近年来，粉体处理技术是最引人注目的技术之一。很多行业、领域都要涉及到粉体，粉体粒子的使用特性不仅取决于粒子本体的性质，更主要取决于粒子的表面性质以及粒子与周围介质的界面性质。因此粉体及超微粉体粒子的表面处理已成为改善产品的使用性能和开发各种新产品的有效途经，一直受到粉体材料研制工作者的极大重视。

所谓粉体的表面处理（又称表面改性）是指用物理、化学、机械等方法对粉体材料表面或界面进行处理，有目的地改性粉体材料表面的化学性质，以满足现代新材料、新工艺和新技术发展的需要。它的主要目的在于，（1）改善或改变粉体粒子在使用介质中的分散性；（2）弥补粉体自身存在的缺陷，改善其耐久性，如耐光、耐热、耐蚀、耐候性等；（3）赋予粒子表面以新的功能，如光、电、电磁、热、力学及化学性能等。从而可扩大产品用途、开发新的产品及提高粉体材料的附加价值。

表面改性的方法很多，目前，工业上粉体表面改性常用的传统方法主要有表面化学包覆改性法、沉淀反应改性法和机械化学改性法及复合法等，关于这几种表面改性方法，我们在之前就已经详细地讲解过啦，点击链接查看哦~

一文了解粉体表面改性技术

下面给大家介绍四种先进的粉体表面改性技术，包括原子层沉积技术、低温等离子体技术、化学镀和原位表面改性，分析各技术的原理及其在粉体表面处理方面的应用。

一、原子层沉积技术

原子层沉积（ALD）顾名思义，是一种能够按照原子层厚度进行沉积的薄膜生长的方法。因其原子尺度的薄膜生长控制、良好的保形性、均匀性、适用于高长宽比基底等特点，已成为半导体微电子行业中非常重要的一种技术手段。原子层沉积技术的特点使得它能够对基底有很好的适应性，特别是对复杂结构器件、微型化器件、高长宽比器件、高比表面积的粉体材料。

台式三维原子层沉积系统-ALD （来源：Quantum Design中国）

技术原理：原子层沉积技术使用气相的反应物，通过控制气路系统，交替通入气相反应物（即前驱体）到反应室中，在基底表面发生化学反应，由反应进行的周期数控制沉积层数，一层一层的沉积。利用反应物表面反应的自饱和性和不可逆性，使得每次只在表面吸附上一层前驱体，从而实现原子层尺度可控的薄膜沉积。

ALD方法生成催化剂颗粒示意图（来源：华中科技大学先进材料设计实验室）

应用：原子层沉积技术作为一种特殊的气相沉积方法，由于其反应的自限制特性，生长薄膜的过程为原子层尺度，并且薄膜覆盖均匀，致密。所以，使用原子层沉积作为粉体材料的包覆方法的优点有以下几点∶（1）能够精确控制包覆物的厚度；（2）包覆均匀、致密，保形性好；（3）在使用专为粉体沉积设计的反应器时，能够很大程度上避免粉体的团聚；（4）可控性好，可以在粉体表面沉积多种物质，且各物质的量可精确的控制；（5）对基底无特殊要求。基于以上这些优势，使得原子层沉积技术在粉体材料的表面改性上具有十分广阔的前景，原子层沉积改性粉体材料已经在能源、环境10-137、电池电极131以及各种高效催化剂的制备方面吸引了众多研究人员，成为研究热点。

二、低温等离子体技术

低温等离子体是在特定条件下使气体部分电离而产生的非凝聚体系，是一种有效的表面改性技术，可对许多材料诸如金属、半导体、高分子材料等进行表面改性。这种改性有许多明显的特点仅发生在表面层，作用时间短，效率高，干态、不产生污染、操作方便等。在电子、机械、纺织、航天航空、生物医学等方面已有广泛应用。在纳米材料的应用是一个热点，由于纳米粉体材料本身团聚问题，纳米材料的表面改性也越来越受到重视，等离子体被看作是一种具有应用前景的方法。

等离子体 （来源：百度百科）

技术原理：低温等离子体对无机粉体的表面处理多利用聚合性单体和引发气体混合放电。其中放电引发气体产生活性粒子，引发聚合性单体在粉体表面接枝聚合，形成改性覆层的技术。

在粉体材料表面处理方面的应用：

1、改进粉体分散性

由于粉体的表面效应，导致粉体很容易团聚，通过等离子体处理，可使粉体表面包膜或接枝，而产生粉体间的排斥力，使得粉体间不能接触，从而防止团聚体的产生，提高粉体分散性能。

纳米粉体Al₂O₃离子体聚合层（双线微波膜厚度）

（a）尺寸为20nm （b）尺寸为10nm

2、改进界面结合性能

无机矿物填料在塑料、橡胶、胶黏剂等高分子材料工业及复合材领域发挥着重要的作用。但过多的填充往往容易导致有机高聚物整体材料的某些力学性能下降，并且容易脆化，等离子体技术正是改善这类材料力学性能的好方法。

