоў далікатных матэрыялаў.
Механічнае шліфаванне
Механічнае драбненне памяншае памер часціц за кошт прыкладзеных механічных сіл. Цвёрдыя матэрыялы дэфармуюцца і разбураюцца пад уздзеяннем напружання, утвараючы больш дробныя часціцы.
Асноўныя механізмы драбнення ўключаюць: сціск, зрух, удар і абразіў.
Ліміт шліфавання залежыць ад некалькіх фактараў, такіх як:
- Уласцівасці матэрыялу
- Прыкладзенае механічнае напружанне
- Спосаб шліфавання
- Умовы працэсу
- Асяроддзе шліфавання
Тыповае абсталяванне для шліфавання ўключае ў сябе: струменевыя млыны, шаравыя млыны, млыны з перамешваннем, млыны з паветраным патокам і калоідныя млыны.
Тыповыя працоўныя дыяпазоны абсталявання для ультратонкага памолу
| Тып абсталявання | Памер падачы (мм) | Памер прадукту (мкм) | Прыдатная цвёрдасць | Рэжым шліфавання |
|---|---|---|---|---|
| Высакахуткасны ударная млын | < 8 | 3–74 | Сярэдні / мяккі | Сушыць |
| Рэактыўны млын | < 2 | 1–30 | Сярэдні / мяккі | Сушыць |
| Вібрацыйны млын | < 6 | 1–74 | Цвёрды / сярэдні / мяккі | Сухі / вільготны |
| Млын з перамешваннем | < 1 | 1–74 | Цвёрды / сярэдні / мяккі | Сухі / вільготны |
| Шаравой млын | < 10 | 1–100 | Цвёрды / сярэдні / мяккі | Сухі / вільготны |
| Калоідны млын | < 0,2 | 1–20 | Сярэдні / мяккі | Мокры |
Перавагі:
- Вялікія вытворчыя магутнасці
- Нізкі кошт
- Просты працэс
- Механічны–хімічны актывацыя паляпшае рэакцыйную здольнасць парашка
Недахопы:
- Ніжэйшая чысціня
- Абмежаваная тонкасць
- Дрэнны кантроль формы часціц
Гэты метад падыходзіць для буйной прамысловай вытворчасці, напрыклад, мінеральныя глыбокая апрацоўка.
Ультрагукавое пульверызаванне
Ультрагукавое драбненне выкарыстоўвае высокачашчынную вібрацыю для разбурэння цвёрдых часціц. Матэрыял звычайна дыспергуецца ў вадкім асяроддзі, часцей за ўсё ў вадзе.
Ультрагукавы генератар перадае энергію ў вадкасць. Калі назапашаная энергія ўнутры часціц перавышае іх энергію сувязі, адбываецца разбурэнне.
Ультрагукавое драбненне эфектыўна толькі для часціц з рыхлай структурай. Яно ў асноўным выкарыстоўваецца для дысперсіі агламераваных ультратонкіх часціц у вадкасцях. Таму яго часта называюць сістэмай ультрагукавой дысперсіі, а не сапраўдным метадам драбнення.
Метад тэрмічнага раскладання
Гэты метад стварае новыя цвёрдыя фазы шляхам тэрмічнага раскладання цвёрдых папярэднікаў. Тыповыя рэакцыі раскладання ўключаюць цвёрдую і газападобную фазы. Абсталяванне для тэрмічнага раскладання простае. Дастаткова звычайнага рэзістыўнага нагрэву. Працэс лёгка кантраляваць.
Аднак гэты метад звычайна абмежаваны аксіднымі парашкамі. Атрыманыя часціцы часта буйныя або моцна агламераваныя. Для атрымання ультратонкіх парашкоў звычайна патрабуецца дадатковае здрабненне.
Высокатэмпературная рэакцыя ў цвёрдым стане
Гэты метад пачынаецца з распрацоўкі складу і суадносін сыравіны. Звычайныя рэагенты ўключаюць аксіды, карбанаты і гідраксіды. Матэрыялы раўнамерна змешваюцца і прэсуюцца ў прэсаваныя формы. Затым іх абпальваюць пры высокай тэмпературы для ўтварэння патрэбнай фазы. Спечаны прадукт, нарэшце, здрабняецца да патрэбнага памеру часціц. Гэты метад шырока выкарыстоўваецца для складаных электронных керамічных парашкоў.
Ключавыя меркаванні ўключаюць:
- Выбар зыходных рэчываў моцна ўплывае на ўмовы рэакцыі і прадукты.
- Паслядоўнасць рэакцый уплывае на канчатковыя ўласцівасці парашка.
