纳米颗粒干式分散的方法以及分层结构及涂层的生产技术

本发明专利技术涉及分散合成的或天然的纳米颗粒以及纳米复合材料的方法以及它们在不同行业中的应用，包括陶瓷、涂层、聚合物、建筑、涂料、催化剂、药物和粉状材料行业。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】纳米颗粒干式分散的方法以及分层结构及涂层的生产
本专利技术涉及分散合成的或天然的纳米颗粒以及纳米复合材料的方法以及它们在若干行业中的应用，最显著的通常是陶瓷、涂层、聚合物、建筑、涂料、催化剂、药物和粉状材料行业。
技术介绍
纳米颗粒的使用在不同工业领域显著增长。近年来在应用上的持续增加是基于氧化或非氧化性质的不同类型的纳米颗粒与有机或无机结构的发展的可利用性，并且以合成或提取方式获得。纳米颗粒通常与其他化合物(无论是否是纳米颗粒)组合使用，并且大量用作所谓的纳米复合物的前体，该纳米复合物是复合型材料，其中包括它的一种要素是在至少其维度之一具有纳米级尺寸，低于100nm。一种维度在纳米级范围的材料可能具有球形、片状或纤维状的形态，等等。在材料基质中分散的纳米颗粒的添加通常为纳米复合材料性质带来显著改善并且根据它的性质，可以包括各种电的、磁的、光的、催化的等等特征。纳米颗粒的高度特异表面使它们团聚，因此对于分散状态而言，显著降低它们的效率并且改进它们的性质。团聚度因此是一个要被避免的因素以便实现纳米颗粒的最大效率。用于实现纳米颗粒分散的大多数不同处理是基于在溶剂存在下的所谓的湿式工艺，该溶剂被除去后造成再团聚的发生。在许多情形下，所用溶剂并不环保。标准工艺由使用机械、磁或超声手段在解聚溶剂中稀释纳米颗粒所组成。这一类型的工艺的代表性实例是在液体介质中一起振荡纳米颗粒以及其他比纳米颗粒尺寸大200和1000倍之间的颗粒以便防止团聚物的形成同时在除去这些颗粒后引入低污染[JP2005087972]。在化妆品、药物、食品等应用中，更常见的工艺由在纳米颗粒的水性悬浮液中以有助于纳米颗粒分散的方式添加表面活性剂如两性分子所组成[EP1293248、W02006106521或W02008013785]。近来开始使用的不用溶剂的另一类型的工艺是所谓的干式处理。这些工艺的实例是有效的解聚，例如：a)硅石纳米颗粒，通过以二氧化碳使用超临界流体技术用不同添加剂来改变纳米颗粒的表面，如硅烷处理，以获得非-团聚的纳米颗粒[LiL.，UrushiharaY.，MatsuiJ.，J.ChemEngJap.(2007)40，11，993-998]；b)亚微米颗粒，大于100nm，沉积在通过使用速度大于50ms-1的高剪力转子所产生的较大有机颗粒上[W02007112805]；c)由于剪应力的作用，实现用作聚合物基质的无机颗粒与有机颗粒的涂层；和d)使用短时高强热循环造成用作基质的聚合物颗粒的融合，产生了相似的两或更多组分的涂层[US2004018109]。在用于干式分散的不同工艺中共同的一方面是使用高能量工艺来实现颗粒解聚。分散的纳米颗粒的一个应用领域是薄膜或厚膜形式的涂层在特定基材上的形成。在这些工艺中，纳米颗粒的分散需要使用溶剂和表面改性试剂。无机纳米颗粒分散物与有机要素如聚合物或蜡的使用，通过施加静电或磁场而使得在诸如木材、织物、塑料、纸、皮革、玻璃、陶瓷和金属的基材上形成柱状结构涂层[W02006084413]。基于滑石、碳酸钙、硅石粘土和塑料的纳米颗粒在悬浮液中的使用可以用来在纤维素或无机材料基材上形成阻挡涂层[W02004074574]。具有通过电荷以及进一步真空干燥工艺得到的改性表面的纳米颗粒意指可以在液体介质中制备悬浮液，该悬浮液沉积在带有相反符号的电荷的基材上并因此形成具有纳米颗粒悬浮液的涂层[JP2007016317]。从普遍观点讲，迄今使用的分散纳米颗粒的工艺是基于改变纳米颗粒的表面特性来阻止它们团聚。在颗粒之间产生的主要的力是内聚型(如果它在相同材料的颗粒之间产生)或附着型(如果它们存在于在不同材料之间或与基材)。有助于这一类型的颗粒相互作用的主要力是静电力和范德华力[Feng，J.Q.，andHays，D.A.PowderTechnology(2003)135-136，65-75]。静电力与颗粒表面的净电荷相关，对于绝缘材料颗粒更高。对于团聚的颗粒，或纳米颗粒，静电电荷相当于在团聚物的表面颗粒上累积的电荷。相反，在团聚物中使颗粒聚在一起的力是范德华力型。范德华力的来源是由于材料内在的极化过程而产生的分子相互作用。