納米粉體化學分散方法指的是選擇一種或多種適宜的分散劑提高懸浮體的分散性，改善其穩定性及流變性。化學分散是分散納米顆粒最本質、最有效的方法。

一、納米顆粒化學分散的機理

1、雙電層排斥理論

雙電層排斥理論主要是DLVO理論，該理論是在忽略了高分子能夠在粒子表面形成一層吸附層，同時也忽略了由于聚合物吸附而產生一種新的斥力——空間位阻斥力的情況下成立的。該理論揭示了納米顆粒表面所帶電荷與穩定性的關系，通過調解溶液的pH值或外加電解質等方法，來增加顆粒表面電荷，形成雙電層，通過ζ電位增加，使顆粒間產生靜電排斥作用，實現顆粒的穩定分散。體系的穩定性主要是通過雙電層排斥能與范德華引力能的平衡來實現的，表達式如下

VT= VWA+ VER

式中, VT為兩粒子總勢能; VWA為范德華引力勢能；VER為雙電層排斥力能。

2 空間位阻穩定理論

雙電層排斥理論不能用來解釋高聚物或非粒子表面活性劑的膠體物系的穩定性。對于通過添加高分子聚合物作為分散劑的物系，可以用空間位阻穩定機理來解釋。分散劑分子的錨固基團吸附在固體顆粒表面，其溶劑化鏈在介質中充分伸展形成位阻層，阻礙顆粒的碰撞團聚和重力沉淀。聚合物作為分散劑在不同分散體系中的穩定作用,在理論和實踐中都已得到驗證。但產生空間位阻穩定效應必需滿足以下條件：A、錨固基團在顆粒表面覆蓋率較高且發生強吸附，這種吸附可以是物理吸附也可以是化學吸附；B、溶劑化鏈充分伸展，形變形成一定厚度的吸附位阻層，通常保持顆粒間距大于10~20nm。

二、納米陶瓷粉體分散劑的選擇

由于納米粉體具有大的比表面和表面能，粉體顆粒具有互相團聚來降低其表面能的趨勢，因此粉體顆粒實際上是以團聚的形式存在的。在納米陶瓷漿料中，粉體顆粒做永無休止的無序的布朗運動。顆粒在做“布朗運動”時彼此會經常碰撞，由于吸引作用，它們會連在一起。二次顆粒較單一顆粒運動的速度慢，但仍可能與其它粒子發生碰撞，進而形成更大的團聚體，直到大到無法運動從懸浮體中沉降下來，這樣的過程稱為“聚集”。我們在納米膠體分散體系中加入分散劑的目的就是為了防止這種“聚集”的形成，使納米顆粒在分散介質中充分地分散開來。

納米粉體的分散屬于疏液膠態體系，始終具有熱力學不穩定性，疏液膠態體系的分散相與分散介質之間有著很大的分界面，這使它們保持了大的表面能，導致膠粒產生自動聚集的傾向，聚集使得膠體粒子變大，分散度降低。為了達到膠體化學意義上的穩定狀態，有兩條途徑: 

A、使顆粒帶上相同符號的電荷，彼此互相排斥；

B、通過在顆粒表面吸附某些物質如高分子，阻止顆粒的相互接近。

A方法為“靜電穩定作用”，B方法為“空間位阻穩定作用 ”。

兼顧上述兩種方法，采用既能產生空間位阻效應，又能發生離解而帶電的聚電解質作為納米陶瓷粉體分散劑是一種最有效的方法。這一類分散劑具有較大的分子量，吸附在固體顆粒表面，其高分子長鏈在介質中充分伸展，形成幾納米到幾十納米厚的吸附層，產生空間位阻效應能有效阻止顆粒間相互聚集。而且，其主鏈和支鏈上基團可發生離解而使其帶電，吸附在顆粒表面可增加其帶電量，因此除位阻作用外，還有靜電穩定機理，即產生靜電位阻穩定效應。顆粒在距離較遠時，雙電層斥力起主導作用；顆粒在距離較近時，空間位阻阻止顆粒靠近，這種靜電位阻效應被認為可以產生最佳分散效果，從而，達到對相應納米陶瓷粉體進行有效分散的目的。

陶瓷粉體的化學組成和表面性質對吸附作用有很大影響，不同種類的粉體對應不同類型的分散劑。分散劑的類型以及分散劑分子量、聚合度、離解度的確定是選擇和應用納米陶瓷分散劑的關鍵點。

對于等電點（pHiep）較高的Al2O3、ZrO2納米粉，陰離子型聚電解質聚丙烯酸（PAA）、聚甲基丙烯酸（PMAA）在其表面可發生較強吸附，即使當pH值超過其等電點，粉體與PAA、PMAA均帶負電，仍可以發生吸附。最近研究發現相對PAA、PMAA更有效的聚合物分散劑是嵌段共聚物或接枝共聚物，其中，丙烯酸銨—丙烯酸甲酯的共聚物用于分散Al2O3、ZrO2效果更好。這種聚合物是由兩種單體共聚反應而成，其中一種單體A對固體表面有較強的親和力，使共聚物一端強烈地吸附在粉體表面；另一端單體B與溶劑有較大的親和性，深入到液體中，為懸浮體提供空間位阻作用。丙烯酸銨—丙烯酸甲酯的共聚物，其中親水基團與疏水基團的比例m:n的值是可調的，根據m:n值的不同，可做成一系列產品。因此，m:n值要通過實驗來確定，合理的m:n值，能夠確保納米料漿的粘度最低，且流動曲線符合牛頓型，分散效果最佳。 

等電點很低的SiC是酸性粉體，PAA、PMAA在它的表面基本不發生吸附，而采用陽離子型分散劑PEI時，SiC對其吸附量較大，而且分散效果也較好。對于SiC納米粉體應采用聚乙烯亞胺（PEI）弱堿型聚電解質分散劑，它與SiC顆粒表面可發生較強的吸附。

選定分散劑之后，將聚電解質分散劑加入到納米陶瓷粉體漿料中，選擇合適的引入方式和引入量，并確保分散劑不能和料漿中的其他無機添加劑和有機添加劑發生絡合反應。

小結：納米粉體在介質中的分散效果與許多因素有關，除了與分散劑、添加劑的種類，引入量以及引入順序等相關外，其中很重要的因素是引入添加劑之后的粉體料漿的pH值。因此，引入添加劑之后，需要對納米陶瓷料漿的pH值進行調整，可通過在納米料漿中引入電解質（冰醋酸，鹽酸，四甲基銨水等），使料漿脫離等電點，保持ζ電位的絕對值達到最大值。這樣，納米顆粒之間可產生最大的電荷斥力，再結合聚電解質分散劑的空間位阻效應，實現聚電解質分散劑的高效分散作用。

（粉體圈 作者：敬之）