Перавагі:
- Падыходзіць для масавай вытворчасці
- Адносна нізкі кошт
Недахопы:
- Памер часціц цяжка паменшыць ніжэй за 0,5–1 мкм
- Механічнае драбненне можа ўводзіць прымешкі
Вадкафазныя метады
Вадкафазныя метады прапануюць гнуткія працэсы, прастату ў эксплуатацыі і дакладны кантроль памеру часціц. Яны дазваляюць кантраляваць склад і лёгка легіраваць. Змешванне можа адбывацца на малекулярным або атамным узроўні. Атрыманыя парашкі праяўляюць высокую павярхоўную актыўнасць. Гэтыя метады шырока выкарыстоўваюцца ў лабараторыях і прамысловасці для атрымання ультратонкіх парашкоў аксідаў металаў.
Метад ападкаў
Асаджэнне з'яўляецца адным з найбольш распаўсюджаных метадаў вадкафазнага сінтэзу.
Растваральныя солі рэагуюць у растворы з утварэннем нерастваральных злучэнняў, такіх як:
- Гідраксіды
- Карбанаты
- Сульфаты
- Оксалаты
Затым асадак раскладаецца награваннем або непасрэднай апрацоўкай для атрымання канчатковага прадукту.
Асноўныя метады ападкаў ўключаюць:
- Прамыя ападкі
- Сумеснае асаджэнне
- Аднастайныя ападкі
- Складаныя ападкі
- Гідролізныя ападкі
Перавагі:
- Просты працэс рэакцыі
- Нізкі кошт
- Лёгкае прамысловае маштабаванне
- Падыходзіць для адзінкавых або кампазітных аксідаў
Недахопы:
- Складаная фільтрацыя
- Рэшткавыя асадкі ў якасці прымешак
- Страта прадукту падчас мыцця
Гідратэрмальны метад
Гідратэрмальны метад працуе ў герметычнай сістэме пры высокай тэмпературы і высокім ціску. Рэакцыі адбываюцца ў вадзе, водных растворах або пары.
Гэты метад дазваляе атрымаць парашкі з:
- Малы памер часціц
- Высокая чысціня
- Добрае рассейванне
- Вузкае размеркаванне
- Кантраляваная крыштальная структура
- Мінімальная агламерацыя
Гэта дазваляе пазбегнуць праблем з фазавым ператварэннем, раскладаннем або выпарэннем, якія назіраюцца пры высокіх тэмпературах.
Звычайныя гідратэрмальныя метады ўключаюць:
гідроліз-акісленне, гідратэрмальнае асаджэнне, сінтэз, дэгідратацыя, раскладанне, крышталізацыя, анаднае акісленне і метады дугавага актыўнага электрода.
Гэты метад паказвае моцны патэнцыял развіцця.
Метад мікраэмульсіі (зваротнай міцэлы)
Мікраэмульсіі — гэта тэрмадынамічна стабільныя сістэмы, якія складаюцца з: вады, алею, павярхоўна-актыўных рэчываў і сумесных павярхоўна-актыўных рэчываў. Мікраэмульсіі тыпу «вада ў масле» дзейнічаюць як мікрарэактары. Яны абмяжоўваюць рост часціц у нанамаштабе.
Паколькі рэакцыя адбываецца ў малюсенькіх зародках вады, рост прадуктаў рэакцыі абмежаваны радыусам зародкаў вады. Такім чынам, памер зародкаў вады непасрэдна вызначае памер ультратонкіх часціц парашка. Выбіраючы розныя павярхоўна-актыўныя рэчывы і супавярхоўна-актыўныя рэчывы, фармуюцца зародкі вады рознага памеру, што дазваляе сінтэзаваць ультратонкія парашкі з рознымі памерамі часціц.
Гэты метад быў выкарыстаны для сінтэзу: нана-Fe₂O₃, нана-Al(OH)₃, нана-CdS і нана-Fe-B кампазітаў.
Золь-гель метад
Золь-гель метад пераўтварае металарганічныя або неарганічныя папярэднікі ў цвёрдыя рэчывы шляхам:
раствор → золь → гель → тэрмічная апрацоўка.
Зыходзячы з механізмаў гелеўтварэння, ён уключае ў сябе:
- Калоідны тып золя
- Неарганічны тып палімера
- Складаны тып
Гэты метад дае:
- Сферычныя часціцы
- Вузкае размеркаванне
- Мінімальная агламерацыя
- Аморфныя або нанакрышталічныя аксіды
Гэта таксама зніжае тэмпературу спякання і паскарае кінетыку ўшчыльнення.
Метад выпарвання растваральніка
Гэты метад выдаляе растваральнік з раствора. Перасычэнне прыводзіць да выпадзення растворанага рэчыва ў асадак. Для падтрымання аднастайнасці растворы распыляюцца ў дробныя кроплі. Звычайна выкарыстоўваецца тэхніка распылення.
