近年來，粉體處理技術是最引人注目的技術之一。很多行業、領域都要涉及到粉體，粉體粒子的使用特性不僅取決于粒子本體的性質，更主要取決于粒子的表面性質以及粒子與周圍介質的界面性質。因此粉體及超微粉體粒子的表面處理已成為改善產品的使用性能和開發各種新產品的有效途經，一直受到粉體材料研制工作者的極大重視。

所謂粉體的表面處理（又稱表面改性）是指用物理、化學、機械等方法對粉體材料表面或界面進行處理，有目的地改性粉體材料表面的化學性質，以滿足現代新材料、新工藝和新技術發展的需要。它的主要目的在于，（1）改善或改變粉體粒子在使用介質中的分散性；（2）彌補粉體自身存在的缺陷，改善其耐久性，如耐光、耐熱、耐蝕、耐候性等；（3）賦予粒子表面以新的功能，如光、電、電磁、熱、力學及化學性能等。從而可擴大產品用途、開發新的產品及提高粉體材料的附加價值。

表面改性的方法很多，目前，工業上粉體表面改性常用的傳統方法主要有表面化學包覆改性法、沉淀反應改性法和機械化學改性法及復合法等，關于這幾種表面改性方法，我們在之前就已經詳細地講解過啦，點擊鏈接查看哦~

一文了解粉體表面改性技術

下面給大家介紹四種先進的粉體表面改性技術，包括原子層沉積技術、低溫等離子體技術、化學鍍和原位表面改性，分析各技術的原理及其在粉體表面處理方面的應用。

一、原子層沉積技術

原子層沉積（ALD）顧名思義，是一種能夠按照原子層厚度進行沉積的薄膜生長的方法。因其原子尺度的薄膜生長控制、良好的保形性、均勻性、適用于高長寬比基底等特點，已成為半導體微電子行業中非常重要的一種技術手段。原子層沉積技術的特點使得它能夠對基底有很好的適應性，特別是對復雜結構器件、微型化器件、高長寬比器件、高比表面積的粉體材料。

臺式三維原子層沉積系統-ALD （來源：Quantum Design中國）

技術原理：原子層沉積技術使用氣相的反應物，通過控制氣路系統，交替通入氣相反應物（即前驅體）到反應室中，在基底表面發生化學反應，由反應進行的周期數控制沉積層數，一層一層的沉積。利用反應物表面反應的自飽和性和不可逆性，使得每次只在表面吸附上一層前驅體，從而實現原子層尺度可控的薄膜沉積。

ALD方法生成催化劑顆粒示意圖（來源：華中科技大學先進材料設計實驗室）

應用：原子層沉積技術作為一種特殊的氣相沉積方法，由于其反應的自限制特性，生長薄膜的過程為原子層尺度，并且薄膜覆蓋均勻，致密。所以，使用原子層沉積作為粉體材料的包覆方法的優點有以下幾點∶（1）能夠精確控制包覆物的厚度；（2）包覆均勻、致密，保形性好；（3）在使用專為粉體沉積設計的反應器時，能夠很大程度上避免粉體的團聚；（4）可控性好，可以在粉體表面沉積多種物質，且各物質的量可精確的控制；（5）對基底無特殊要求。基于以上這些優勢，使得原子層沉積技術在粉體材料的表面改性上具有十分廣闊的前景，原子層沉積改性粉體材料已經在能源、環境10-137、電池電極131以及各種高效催化劑的制備方面吸引了眾多研究人員，成為研究熱點。

二、低溫等離子體技術

低溫等離子體是在特定條件下使氣體部分電離而產生的非凝聚體系，是一種有效的表面改性技術，可對許多材料諸如金屬、半導體、高分子材料等進行表面改性。這種改性有許多明顯的特點僅發生在表面層，作用時間短，效率高，干態、不產生污染、操作方便等。在電子、機械、紡織、航天航空、生物醫學等方面已有廣泛應用。在納米材料的應用是一個熱點，由于納米粉體材料本身團聚問題，納米材料的表面改性也越來越受到重視，等離子體被看作是一種具有應用前景的方法。

等離子體 （來源：百度百科）

技術原理：低溫等離子體對無機粉體的表面處理多利用聚合性單體和引發氣體混合放電。其中放電引發氣體產生活性粒子，引發聚合性單體在粉體表面接枝聚合，形成改性覆層的技術。

在粉體材料表面處理方面的應用：

1、改進粉體分散性

由于粉體的表面效應，導致粉體很容易團聚，通過等離子體處理，可使粉體表面包膜或接枝，而產生粉體間的排斥力，使得粉體間不能接觸，從而防止團聚體的產生，提高粉體分散性能。

納米粉體Al?O?離子體聚合層（雙線微波膜厚度）

（a）尺寸為20nm （b）尺寸為10nm

2、改進界面結合性能

無機礦物填料在塑料、橡膠、膠黏劑等高分子材料工業及復合材領域發揮著重要的作用。但過多的填充往往容易導致有機高聚物整體材料的某些力學性能下降，并且容易脆化，等離子體技術正是改善這類材料力學性能的好方法。