3、改进粉体的表面性能

这部分应用主要有三个分维度，一是能提高粉体的着色力、遮盖力和保色性；二是能保护粉体的固有性能及保护环境；三是在制药领域，能够使得粉体具有缓释作用。

等离子体技术引人注目，随着等离子体技术的蓬勃发展，它必将越来越广泛地用于粉体材料的表面改性。等离子体技术对粉体材料表面改性的理论研究和应用研究将会更加广泛和深人。粉体材料的等离子体处理技术若能实现工业化，降低处理成本，将大大促进复合材料的发展，但目前要实现这一目标尚需较大努力。

三、化学镀

粉体表面镀金属膜是为了赋予粉体某些新的功能，例如抑制粉体分解、促进粉体烧结、赋予粉体导电性、或者制备复合材料时，使微粉均匀弥散强化。在国内外对多种新型的铜基复合材料在电子、电器及导电相关行业进行了系统的研究后，人们发现，采用化学镀方法得到的金属陶瓷复合粉体，可以控制粉体的团聚状态，改善其分散特性，提高弥散相与烧结添加剂的均匀混合程度，促进烧结，有利于获得致密、显微结构均匀的陶瓷材料。

化学镀镍层具有优秀的均匀性、硬度、耐磨和耐蚀性等性能

技术原理：粉体化学镀的原理与块体材料化学镀一致，它是通过还原剂（主要是次亚磷酸钠、甲醛）在具有自催化作用的固相表面将金属离子（主要是Ni2＋、Cu2＋）还原并沉积到固相表面从而获得均匀的金属镀层。化学镀对施镀对象无选择性，无论金属、陶瓷、高分子材料，只要其表面具备自催化活性就能获得均匀的金属涂层；另一方面可通过对施镀对象有选择地敏化、活化处理使化学沉积在预定区域进行。

Al₂O₃颗粒镀铜或镀镍使Al₂O₃/青铜界面结合强度明显上升

应用：采用化学镀法能将两种性能迥异的材料复合到一起获得镀层厚度均匀、性能全新的复合粉体。这些复合粉体的特点使其在陶瓷／金属复合材料、储氢材料、电工合金、隐身材料、减震材料等领域有较好的应用。可以看出，粉体化学镀在各种新材料的制备中具有极大的发展潜力。但目前，粉体化学镀的效率普遍不高，研制和开发具有连续施镀能力的装置与设备以提高生产效率、降低成本是粉体化学镀工业化生产的必要条件。

四、原位表面改性

超细粉体化学法原位表面改性是在超细粉体的化学法制备过程中同时加入表面改性剂进行表面改性的方法。对粒径很小的粉体特别是纳米粉体来说，这是最好的表面改性方法，不但可制备出分散性良好的纳米粉体，还可以有目的地改变纳米粉体的外观形貌甚至晶型，使粉体的超细效应不变，甚至增强并产生新的功能。下面介绍沉淀法超细粉体原位表面化学改性的技术原理。

技术原理：沉淀法超细粉体原位表面化学改性就是在沉淀法制备超细粉体过程的某一阶段加入表面改性剂，在超细粉体形成的同时表面得到有机化改性，由于改性剂及时吸附在新生成的颗粒表面，影响了颗粒的牛长，降低了其表面张力，减弱了颗粒之间的团聚，能有效地减小粉体的表观粒径、增加粉体的比表面积，并使粉体改性完全，分散性得到明显改善，同时还有可能使粉体的晶型发生改变，使亚稳态变为稳态。

左：超细硅酸铝SEM照片 右：原位改性超细硅酸铝SEM照片（粒度减小，分散度提高）

应用：原位表面改性是超细粉体表面改性的发展方向，其优点是超细粉体的制备与表面改性在一个设备中甚至同时完成，有利于简化工艺，降低成本，同时可制备出表面改性完全，分散性良好，表面性能优异的超细粉体。

总结：

粉体表面改性产品是因应现代高技术、新材料产业，特别是功能材料产业发展而兴起的新型功能材料，适应现代社会环保、节能、安全、健康的需求，是最具发展前景的无机矿物材料或功能粉体材料。粉体的表面改性技术需要不断进步以适应相关应用领域的发展和变化。目前，表面改性仍存在很多本质问题有待解决，如改性机理研究不深入；改性效果表征和评价手段不规范；改性方法及设备不完善；改性效果不够理想等。这些问题都需要各位领域工作者继续进行研究和改进。

来源：澳达环保新材料

参考来源：

1、超细粉体化学法原位表面改性，毋伟（第七届全国颗粒制备与处理学术暨应用研讨会论文集）；

2、低温等离子体技术及在粉体材料表面改性方面的应用，朱峰，杨沁玉，张菁，郭颖（合成技术及应用）；

3、粉体表面化学镀的研究进展，冒爱琴（应用化工）；

4、.粉体化学镀的研究及应用进展，刘君武，吕珺，王建民，郑治祥，汤文明（金属功能材料）；

5、粉体及超微粉体材料的表面处理，刘恒，李大成，张汉威（四川有色金属）；

6、原子层沉积技术及其在粉体材料上的应用进展，黄钰，宋珂琛，冯昊（化工新型材料）。

粉体圈 芷凌整理

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