[发明专利]金属氧化物纳米粉体大气压常温等离子体改性处理方法

说明书

技术领域

本发明属纳米粉体材料的制备领域，特别是涉及一种金属氧化物纳米粉体大气压常温等离 子体改性处理方法。

背景技术

常温、常压等离子体化学气相沉积、离子注入、溅射、等离子喷涂、化学聚合、阳极 氧化等技术已在航空航天、电子、机械等领域中获得广泛应用。近年来这一新的表面处理 技术在纳米工程技术中发挥着越来越大的作用。

常温、常压等离子体是指部分或全部离子化的气体，包括电子、离子，还包括自由基 和光子等高能活性成分。常温、常压等离子体具有高能、高速、高活性的优点。非平衡态 常温、常压等离子体中电子温度与离子温度间的平衡关系不成立，常温、常压等离子体可 兼备使分子、原子有效激发并保存物质基体分子不被损伤的特色；在材料表面性能改善的 同时，基体性能不受影响；通过适当选择形成等离子体的气体种类和等离子体化学条件.能 够对材料表面层的化学结构和物理结构进行特种目的的改性，而且能够实现传统化学反应 所不能实现的反应。

由于纳米材料具有尺寸效应、表面效应、量子效应、宏观量子隧道效应等特性，从而 在光学、力学、电学、磁学等方面表现出不同于一般宏观材料的显著特征，近年来得到迅 速发展。金属氧化物纳米粉体和纳米膜材料在太阳能的存储与利用、光电转换、光致变色 及光催化降解大气和水中的污染物等方面具有广泛应用。金属氧化物纳米颗粒因具有光、 电、吸波等优点应用范围日益广泛。近年来，在金属氧化物纳米材料合成工艺不断取得新 进展的同时，对纳米材料表面后处理工艺的研究亦受到了重视。前期通过在金属氧化物纳 米材料表面包覆某种无机或有机化合物提高金属氧化物纳米颗粒的应用性能：耐侯性、耐 光性、分散性、表面活性等。对金属氧化物纳米颗粒表面改性已有不少的相关报道和应用， 金属氧化物纳米颗粒的表面改性方法主要分为液相法和气相法两大类。无机包覆用液相共 沉淀法完成，有机物的吸附则在气流粉碎时完成。金属氧化物纳米粉体无论是制备还是使 用过程中，均可能导致团聚，其中干燥和焙烧工序是造成纳米金属氧化物纳米粒子间硬团 聚的主要工序。为减轻金属氧化物纳米粒子间的团聚程度，中国发明专利03152887.2首 先用液相法制备水合TiO2或TiO2晶体溶胶，再加入表面活性剂，使表面活性剂吸附在纳 米TiO2表面再进行热处理。液相法虽然合成设备简单，但工艺费时繁琐，污染大，间歇式 操作，高温焙烧过程极易使纳米粒子间硬团聚或烧结，表面活性剂等添加剂的引入会降低 产品的纯度。

目前在国内外文献中，尚未见到利用大气压、常温等离子体改性的处理方法改善金属 氧化物纳米粉体表面性能的研究报导。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种金属氧化物纳米粉体大气压常温等离子体改 性处理方法，本方法为干法改性，在大气压和室温、开放的环境下可一步直接获得金属氧 化物纳米粉体表面的改性。

本发明的金属氧化物纳米粉体大气压常温等离子体改性处理方法，包括：

将金属氧化物纳米粉体置于等离子体处理设备的专用传输装置上，在大气压，开放环 境下，直接将等离子体喷射到金属氧化物纳米粉体表面，使金属氧化物纳米粉体在等离子 体氛围中运动，处理金属氧化物纳米粉体的功率为10W-5000W，时间为0.01s-6000s，产 生金属氧化物纳米粉体表面改性。

所述的等离子体处理设备(APPJ)为市售的商品。

所述的金属氧化物为二氧化钛、氧化铁、氧化铝、氧化锌、氧化铱、它们的混合体以 及它们与碳纳米管、蒙托土或二氧化硅的混合体。

所述的等离子体选自氦气、氩气或功能性气体中的一种或几种，其中氦气、氩气摩尔 比为50％-99.99％，功能性气体为0.001～30％，同时流经等离子体形成区形成等离子体 氛围。

所述的氦气或氩气的纯度为99.99％。