近年來(lái)，粉體處理技術(shù)是最引人注目的技術(shù)之一。很多行業(yè)、領(lǐng)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(zhì)，更主要取決于粒子的表面性質(zhì)以及粒子與周?chē)橘|(zhì)的界面性質(zhì)。因此粉體及超微粉體粒子的表面處理已成為改善產(chǎn)品的使用性能和開(kāi)發(fā)各種新產(chǎn)品的有效途經(jīng)，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(xué)、機(jī)械等方法對(duì)粉體材料表面或界面進(jìn)行處理，有目的地改性粉體材料表面的化學(xué)性質(zhì)，以滿足現(xiàn)代新材料、新工藝和新技術(shù)發(fā)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(zhì)中的分散性；（2）彌補(bǔ)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(xué)及化學(xué)性能等。從而可擴(kuò)大產(chǎn)品用途、開(kāi)發(fā)新的產(chǎn)品及提高粉體材料的附加價(jià)值。

表面改性的方法很多，目前，工業(yè)上粉體表面改性常用的傳統(tǒng)方法主要有表面化學(xué)包覆改性法、沉淀反應(yīng)改性法和機(jī)械化學(xué)改性法及復(fù)合法等，關(guān)于這幾種表面改性方法，我們?cè)谥熬鸵呀?jīng)詳細(xì)地講解過(guò)啦，點(diǎn)擊鏈接查看哦~

一文了解粉體表面改性技術(shù)

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

一、原子層沉積技術(shù)

原子層沉積（ALD）顧名思義，是一種能夠按照原子層厚度進(jìn)行沉積的薄膜生長(zhǎng)的方法。因其原子尺度的薄膜生長(zhǎng)控制、良好的保形性、均勻性、適用于高長(zhǎng)寬比基底等特點(diǎn)，已成為半導(dǎo)體微電子行業(yè)中非常重要的一種技術(shù)手段。原子層沉積技術(shù)的特點(diǎn)使得它能夠?qū)子泻芎玫倪m應(yīng)性，特別是對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)器件、微型化器件、高長(zhǎng)寬比器件、高比表面積的粉體材料。

臺(tái)式三維原子層沉積系統(tǒng)-ALD （來(lái)源：Quantum Design中國(guó)）

技術(shù)原理：原子層沉積技術(shù)使用氣相的反應(yīng)物，通過(guò)控制氣路系統(tǒng)，交替通入氣相反應(yīng)物（即前驅(qū)體）到反應(yīng)室中，在基底表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，由反應(yīng)進(jìn)行的周期數(shù)控制沉積層數(shù)，一層一層的沉積。利用反應(yīng)物表面反應(yīng)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(qū)體，從而實(shí)現(xiàn)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(lái)源：華中科技大學(xué)先進(jìn)材料設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室）

應(yīng)用：原子層沉積技術(shù)作為一種特殊的氣相沉積方法，由于其反應(yīng)的自限制特性，生長(zhǎng)薄膜的過(guò)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(yōu)點(diǎn)有以下幾點(diǎn)∶（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(shè)計(jì)的反應(yīng)器時(shí)，能夠很大程度上避免粉體的團(tuán)聚；（4）可控性好，可以在粉體表面沉積多種物質(zhì)，且各物質(zhì)的量可精確的控制；（5）對(duì)基底無(wú)特殊要求。基于以上這些優(yōu)勢(shì)，使得原子層沉積技術(shù)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(jīng)在能源、環(huán)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(diǎn)。

二、低溫等離子體技術(shù)

低溫等離子體是在特定條件下使氣體部分電離而產(chǎn)生的非凝聚體系，是一種有效的表面改性技術(shù)，可對(duì)許多材料諸如金屬、半導(dǎo)體、高分子材料等進(jìn)行表面改性。這種改性有許多明顯的特點(diǎn)僅發(fā)生在表面層，作用時(shí)間短，效率高，干態(tài)、不產(chǎn)生污染、操作方便等。在電子、機(jī)械、紡織、航天航空、生物醫(yī)學(xué)等方面已有廣泛應(yīng)用。在納米材料的應(yīng)用是一個(gè)熱點(diǎn)，由于納米粉體材料本身團(tuán)聚問(wèn)題，納米材料的表面改性也越來(lái)越受到重視，等離子體被看作是一種具有應(yīng)用前景的方法。

等離子體 （來(lái)源：百度百科）

技術(shù)原理：低溫等離子體對(duì)無(wú)機(jī)粉體的表面處理多利用聚合性單體和引發(fā)氣體混合放電。其中放電引發(fā)氣體產(chǎn)生活性粒子，引發(fā)聚合性單體在粉體表面接枝聚合，形成改性覆層的技術(shù)。

在粉體材料表面處理方面的應(yīng)用：

1、改進(jìn)粉體分散性

由于粉體的表面效應(yīng)，導(dǎo)致粉體很容易團(tuán)聚，通過(guò)等離子體處理，可使粉體表面包膜或接枝，而產(chǎn)生粉體間的排斥力，使得粉體間不能接觸，從而防止團(tuán)聚體的產(chǎn)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(jìn)界面結(jié)合性能

無(wú)機(jī)礦物填料在塑料、橡膠、膠黏劑等高分子材料工業(yè)及復(fù)合材領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。但過(guò)多的填充往往容易導(dǎo)致有機(jī)高聚物整體材料的某些力學(xué)性能下降，并且容易脆化，等離子體技術(shù)正是改善這類(lèi)材料力學(xué)性能的好方法。

3、改進(jìn)粉體的表面性能

這部分應(yīng)用主要有三個(gè)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(hù)粉體的固有性能及保護(hù)環(huán)境；三是在制藥領(lǐng)域，能夠使得粉體具有緩釋作用。