因此在两颗粒之间的距离小于10-9m时，范德华力占主导。与本专利技术相关的实验源于室温下，在ZnO和Co3O4的亚微米颗粒材料之间，铁磁型界面所产生的物理和化学现象的研究，该过程在所述温度下分别具有反磁性和顺磁性反应[Martín-González，M.S.，Fernandez，J.F.，Rubio-Marcos，F.，Lorite，I.，Costa-Kramer，J.L.，Quesada，A.，M.A.，Fierro，J.L.G.，JournalofAppliedPhysics(2008)，103，083905]。在颗粒之间的分散是通过在水性介质中的碾磨工艺所进行的并且两种类型的颗粒之间的相互作用是通过X射线光电子光谱学和Raman光谱学所测定。该相互作用由钴颗粒的表面减少所组成，表明颗粒间电化学反应的存在。此种颗粒的团聚物呈现出相反符号的静电颗粒的累积并且因此在这些颗粒之间的吸引可能是这一现象的来源。
技术实现思路
本专利技术提出一种用于在不同形态(圆形的、平面的，线的形式)和性质(有机、无机和聚合的等)的其他颗粒或基材上干式分散纳米颗粒的低剪力方法，其允许生产新型材料，其中颗粒在更大的颗粒上散布并且甚至实现在不同基材上形成涂层。这一工艺的特征在于在该工艺期间不存在溶剂，即它是不需要高剪切率的干式工艺。本专利技术目的的纳米颗粒在干燥介质中的分散是基于通过在不同性质的颗粒之间或颗粒和基材之间产生的附着力来转换(alter)将相同类型的颗粒聚在一起的内聚力。本专利技术的实施方式需要通过适当的手段使两种材料的混合物均质化，其中一种材料或至少其维度之一是纳米级，也即小于100nm。以这种方式，获得一种产品，该产品的材料具有通过短程力而在纳米颗粒或不同形态的颗粒上或者在基材上分散且锚定的纳米颗粒的颗粒分布。根据待分散的纳米晶体材料以及支持颗粒或基材的特性，并且由于所用力的性质，对于给定数量的纳米颗粒有效地产生了分散。除了分散了的纳米颗粒以及与纳米颗粒结合的最佳速率，也获得了与支持颗粒相混合的纳米颗粒团。因此获得的产物被用作生产纳米结构材料或纳米复合物的前体，其中它们的加工是在将要用作基质的材料上分散纳米颗粒的一部分。随后的热处理允许纳米颗粒与有效锚定它们的支持物或基材进行部分反应，或者允许由嵌入支持颗粒或基材的涂层组成的新型化合物。因此，本专利技术的第一方面涉及将一种或多种类型的纳米颗粒分散在其他支持颗粒或基材中的方法，其中至少一种类型的纳米颗粒在其维度的至少之一具有小于100nm的尺寸。该工艺包括在干燥介质中搅拌所述纳米颗粒以及其他支持颗粒或基材。贯穿说明书和权利要求书，措词“包括”及其变形并不旨在排除其他技术特征、添加物、组分或步骤。对于本领域技术人员，本专利技术的其他目的、优点以及特性将部分从说明书中显现而部分从本专利技术的实践中显现。为了补充所作说明书并且为了帮助更好地理解本专利技术的特性，根据对其的详细说明，结合一组附图作为本说明书的一体部分用于说明目的而不限制本专利技术的范围。附图说明图1.-表示场发射扫描电子显微镜的显微照本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将纳米颗粒分散在其他支持颗粒或基材中的方法，该纳米颗粒在至少一个维度的尺寸小于１００ｎｍ，所述方法包括在干燥介质中搅拌它们。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】ESP2008021772008年7月22日1.一种将纳米颗粒分散在其他支持颗粒或基材上以生产分层结构和涂层的方法，所述方法包括在干燥介质中以选自30、40、42或60rpm的速度搅拌它们，在混合器中进行所述搅拌，并且对分散物进行热处理，其中：该纳米颗粒在至少一个维度的尺寸小于100nm，且选自硅酸盐或金属氧化物，并且纳米颗粒以相对于支持颗粒的重量计小于5％的比率被添加用于分散，所述支持颗粒选自金属氧化物，所述基材选自陶瓷、玻璃、金属型材料或复合材料。2.根据权利要求1的方法，其中在基材上分散的过量纳米颗粒通过气压被除去，得到厚度小于100nm的纳米颗粒涂层。3.根据权利要求1的方法，其中支持颗粒选自铝、镍或锌的氧化物。4.根据权利要求1至3中任一项的方法，其中纳米颗...

【专利技术属性】
技术研发人员：何塞·弗朗西斯科·费尔南德斯·罗萨诺，
申请(专利权)人：西班牙高等科研理事会，
类型：发明
国别省市：ES