[发明专利]一种控制微细粒子聚集形态的方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料科学领域，尤其涉及一种控制微细粒子聚集形态的方法。

背景技术

一般情况下，微细粉体粒子的聚集形态是不确定的，一些呈现团簇形状，一些呈现链的形状。在电流变液体(由不导电的母液和电介质微粒组成)中，介电粒子热运动形成的均匀悬浮液在外电场的作用下，介电粒子表面出现极化电荷形成电偶极子。电偶极子之间的相互作用促使粒子沿电场方向排列，形成链状聚集结构，如文献“朱克勤，陶容甲，电流变液和电流变效应，力学进展，第24卷，第2期，1994”。这种现象能够使电流变液迅速固化，并具有可逆性，目前电流变液体已经商品化。在气、固两相分散体系中，微细介电粒子在电场作用下同样能够形成粒子链聚集体。最早进行系统研究的是G.Zebel等学者，他们是在利用静电除尘器收集铁的氧化物粒子过程中对粒子链的形成进行了描述，指出气、固两相体系中粒子链的形成同样源于电偶极子的相互作用，并提出了静电形成力的概念，如文献“G.Zebel，‘über die aggregatbildung zwischen kugelformigen aerosolteilchen mit parallelausgerichteten dipolmomenten，’Staub，vol.23，263-268，1963”和“R.Flossmann and A.Schütz，‘Untersuchungen zur Entstaubung von braunem konverterrauch nach einemneuartigen elektrostatischen verfahren，’Staub，vol.23，443-451，1963”。从静电粉尘收集的角度，主要关注的是微细粒子能否在静电场作用下聚集成粗大粒子，便于收集，并不关注粒子聚集体的具体形状。但是从材料科学角度，如果粒子的聚集形态可以人为控制，使粒子链为主要聚集形态，那么对于制备功能微细纤维以及纤维结构陶瓷材料有很重要的意义。

G.Kasper等学者利用火焰产生的Fe₂O₃气溶胶粒子进行了实验研究，粒子的粒径范围在几十纳米，实验结果表明通过控制燃烧气体成分和气溶胶粒子浓度，粒子链聚集体是可以控制形成的，如文献“G.Kasper，S-N Shon and D.T.Shaw，‘controlled formation of chainaggregates from very small metal oxide particles’，Am.Ind.Hyg.Assoc.J(41)，288-296，1980”。在文献“H.Yamamoto and S.Masuda，‘Fabrication of ultrafineceramic filter，’IEEE Trans.Ind.Appl.，vol.27，pp.307-310，1991”和“H.Yamamotoand S.Masuda，‘Electrostatic formation of ceramic membrane，’Ceram.Trans.，vol.31，pp.305-314，1993”中，H.Yamamoto和S.Masuda首先进行了利用静电力控制微细粒子的聚集形态制作陶瓷多孔膜的实验研究，微细粒子来源于化学气相沉积法(CVD，chemical vapordeposition method)生成的Si₃N₄粒子，平均粒径为70纳米。Si₃N₄粒子在静电场作用下形成了粒子链沉积在基材表面，在1200℃温度烧结后，得到了三维网络结构的多孔陶瓷膜，有效孔径在0.2～1.0um范围。在上述两位学者之后，文献“B.Su and K.L.Choy，‘Electrostaticassisted aerosol-gel deposition of porous silica films，’J.Mater.Sci.Lett.，vol.18，pp.1705-1707，1999”中，B.Su和K.L.Choy将硅溶胶水溶液雾化，雾化过程中硅溶胶颗粒被荷上电荷，在静电力的作用下沉积在玻璃基材表面，再经500℃温度加热，最后得到了网状结构的SiO₂膜。但是近年来，上述学者对静电形成多孔陶瓷膜的研究归于沉寂。

发明内容

本发明的目的是提供一种控制微细粒子聚集形态的方法，该方法可以控制粒子的排列方式，使粒子以珍珠链形式聚集，在制备微细纤维方面有重要应用。