等離子體技術(shù)引人注目，隨著等離子體技術(shù)的蓬勃發(fā)展，它必將越來(lái)越廣泛地用于粉體材料的表面改性。等離子體技術(shù)對(duì)粉體材料表面改性的理論研究和應(yīng)用研究將會(huì)更加廣泛和深人。粉體材料的等離子體處理技術(shù)若能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，降低處理成本，將大大促進(jìn)復(fù)合材料的發(fā)展，但目前要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)尚需較大努力。

三、化學(xué)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(jìn)粉體燒結(jié)、賦予粉體導(dǎo)電性、或者制備復(fù)合材料時(shí)，使微粉均勻彌散強(qiáng)化。在國(guó)內(nèi)外對(duì)多種新型的銅基復(fù)合材料在電子、電器及導(dǎo)電相關(guān)行業(yè)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究后，人們發(fā)現(xiàn)，采用化學(xué)鍍方法得到的金屬陶瓷復(fù)合粉體，可以控制粉體的團(tuán)聚狀態(tài)，改善其分散特性，提高彌散相與燒結(jié)添加劑的均勻混合程度，促進(jìn)燒結(jié)，有利于獲得致密、顯微結(jié)構(gòu)均勻的陶瓷材料。

化學(xué)鍍鎳層具有優(yōu)秀的均勻性、硬度、耐磨和耐蝕性等性能

技術(shù)原理：粉體化學(xué)鍍的原理與塊體材料化學(xué)鍍一致，它是通過(guò)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。化學(xué)鍍對(duì)施鍍對(duì)象無(wú)選擇性，無(wú)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(guò)對(duì)施鍍對(duì)象有選擇地敏化、活化處理使化學(xué)沉積在預(yù)定區(qū)域進(jìn)行。

Al?O?顆粒鍍銅或鍍鎳使Al?O?/青銅界面結(jié)合強(qiáng)度明顯上升

應(yīng)用：采用化學(xué)鍍法能將兩種性能迥異的材料復(fù)合到一起獲得鍍層厚度均勻、性能全新的復(fù)合粉體。這些復(fù)合粉體的特點(diǎn)使其在陶瓷／金屬?gòu)?fù)合材料、儲(chǔ)氫材料、電工合金、隱身材料、減震材料等領(lǐng)域有較好的應(yīng)用。可以看出，粉體化學(xué)鍍?cè)诟鞣N新材料的制備中具有極大的發(fā)展?jié)摿Α５壳埃垠w化學(xué)鍍的效率普遍不高，研制和開(kāi)發(fā)具有連續(xù)施鍍能力的裝置與設(shè)備以提高生產(chǎn)效率、降低成本是粉體化學(xué)鍍工業(yè)化生產(chǎn)的必要條件。

四、原位表面改性

超細(xì)粉體化學(xué)法原位表面改性是在超細(xì)粉體的化學(xué)法制備過(guò)程中同時(shí)加入表面改性劑進(jìn)行表面改性的方法。對(duì)粒徑很小的粉體特別是納米粉體來(lái)說(shuō)，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(xì)效應(yīng)不變，甚至增強(qiáng)并產(chǎn)生新的功能。下面介紹沉淀法超細(xì)粉體原位表面化學(xué)改性的技術(shù)原理。

技術(shù)原理：沉淀法超細(xì)粉體原位表面化學(xué)改性就是在沉淀法制備超細(xì)粉體過(guò)程的某一階段加入表面改性劑，在超細(xì)粉體形成的同時(shí)表面得到有機(jī)化改性，由于改性劑及時(shí)吸附在新生成的顆粒表面，影響了顆粒的牛長(zhǎng)，降低了其表面張力，減弱了顆粒之間的團(tuán)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(shí)還有可能使粉體的晶型發(fā)生改變，使亞穩(wěn)態(tài)變?yōu)榉€(wěn)態(tài)。

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

應(yīng)用：原位表面改性是超細(xì)粉體表面改性的發(fā)展方向，其優(yōu)點(diǎn)是超細(xì)粉體的制備與表面改性在一個(gè)設(shè)備中甚至同時(shí)完成，有利于簡(jiǎn)化工藝，降低成本，同時(shí)可制備出表面改性完全，分散性良好，表面性能優(yōu)異的超細(xì)粉體。

總結(jié)：

粉體表面改性產(chǎn)品是因應(yīng)現(xiàn)代高技術(shù)、新材料產(chǎn)業(yè)，特別是功能材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展而興起的新型功能材料，適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)環(huán)保、節(jié)能、安全、健康的需求，是最具發(fā)展前景的無(wú)機(jī)礦物材料或功能粉體材料。粉體的表面改性技術(shù)需要不斷進(jìn)步以適應(yīng)相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展和變化。目前，表面改性仍存在很多本質(zhì)問(wèn)題有待解決，如改性機(jī)理研究不深入；改性效果表征和評(píng)價(jià)手段不規(guī)范；改性方法及設(shè)備不完善；改性效果不夠理想等。這些問(wèn)題都需要各位領(lǐng)域工作者繼續(xù)進(jìn)行研究和改進(jìn)。

來(lái)源：澳達(dá)環(huán)保新材料

參考來(lái)源：

1、超細(xì)粉體化學(xué)法原位表面改性，毋偉（第七屆全國(guó)顆粒制備與處理學(xué)術(shù)暨應(yīng)用研討會(huì)論文集）；

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

3、粉體表面化學(xué)鍍的研究進(jìn)展，冒愛(ài)琴（應(yīng)用化工）；

4、.粉體化學(xué)鍍的研究及應(yīng)用進(jìn)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(shù)及其在粉體材料上的應(yīng)用進(jìn)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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