超细化是粉体工业升级的重要方向之一，其主要作用和目标就是实现纳米材料的产业化，但团聚问题又是拦在纳米材料在诸多行业实际应用中最大的绊脚石。随着分散技术和相关研究的不断进步，新理论和新装备也相继推出，有望将这一顽疾顺利攻克。最近，由上海复旦大学博士带队，以微射流技术装备应用为基础的迈克孚纳米技术应用中心表现抢眼，他们提供的纳米化均质分散技术得到众多领域科研人员和制造商的认可。

迈克孚领导团队与粉体圈负责人孙柯

张弘毅总经理（左）李磊研发总监（右）

原理与工艺

微射流技术是利用微型通道和结构，实现特定而复杂的流体操作的跨学科技术。在此基础上，迈克孚团队开发的微射流R均质机则是是利用成熟稳定的液压技术，在柱塞泵的作用下给液体物料增压，凭借准确压力调节，使物料压力增加到20Mpa至300Mpa之间设定的压力值。被增压的物料流向具有固定几何形状的金刚石纳米处理器并产生高速微射流，具有高速射流的物料在纳米处理器微通道内产生剪切、对撞、空穴效应等物理作用力，从而对物料起到粒径减小，均一、乳化的作用，并达到将活性成分包裹的效果。

迈克孚微射流R均质机工艺流程示意

金刚石纳米处理器是迈克孚R微射流均质机的核心处理单元，其内部为并联式（可线性放大）金刚石材质的固定结构微通道，不会随压力变化而变化，物料在流经微通道的过程中始终处于恒定峰值压力下，承受不间断的高剪切力作用，从而实现批次稳定的均一分散处理。

金刚石纳米处理器结构示意

应用案例

1、CMP抛光液应用

化学机械抛光（CMP）技术具有独特的化学和机械相结合的效应，是在机械抛光的基础上，根据所要抛光的表面，加入相应的化学试剂，从而达到增强抛光和选择性抛光的效果。化学机械抛光技术是迄今唯一可以提供整体平面化的表面精加工技术，它是从原子水平上进行材料去除，从而获得超光滑和超低损伤表面，该技术广泛应用于光学元件、计算机硬盘、微机电系统、集成电路等领域。抛光液是化学机械抛光技术的关键之一，其性能直接影响着被抛光工件的表面质量。

CMP抛光液一般由去离子水、磨料、pH值调节剂、氧化剂以及分散剂等添加剂组成。其中SiO2、Al2O3、CeO2 是应用最广泛的磨料。由于纳米磨料颗粒存在比表面积大、表面原子数多、表面能高等问题使其在水相介质中极易发生粒子团聚和快速沉降，导致抛光过程中表面粗糙度增加、划伤增多及抛光效率不稳定。因此，如何均匀分散成为制备CMP抛光液关键工艺之一。

通过迈克孚R微射高压均质机分散可以有效的将二氧化硅，二氧化铈等氧化物均匀分散到纳米级，有效解决抛光液纳米分散中团聚的痛点。

二氧化硅抛光液处理前后的透光性对比

某胶体二氧化硅抛光液微射流处理前（左）处理后（右）对比

2、碳纳米管分散应用

从结构上看碳纳米管是由一层或者多层石墨层片按照一定螺旋角卷曲而成的、直径为纳米量级的圆柱壳体。碳纳米管由于典型的一维管状结构，性能稳定，轴向上的性能极为优异的力学性质和导电性。正是由于这种高导电性，高结构稳定性等优势，使其在锂离子电极材料的应用不仅可以直接作为负极材料发挥结构稳定等优势，也可以作为导电添加剂提高正极材料的性能，大大提高了电极材料及锂离子电池的性能。

由于碳纳米管之间存在着比较强的范德华力，导致很容易缠绕在一起或者团聚成束，严重制约了碳纳米管的应用。如何提高碳纳米管的分散性成为目前迫切需要解决的问题。物理法是比较常用的分散碳纳米管的方法，超声法是一种物理方法，常在实验室内使用，但这种方法存在分散不完全，容易造成碳纳米管损伤，无法连续大规模生产等问题。迈克孚微射流R高压均质机使通过微通道的物料产生高速微射流，利用物理剪切、对撞、空穴效应等物理作用力，将碳纳米管团聚打开，并均匀分散在溶剂中，可以有效提高swcnts束的分散效率。 

碳纳米管分散

3、硅材料应用

硅负极材料在锂合金化过程中发生的体积膨胀，效率并不是固定的，而是与硅材料颗粒尺寸紧密相关。纳米级尺寸的硅颗粒，由于其独特的表面效应和尺寸效应，可以缓解硅体积变化引发的颗粒破碎粉化。目前主流的降低硅材料粒径的方式是采用球磨，但是在球磨的过程中部分硅材料容易发生氧化，另外在球磨后材料也容易重新团聚。迈克孚微射流R高压均质机处理可以获得更小的粒径分布的物料，并能起到很好的分散效果，在纳米硅材料的制备中有显著的作用。

锂电负极分散（注：左上为未处理样品粒度分布）

4、石墨烯剥离应用

石墨烯是已知的最先进的材料之一，由于其独特的特性，引起了人们的极大兴趣，在物理、化学、材料、生物医学和环境方面进行了广泛的研究。开发一种简便的方法来生产高质量、高产量的石墨烯对其商业化至关重要。

生产石墨烯主要有两种技术：自上而下和自下而上。一般来说，氧化还原、化学气相沉积、外延生长和机械剥离可用于生产石墨烯。近年来，液相剥离法作为一种从上到下制备高质量石墨烯的新方法受到了广泛的关注。微射流技术以恒定的压力和独特设计的纳米处理器可以确保物料的每一毫升体积都得到同样的均质，所以重现性非常好。迈克孚有成熟的微射流生产型设备，且从小试到生产都是用相同的微通道，只是将通道数并列增加，因此用户在后续产能放大时较为容易，节省研发时间及费用。

石墨烯液相剥离

设备参数与应用场景

实验型微射流均质机

中试型微射流均质机

生产型微射流均质机（多型号）

研发与生产应用场景

小结

纳米材料团聚问题除了影响CMP抛光、新能源等领域中应用，还会导致诸如先进陶瓷制备中的浆料流动性降低，成型压力增大，烧结性能劣化以及制品表面质量和外观不达标；催化剂活性区域减少，效率和反应选择性变弱；电子封装材料的散热变差，甚至引发开裂；涂层涂料的均匀性变差，硬度降低甚至缺陷的发生；生物医药载体流速和分布受限，继而导致药物的释放率降低，影响治疗效果，

迈克孚成立的初衷就是为客户提供高性价比的微射流均质设备与纳米化解决方案，让纳米分散及乳化不再困难。在微射流技术应用领域，迈克孚先后申请发明专利、实用新型专利10余件，并获得了国家高新技术企业认证。结合国内超高压微射流均质机应用场景，迈克孚拥有丰富的产业化实践经验，具备能力为客户提供更有价值的解决方案。

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