一、引言
YTZ 氧化鋯球(氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯球)在納米材料制備中扮演著關(guān)鍵角色,其特性對(duì)納米材料的最終性能有著顯著影響。為滿足不同納米材料的制備需求,需要綜合考慮 YTZ 氧化鋯球的多種特性來進(jìn)行選擇。
二、YTZ 氧化鋯球特性及與納米材料制備需求的關(guān)聯(lián)
化學(xué)成分
氧化釔含量:YTZ 氧化鋯球中氧化釔(Y?O?)的含量會(huì)影響其相結(jié)構(gòu)。例如,3mol% 氧化釔穩(wěn)定的四方氧化鋯(3Y - TZP)具有良好的力學(xué)性能和相變?cè)鲰g特性。在制備對(duì)韌性要求較高的納米復(fù)合材料時(shí),如納米陶瓷復(fù)合材料,選擇 3Y - TZP 氧化鋯球可利用其相變?cè)鲰g機(jī)制,在研磨過程中減少納米顆粒的破損,保證納米材料的結(jié)構(gòu)完整性。而對(duì)于一些需要高溫穩(wěn)定相的納米材料制備,如用于高溫固體氧化物燃料電池的電解質(zhì)納米材料,可能需要更高氧化釔含量(如 10mol%)的氧化鋯球,以確保在高溫制備過程中氧化鋯球自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,不發(fā)生相變影響納米材料的純度和性能。
雜質(zhì)含量:雜質(zhì)的存在可能會(huì)對(duì)納米材料的性能產(chǎn)生不良影響。低雜質(zhì)含量的 YTZ 氧化鋯球適用于對(duì)純度要求高的納米材料制備,如電子器件領(lǐng)域的納米材料。哪怕極少量的雜質(zhì)離子,如鐵、鈣等,都可能改變納米材料的電學(xué)性能。在制備納米電子材料時(shí),選擇經(jīng)過嚴(yán)格提純工藝、雜質(zhì)含量極低的 YTZ 氧化鋯球,能有效避免雜質(zhì)引入對(duì)納米材料電學(xué)性能的干擾。
粒徑大小及分布
粒徑大小:較小粒徑的 YTZ 氧化鋯球具有較大的比表面積,在研磨納米材料時(shí)能提供更高的研磨效率,適用于將較大顆粒原料研磨成納米級(jí)顆粒的初始階段。例如在制備納米碳酸鈣時(shí),小粒徑的氧化鋯球可快速破碎原料顆粒,加速粒徑減小。而較大粒徑的氧化鋯球則具有更高的沖擊能量,對(duì)于一些硬度較高的原料,在研磨后期需要進(jìn)一步細(xì)化顆粒且要求更高的破碎力時(shí),大粒徑的氧化鋯球能發(fā)揮更好的作用。比如在制備碳化硅納米顆粒時(shí),大粒徑氧化鋯球可對(duì)硬度高的碳化硅原料進(jìn)行強(qiáng)力破碎,促使其達(dá)到納米級(jí)尺寸。
粒徑分布:均勻的粒徑分布可保證研磨過程的穩(wěn)定性和一致性。在制備對(duì)粒徑均一性要求嚴(yán)格的納米材料,如藥物載體納米顆粒時(shí),使用粒徑分布窄的 YTZ 氧化鋯球能確保研磨后納米顆粒的粒徑相對(duì)集中,避免出現(xiàn)粒徑差異過大影響藥物載體的性能,如載藥量和釋藥速率等。
密度與硬度
密度:較高密度的 YTZ 氧化鋯球在研磨過程中能提供更大的動(dòng)能,適用于研磨質(zhì)地較硬的原料以制備納米材料。例如在制備納米剛玉粉時(shí),高密度的氧化鋯球能憑借其較大的動(dòng)能,有效破碎硬度高的剛玉原料,使其達(dá)到納米級(jí)尺寸。而對(duì)于一些質(zhì)地較軟的原料,如制備納米纖維素,過高密度的氧化鋯球可能會(huì)過度研磨,導(dǎo)致納米纖維素的結(jié)構(gòu)破壞,此時(shí)可選擇密度相對(duì)較低的氧化鋯球,既能實(shí)現(xiàn)研磨效果,又能保證納米材料的結(jié)構(gòu)特性。
硬度:硬度與 YTZ 氧化鋯球的耐磨性和研磨效率密切相關(guān)。硬度高的氧化鋯球適用于長時(shí)間、高強(qiáng)度的研磨過程,如在大規(guī)模工業(yè)化制備納米二氧化鈦時(shí),高硬度的氧化鋯球能在長時(shí)間研磨中保持自身形狀和性能穩(wěn)定,持續(xù)高效地將二氧化鈦原料研磨成納米級(jí)顆粒。但對(duì)于一些本身硬度較低且易發(fā)生晶格畸變的納米材料,如某些層狀結(jié)構(gòu)的納米材料,過高硬度的氧化鋯球可能會(huì)破壞其晶格結(jié)構(gòu),此時(shí)應(yīng)選擇硬度適中的氧化鋯球。
耐磨性
表面性質(zhì)
表面粗糙度:表面較為光滑的 YTZ 氧化鋯球在研磨納米材料時(shí),能減少納米顆粒在球體表面的吸附和團(tuán)聚,有利于保持納米顆粒的分散性。例如在制備納米銀顆粒時(shí),光滑表面的氧化鋯球可避免納米銀顆粒過度吸附在球表面,防止團(tuán)聚現(xiàn)象發(fā)生,保證納米銀顆粒的良好分散性,從而提升其在抗菌、催化等領(lǐng)域的應(yīng)用性能。而表面略帶粗糙度的氧化鋯球在某些情況下,可增加與原料的摩擦力,提高研磨效率,適用于一些對(duì)分散性要求相對(duì)不高,但對(duì)研磨效率要求較高的納米材料制備。
表面化學(xué)性質(zhì):具有特定表面化學(xué)性質(zhì)的 YTZ 氧化鋯球可與納米材料發(fā)生特定的相互作用。例如表面帶有羥基的氧化鋯球,在制備某些有機(jī) - 無機(jī)納米復(fù)合材料時(shí),可通過與有機(jī)分子形成氫鍵等相互作用,促進(jìn)有機(jī)相與無機(jī)相的結(jié)合,提升納米復(fù)合材料的性能。
三、不同納米材料制備場(chǎng)景下的 YTZ 氧化鋯球選擇實(shí)例
納米陶瓷制備
納米金屬氧化物制備
納米復(fù)合材料制備
四、結(jié)論
選擇合適特性的 YTZ 氧化鋯球?qū)τ诓煌{米材料的制備至關(guān)重要。需要綜合考慮 YTZ 氧化鋯球的化學(xué)成分、粒徑大小及分布、密度與硬度、耐磨性和表面性質(zhì)等多方面特性,并結(jié)合具體納米材料的制備需求和應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行選擇。通過合理選擇 YTZ 氧化鋯球,可有效提升納米材料的制備效率和質(zhì)量,滿足不同領(lǐng)域?qū){米材料性能的要求。