納米氧化鋁是光學(xué)單晶、精細(xì)陶瓷、精密拋光材料、濕敏性傳感器等的重要原料，廣泛應(yīng)用于材料、微電子及宇航工業(yè)等高科技領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景。

一、納米氧化鋁粉體表面修飾目的

納米氧化鋁粉體經(jīng)表面改性后，其吸附、潤(rùn)濕、分散等一系列表面性質(zhì)都將發(fā)生變化，有利于顆粒保存、運(yùn)輸及使用。

通過修飾納米粒子表面，可以達(dá)到以下目的：

1、改善納米氧化鋁粉體的分散性，消除了粒子表面的帶電效應(yīng)，防止了團(tuán)聚。同時(shí)，在粒子之間存在一個(gè)勢(shì)壘，在合成燒結(jié)過程中顆粒也不易長(zhǎng)大。

2、提高納米氧化鋁粉體粒子的表面活性，為納米粒子的偶聯(lián)、接枝創(chuàng)造了條件。

3、改善納米氧化鋁粉體粒子與分散介質(zhì)之間的相容性，使之與分散介質(zhì)達(dá)到良好的浸潤(rùn)狀態(tài)。

二、納米氧化鋁粉體表面修飾方法

目前，根據(jù)修飾劑與納米氧化鋁粉體粒子表面的作用機(jī)理，可將納米氧化鋁的修飾方法分為表面物理修飾和表面化學(xué)修飾。

1、表面物理修飾

表面物理修飾一般是指利用修飾劑對(duì)納米氧化鋁粒子的物理作用，如利用范德華力的吸附、涂覆和包覆等，或指純粹物理手段對(duì)納米粉體實(shí)施表面改性的方法，如超聲處理、光電子輻照處理以及熱處理和等離子體處理。常見修飾方法有吸附、包覆、光輻射處理等。

（1）吸附

納米氧化鋁粒子在水溶液中分散性極差，易團(tuán)聚。使用表面活性劑可以防止納米粒子的團(tuán)聚，使其分散更均勻。表面活性劑帶有兩個(gè)極性不同的集團(tuán)，極性的親水基團(tuán)與水相溶，非極性的親油基吸附到粒子的表面，這樣在粒子表面活性劑向外伸展形成粒子束，阻止了顆粒間的相互接觸，避免團(tuán)聚的發(fā)生。

吸附方法示意圖

（2）包覆

與吸附方法一樣，包覆也是通過范德華力等將異質(zhì)材料沉積在納米氧化鋁的表面，形成核層為納米氧化鋁，殼層為與氧化鋁無化學(xué)結(jié)合的“核一殼”結(jié)構(gòu)，防止粒子間的團(tuán)聚，通常包覆量較吸附量更大些。

包覆方法示意圖

（3）輻照處理

輻照技術(shù)是用電離輻射與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的物理化學(xué)等效應(yīng)的一門新技術(shù)，利用高能射線與物質(zhì)相互作用，在短時(shí)間內(nèi)把能量傳遞給氧化鋁，使氧化鋁表面發(fā)生電離和激發(fā)變化，產(chǎn)生各種效應(yīng)，從而達(dá)到氧化鋁粒子的改性。例如，紫外處理的納米氧化鋁粉體粒子，分散性能夠得到較大程度的改善。

（4）其它方法

實(shí)際上，在納米粉體分散方面可用到物理修飾方法很多，如表面沉積、表面化學(xué)鍍等，往往形成氧化鋁基的復(fù)合材料，提高納米粒子分散性的同時(shí)，也在一定程度上掩蓋了納米粒子本身特性。

2、化學(xué)修飾方法

納米氧化鋁表面殘留部分羥基及剩余電荷，利用這種性質(zhì)可有目的地選擇改性劑使之進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，改變氧化鋁表面的結(jié)構(gòu)和狀態(tài)，達(dá)到表面改性的目的。納米氧化鋁表面化學(xué)修飾常見的方法有以下幾種：偶聯(lián)劑法、接枝法、接枝一包覆法。

（1）偶聯(lián)劑法

納米氧化鋁粒子表面能較高，與表面能比較低的有機(jī)體系親和性差。當(dāng)兩者共混時(shí)，容易形成相分離。解決方法通常采用偶聯(lián)技術(shù)。偶聯(lián)劑一般是雙功能基團(tuán)的化合物，可同時(shí)與無機(jī)物和有機(jī)物反應(yīng)，當(dāng)偶聯(lián)劑處理時(shí)，其一端與氧化鋁表面的羥基結(jié)合，另一端與分散介質(zhì)作用。常用于納米氧化鋁表面處理的偶聯(lián)劑有硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑等。

鈦酸酯偶聯(lián)劑法方法示意圖

（2）接枝法

納米氧化鋁的表面存在活性的羥基，以羥基作為接枝反應(yīng)的活性點(diǎn)，接枝油溶性基團(tuán)，接枝物一般為小分子，本質(zhì)上偶聯(lián)處理也等同于接枝。該方法優(yōu)點(diǎn)是接枝的量可以控制，效率較高。

常見的接枝小分子有硬脂酸、4，4 - 二苯基甲烷二異氰酸、甲基 - 2，4 - 二異氰酸酯等。

接枝法示意圖

（3）接枝一包覆法

接枝一包覆法先通過接枝或偶聯(lián)技術(shù)在納米氧化鋁表面形成一層有機(jī)物（多為小分子），然后再用引發(fā)劑使單體在粒子表面有機(jī)層上接枝聚合，最后形成以氧化鋁為核，聚合層為殼層的無機(jī)一有機(jī)“核一殼”式結(jié)構(gòu)。接枝一包覆法的優(yōu)點(diǎn)是殼層厚度可以通過有機(jī)物加入量來控制。

納米氧化鋁微觀形貌

（形成以氧化鋁為核，聚合層為殼層的無機(jī)一有機(jī)“核一殼”式結(jié)構(gòu)）

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