3、改進粉體的表面性能

這部分應用主要有三個分維度，一是能提高粉體的著色力、遮蓋力和保色性；二是能保護粉體的固有性能及保護環境；三是在制藥領域，能夠使得粉體具有緩釋作用。

等離子體技術引人注目，隨著等離子體技術的蓬勃發展，它必將越來越廣泛地用于粉體材料的表面改性。等離子體技術對粉體材料表面改性的理論研究和應用研究將會更加廣泛和深人。粉體材料的等離子體處理技術若能實現工業化，降低處理成本，將大大促進復合材料的發展，但目前要實現這一目標尚需較大努力。

三、化學鍍

粉體表面鍍金屬膜是為了賦予粉體某些新的功能，例如抑制粉體分解、促進粉體燒結、賦予粉體導電性、或者制備復合材料時，使微粉均勻彌散強化。在國內外對多種新型的銅基復合材料在電子、電器及導電相關行業進行了系統的研究后，人們發現，采用化學鍍方法得到的金屬陶瓷復合粉體，可以控制粉體的團聚狀態，改善其分散特性，提高彌散相與燒結添加劑的均勻混合程度，促進燒結，有利于獲得致密、顯微結構均勻的陶瓷材料。

化學鍍鎳層具有優秀的均勻性、硬度、耐磨和耐蝕性等性能

技術原理：粉體化學鍍的原理與塊體材料化學鍍一致，它是通過還原劑（主要是次亞磷酸鈉、甲醛）在具有自催化作用的固相表面將金屬離子（主要是Ni2＋、Cu2＋）還原并沉積到固相表面從而獲得均勻的金屬鍍層?；瘜W鍍對施鍍對象無選擇性，無論金屬、陶瓷、高分子材料，只要其表面具備自催化活性就能獲得均勻的金屬涂層；另一方面可通過對施鍍對象有選擇地敏化、活化處理使化學沉積在預定區域進行。

Al?O?顆粒鍍銅或鍍鎳使Al?O?/青銅界面結合強度明顯上升

應用：采用化學鍍法能將兩種性能迥異的材料復合到一起獲得鍍層厚度均勻、性能全新的復合粉體。這些復合粉體的特點使其在陶瓷／金屬復合材料、儲氫材料、電工合金、隱身材料、減震材料等領域有較好的應用?？梢钥闯觯垠w化學鍍在各種新材料的制備中具有極大的發展潛力。但目前，粉體化學鍍的效率普遍不高，研制和開發具有連續施鍍能力的裝置與設備以提高生產效率、降低成本是粉體化學鍍工業化生產的必要條件。

四、原位表面改性

超細粉體化學法原位表面改性是在超細粉體的化學法制備過程中同時加入表面改性劑進行表面改性的方法。對粒徑很小的粉體特別是納米粉體來說，這是最好的表面改性方法，不但可制備出分散性良好的納米粉體，還可以有目的地改變納米粉體的外觀形貌甚至晶型，使粉體的超細效應不變，甚至增強并產生新的功能。下面介紹沉淀法超細粉體原位表面化學改性的技術原理。

技術原理：沉淀法超細粉體原位表面化學改性就是在沉淀法制備超細粉體過程的某一階段加入表面改性劑，在超細粉體形成的同時表面得到有機化改性，由于改性劑及時吸附在新生成的顆粒表面，影響了顆粒的牛長，降低了其表面張力，減弱了顆粒之間的團聚，能有效地減小粉體的表觀粒徑、增加粉體的比表面積，并使粉體改性完全，分散性得到明顯改善，同時還有可能使粉體的晶型發生改變，使亞穩態變為穩態。

左：超細硅酸鋁SEM照片 右：原位改性超細硅酸鋁SEM照片（粒度減小，分散度提高）

應用：原位表面改性是超細粉體表面改性的發展方向，其優點是超細粉體的制備與表面改性在一個設備中甚至同時完成，有利于簡化工藝，降低成本，同時可制備出表面改性完全，分散性良好，表面性能優異的超細粉體。

總結：

粉體表面改性產品是因應現代高技術、新材料產業，特別是功能材料產業發展而興起的新型功能材料，適應現代社會環保、節能、安全、健康的需求，是最具發展前景的無機礦物材料或功能粉體材料。粉體的表面改性技術需要不斷進步以適應相關應用領域的發展和變化。目前，表面改性仍存在很多本質問題有待解決，如改性機理研究不深入；改性效果表征和評價手段不規范；改性方法及設備不完善；改性效果不夠理想等。這些問題都需要各位領域工作者繼續進行研究和改進。

來源：澳達環保新材料

參考來源：

1、超細粉體化學法原位表面改性，毋偉（第七屆全國顆粒制備與處理學術暨應用研討會論文集）；

2、低溫等離子體技術及在粉體材料表面改性方面的應用，朱峰，楊沁玉，張菁，郭穎（合成技術及應用）；

3、粉體表面化學鍍的研究進展，冒愛琴（應用化工）；

4、.粉體化學鍍的研究及應用進展，劉君武，呂珺，王建民，鄭治祥，湯文明（金屬功能材料）；

5、粉體及超微粉體材料的表面處理，劉恒，李大成，張漢威（四川有色金屬）；

6、原子層沉積技術及其在粉體材料上的應用進展，黃鈺，宋珂琛，馮昊（化工新型材料）。

粉體圈 芷凌整理

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