Асноўныя варыянты ўключаюць:
- Сублімацыя
- Распыляльная сушка
- Сушка гарачым газам
- Распыляльны піроліз
Працэс распыляльнага піролізу:
- Растваральнік выпараецца з паверхні кропель
- Кропелькі памяншаюцца ў аб'ёме
- Растворанае рэчыва дыфузіруе да цэнтра
- Перадача цяпла ад газавай фазы да кропель
- Цяпло праводзіцца ўнутры кропель
Перавагі:
- Вырабляе сферычныя парашкі
- Добрая цякучасць
- Падыходзіць для складаных аксідаў
- Высокая чысціня
Недахопы:
- Дастасоўна толькі да растваральных соляў
Газафазныя метады
Газафазныя метады ўтвараюць ультратонкія часціцы непасрэдна ў газавай фазе.
Яны падзяляюцца на:
- Фізічныя працэсы (выпарэнне-кандэнсацыя)
- Хімічныя працэсы (газафазныя рэакцыі)
Метады нагрэву ўключаюць:
рэзістыўны нагрэў, сінтэз полымя, плазма і лазерны нагрэў.
Асноўныя характарыстыкі:
- Высокая чысціня
- Вузкае размеркаванне памераў часціц
- Выдатнае рассейванне
- Вельмі малы памер часціц
Выпарэнне-кандэнсацыя ў газе нізкага ціску
Любы цвёрды матэрыял можа ўтвараць наначасціцы шляхам выпарэння і кандэнсацыі.
Розныя крыніцы цяпла і атмасферы прыводзяць да розных працэсаў.
Метады нагрэву ўключаюць:
рэзістыўны нагрэў, дугавы разрад, плазма, індукцыйны нагрэў, лазерны нагрэў і нагрэў электронным прамянём. Плазменныя, індукцыйныя і лазерныя метады асабліва перспектыўныя для прамысловага прымянення.
Хімічнае асаджэнне з паравой фазы (CVD)
У CVD у якасці папярэднікаў выкарыстоўваюцца лятучыя металічныя злучэнні. Гэтыя злучэнні раскладаюцца або рэагуюць у газавай фазе з утварэннем наначасціц.
Ён вельмі эфектыўны для матэрыялаў з высокай тэмпературай плаўлення.
У залежнасці ад рэжыму нагрэву, CVD ўключае ў сябе:
- Тэрмахімічны хімічны апрацоўчы працэс (ХАГП)
- Плазменна-ўзмоцненая CVD
- Лазерны CVD
Перавагі:
- Вельмі высокая чысціня
- Дакладнае кіраванне працэсам
- Кіраванне інтэрфейсам на атамарным узроўні
- Гнуткі склад і крышталічная структура
CVD шырока выкарыстоўваецца ў мікраэлектроніцы, функцыянальных пакрыццях і сінтэзе ультратонкіх часціц.
Метад распылення
Пры распыленні паміж электродамі ўзнікае тлеючы разрад. Іоны бамбардзіруюць матэрыял мішэні, выкідваючы атамы. Распыленыя атамы астываюць і кандэнсуюцца або рэагуюць, утвараючы ультратонкія парашкі.
Гэты метад можа прывесці да:
- Металічныя парашкі з высокай тэмпературай плаўлення
- Складаныя парашкі
- Кампазітныя парашкі
Перавагі:
- Вузкае размеркаванне памераў часціц
Недахопы:
- Вельмі нізкі выхад прадукцыі
Іншыя метады ўключаюць сінтэз шаблонаў, сінтэз з паравой фазы металаў і газафазную кандэнсацыю.
Заключэнне
Даследаванні ў галіне падрыхтоўкі ультратонкіх парашкоў імкліва развіваюцца. Новыя тэхналогіі працягваюць з'яўляцца, у той час як традыцыйныя метады пастаянна ўдасканальваюцца. На практыцы працэсы выбіраюцца або камбінуюцца ў залежнасці ад патрабаванняў да мэтавага парашка. Выбар матэрыялаў і аптымізацыя параметраў яшчэ больш паляпшаюць характарыстыкі парашка. У параўнанні з развітымі краінамі, кітайская прамысловасць вытворчасці парашкоў усё яшчэ сутыкаецца з праблемамі. Ключавыя праблемы ўключаюць акісленне, агламерацыю і паглынанне вільгаці. Вырашэнне гэтых праблем мае важнае значэнне для дасягнення маштабнай прамысловай вытворчасці ультратонкіх парашкоў.
«Дзякуй за чытанне. Спадзяюся, мой артыкул будзе карысным. Калі ласка, пакіньце каментар ніжэй. Вы таксама можаце звязацца з прадстаўніком службы падтрымкі кліентаў Zelda онлайн, калі ў вас ёсць дадатковыя пытанні».
— Апублікавана Эмілі Чэн