Der Unterschied in der Kohäsionskraft zwischen verschiedenen Pulvern ist auf die Art und Stärke der Kräfte zwischen den Partikeln (Van-der-Waals-Kräfte, Kapillarkräfte, elektrostatische Kräfte usw.) zurückzuführen. Zu den wichtigsten Einflussfaktoren gehören Partikelgröße, Oberflächenrauheit, Feuchtigkeitsgehalt und Materialeigenschaften, was zu einer Kohäsionskraft führt, die sich über mehrere Größenordnungen erstrecken kann (von 10 ⁻⁶ N bis 10 ⁻¹ N). Dieser Unterschied kann quantitativ durch den Aggregationsmerkmalsindex, die Oberflächenspannung und das Rauheitskorrekturmodell beschrieben werden.
Keramische Partikel haben ein breites Anwendungsspektrum in den Bereichen Materialwissenschaften, Elektronik, Chemieingenieurwesen, Medizin und anderen Bereichen. Aufgrund ihrer hohen Oberflächenenergie und einfachen Aggregationseigenschaften war die Dispersion jedoch schon immer eine zentrale Herausforderung bei der Herstellung leistungsstarker Keramikmaterialien. In diesem Artikel werden gängige Arten von Keramikpartikeln vorgestellt und geeignete Dispergiermittel für verschiedene Keramikmaterialien empfohlen, um die Dispersionsstabilität und Verarbeitungsleistung zu verbessern.
Ein Partikel bezieht sich auf die kleinste unabhängige und diskrete Einheit, die durch die Keimbildung und das Wachstum von Substanzen in einem bestimmten Reaktionssystem (wie Verbrennung, Fällung, Gasphasensynthese usw.) mit regelmäßigen oder unregelmäßigen geometrischen Formen entsteht. Es kann als das grundlegendste Individuum verstanden werden, das im Prozess der materiellen Bildung „angeboren“ ist.
Hydroxylgruppen (-OH) können auf der Oberfläche von Metalloxiden Säure oder Alkalität in Form der Aufnahme oder Bereitstellung von Protonen aufweisen. Durch die Anpassung der Menge und Verteilung der Hydroxylgruppen kann eine präzise Kontrolle des Säuregehalts und der Alkalität der Oberfläche erreicht werden, wodurch der Aktivierungsweg und die Selektivität katalytischer Reaktionen beeinflusst werden.
An ungesättigten Metallstellen von Metalloxiden oder Halbleiteroxiden (wie Ti4+, Fe3+) adsorbieren Wassermoleküle zunächst in molekularer Form, gefolgt von der Spaltung der O-H-Bindung, was zu Brücken- oder terminalen Hydroxylgruppen (M-OH) und Oberflächenwasserstoffatomen führt. Die thermodynamische Triebkraft dieses Prozesses beruht auf der starken Lewis-Acidität der Metallionen, die die Dissoziation von Wassermolekülen erleichtert. Sowohl Experimente als auch DFT-Berechnungen deuten darauf hin, dass mit niedrigem Sauerstoffgehalt bedeckte Oberflächen zur Dissoziation und Adsorption neigen, während mit hohem Sauerstoffgehalt bedeckte Oberflächen zur Adsorption von Molekülen neigen.
Unter Surface Hydroxyl Engineering versteht man die gezielte Regulierung der Anzahl, Verteilung und chemischen Aktivität von Hydroxyl (-OH)-Gruppen auf der Oberfläche von Materialien durch physikalische, chemische oder plasmonische Mittel, um eine präzise Einstellung der Oberflächeneigenschaften zu erreichen. Hydroxylgruppen sind die häufigsten polaren funktionellen Gruppen, die Wasserstoffbrückenbindungen, Koordinationsbindungen oder kovalente Bindungen mit Wasser, Metallionen, Polymerketten oder Biomolekülen bilden können und so die Hydrophilie, Oberflächenenergie, Adsorptions-/katalytische Aktivität und Biokompatibilität von Materialien erheblich verändern.
