纳米粉体化学分散方法指的是选择一种或多种适宜的分散剂提高悬浮体的分散性，改善其稳定性及流变性。化学分散是分散纳米颗粒最本质、最有效的方法。

一、纳米颗粒化学分散的机理

1、双电层排斥理论

双电层排斥理论主要是DLVO理论，该理论是在忽略了高分子能够在粒子表面形成一层吸附层，同时也忽略了由于聚合物吸附而产生一种新的斥力——空间位阻斥力的情况下成立的。该理论揭示了纳米颗粒表面所带电荷与稳定性的关系，通过调解溶液的pH值或外加电解质等方法，来增加颗粒表面电荷，形成双电层，通过ζ电位增加，使颗粒间产生静电排斥作用，实现颗粒的稳定分散。体系的稳定性主要是通过双电层排斥能与范德华引力能的平衡来实现的，表达式如下

VT= VWA+ VER

式中, VT为两粒子总势能; VWA为范德华引力势能；VER为双电层排斥力能。

2 空间位阻稳定理论

双电层排斥理论不能用来解释高聚物或非粒子表面活性剂的胶体物系的稳定性。对于通过添加高分子聚合物作为分散剂的物系，可以用空间位阻稳定机理来解释。分散剂分子的锚固基团吸附在固体颗粒表面，其溶剂化链在介质中充分伸展形成位阻层，阻碍颗粒的碰撞团聚和重力沉淀。聚合物作为分散剂在不同分散体系中的稳定作用,在理论和实践中都已得到验证。但产生空间位阻稳定效应必需满足以下条件：A、锚固基团在颗粒表面覆盖率较高且发生强吸附，这种吸附可以是物理吸附也可以是化学吸附；B、溶剂化链充分伸展，形变形成一定厚度的吸附位阻层，通常保持颗粒间距大于10~20nm。

二、纳米陶瓷粉体分散剂的选择

由于纳米粉体具有大的比表面和表面能，粉体颗粒具有互相团聚来降低其表面能的趋势，因此粉体颗粒实际上是以团聚的形式存在的。在纳米陶瓷浆料中，粉体颗粒做永无休止的无序的布朗运动。颗粒在做“布朗运动”时彼此会经常碰撞，由于吸引作用，它们会连在一起。二次颗粒较单一颗粒运动的速度慢，但仍可能与其它粒子发生碰撞，进而形成更大的团聚体，直到大到无法运动从悬浮体中沉降下来，这样的过程称为“聚集”。我们在纳米胶体分散体系中加入分散剂的目的就是为了防止这种“聚集”的形成，使纳米颗粒在分散介质中充分地分散开来。

纳米粉体的分散属于疏液胶态体系，始终具有热力学不稳定性，疏液胶态体系的分散相与分散介质之间有着很大的分界面，这使它们保持了大的表面能，导致胶粒产生自动聚集的倾向，聚集使得胶体粒子变大，分散度降低。为了达到胶体化学意义上的稳定状态，有两条途径: 

A、使颗粒带上相同符号的电荷，彼此互相排斥；

B、通过在颗粒表面吸附某些物质如高分子，阻止颗粒的相互接近。

A方法为“静电稳定作用”，B方法为“空间位阻稳定作用 ”。

兼顾上述两种方法，采用既能产生空间位阻效应，又能发生离解而带电的聚电解质作为纳米陶瓷粉体分散剂是一种最有效的方法。这一类分散剂具有较大的分子量，吸附在固体颗粒表面，其高分子长链在介质中充分伸展，形成几纳米到几十纳米厚的吸附层，产生空间位阻效应能有效阻止颗粒间相互聚集。而且，其主链和支链上基团可发生离解而使其带电，吸附在颗粒表面可增加其带电量，因此除位阻作用外，还有静电稳定机理，即产生静电位阻稳定效应。颗粒在距离较远时，双电层斥力起主导作用；颗粒在距离较近时，空间位阻阻止颗粒靠近，这种静电位阻效应被认为可以产生最佳分散效果，从而，达到对相应纳米陶瓷粉体进行有效分散的目的。

陶瓷粉体的化学组成和表面性质对吸附作用有很大影响，不同种类的粉体对应不同类型的分散剂。分散剂的类型以及分散剂分子量、聚合度、离解度的确定是选择和应用纳米陶瓷分散剂的关键点。

对于等电点（pHiep）较高的Al2O3、ZrO2纳米粉，阴离子型聚电解质聚丙烯酸（PAA）、聚甲基丙烯酸（PMAA）在其表面可发生较强吸附，即使当pH值超过其等电点，粉体与PAA、PMAA均带负电，仍可以发生吸附。最近研究发现相对PAA、PMAA更有效的聚合物分散剂是嵌段共聚物或接枝共聚物，其中，丙烯酸铵—丙烯酸甲酯的共聚物用于分散Al2O3、ZrO2效果更好。这种聚合物是由两种单体共聚反应而成，其中一种单体A对固体表面有较强的亲和力，使共聚物一端强烈地吸附在粉体表面；另一端单体B与溶剂有较大的亲和性，深入到液体中，为悬浮体提供空间位阻作用。丙烯酸铵—丙烯酸甲酯的共聚物，其中亲水基团与疏水基团的比例m:n的值是可调的，根据m:n值的不同，可做成一系列产品。因此，m:n值要通过实验来确定，合理的m:n值，能够确保纳米料浆的粘度最低，且流动曲线符合牛顿型，分散效果最佳。 

等电点很低的SiC是酸性粉体，PAA、PMAA在它的表面基本不发生吸附，而采用阳离子型分散剂PEI时，SiC对其吸附量较大，而且分散效果也较好。对于SiC纳米粉体应采用聚乙烯亚胺（PEI）弱碱型聚电解质分散剂，它与SiC颗粒表面可发生较强的吸附。

选定分散剂之后，将聚电解质分散剂加入到纳米陶瓷粉体浆料中，选择合适的引入方式和引入量，并确保分散剂不能和料浆中的其他无机添加剂和有机添加剂发生络合反应。

小结：纳米粉体在介质中的分散效果与许多因素有关，除了与分散剂、添加剂的种类，引入量以及引入顺序等相关外，其中很重要的因素是引入添加剂之后的粉体料浆的pH值。因此，引入添加剂之后，需要对纳米陶瓷料浆的pH值进行调整，可通过在纳米料浆中引入电解质（冰醋酸，盐酸，四甲基铵水等），使料浆脱离等电点，保持ζ电位的绝对值达到最大值。这样，纳米颗粒之间可产生最大的电荷斥力，再结合聚电解质分散剂的空间位阻效应，实现聚电解质分散剂的高效分散作用。

（粉体圈 作者：敬之）