不同分散剂对制备NiO／SDC粉体粒度和团聚的影响研究

李 健

（中集集团石家庄安瑞科气体机械有限公司，河北 石家庄 050081）

1 引言

柠檬酸法制备NiO／SDC粉体，具有溶胶—凝胶法合成温度低、可以减少或消除晶界电阻的优点，并最终得到泡沫状，疏松表面活性大的纳米粉体［1－5］。但是由于纳米颗粒粒度小、比表面积大、表面能大，处于能量不稳定状态［6］，因而很容易凝并、团聚形成二次粒子，使粒子粒径变大，失去纳米颗粒所具备的特性［7］，给NiO／SDC纳米粉体的制备和燃料电池性能带来负面影响。

分散剂的加入可以缓解粉体制备过程中的团聚，本文采用柠檬酸法制备NiO／SDC粉体，研究前驱体溶液中添加不同分散剂对粉体粒度和团聚状态影响。

2 实验材料与方法

2.1 分散剂和实验仪器

聚乙二醇6000（化学纯，广东汕头市西陇化工厂）；磷酸三乙酯（化学纯，国药集团化学试剂有限公司）；聚乙烯醇124（化学纯 国药集团化学试剂有限公司）。

X－射线衍射仪（D／MAX－γB，日本理学）对自蔓延燃烧所得的NiO／SDC粉体相的组成进行分析，工作电压40kV，工作电流100mA，Cu靶Kα线，λ＝0.15406nm，石墨单色器除Kβ辐射。透射电子显微镜（TEM，H－800，日本日立）对NiO／SDC复合粉体的形貌进行了观察，Mastersizer－2000型激光粒度仪（英国Malvern公司）对NiO／SDC粉体粒径分布和比表面积进行分析，以水为分散介质，泵速为3000r／min。

2.2 添加分散剂NiO／SDC粉体的制备

将 Ni（NO3）2·6H2O，Ce（NO3）3·6H2O，Sm（NO3）3·6H2O按一定比例混合，与溶有适量分散剂的蒸馏水调配为前驱体溶液，用适量氨水调溶液pH到6～7，在75℃水浴中搅拌蒸发得到透明溶胶，去掉搅拌器在75℃水浴中继续蒸发形成凝胶，再将凝胶在100℃烘干形成干凝胶，点燃，发生自蔓延燃烧，形成泡沫状粉末。

3 结果与讨论

3.1 形貌分析

图1所示分别为原粉和添加聚乙二醇6000、磷酸三乙酯、聚乙烯醇124分散剂的NiO／SDC粉体透射电镜图。从图中可以看出添加分散剂后粉体团聚状况得到不同程度的改善。

聚乙二醇6000和聚乙烯醇124同属于非离子型分散剂，其分散机制属于空间位阻稳定机制。反应过程中加入的非离子型分散剂通过氢键吸附在晶核粒子的表面，可以使其高分子长链一端紧密地吸附于颗粒的表面，另一端则尽可能伸向溶液中，由此形成的大分子亲水保护膜可以减少颗粒之间的吸引力，阻止前驱体颗粒靠近，从而防止制备过程中前驱体的团聚［8］。

图1 原粉和添加不同分散剂粉体透射电镜图

磷酸三乙酯属于阴离子型分散剂，其分散机制属于静电位阻稳定机制。在水介质中，阴离子型分散剂通常是通过静电位阻稳定机理来稳定悬浮液的。当阴离子型分散剂吸附在颗粒表面时，在一定pH下离解而带有电荷，增加了颗粒表面的荷电量，提高颗粒间的静电斥能，同时高分子链也起到位阻作用。通常阴离子型分散剂在碱性条件下可改善浆料的稳定性［9］。

3.2 粒径分布

图2所示分别为原粉和添加聚乙二醇6000、磷酸三乙酯、聚乙烯醇124分散剂的NiO／SDC粉体粒径分布。从图中可以看出添加分散剂的NiO／SDC粉体粒度主要集中在0.1－10μm之间，与不加分散剂的原粉相比位于100μm左右的峰消失，并且峰向左移动。图2（a）、（b）、（c）、（d）体积平均粒径分别为：48.989、1.758、2.557和2.515μm，添加分散剂聚乙二醇6000的NiO／SDC粉体粒度最小，可见添加分散剂对NiO／SDC粉体的二次团聚有明显的抑制作用。

图2 原粉和添加不同分散剂粉体粒径分布

3.3 比表面积和表面积平均粒径

表1所示是NiO／SDC粉体在去离子水中分散并测得的比表面积和通过粒度分析测试得出的表面积平均粒径。从表1可以看出添加分散剂的NiO／SDC粉体比表面较原粉均有不同程度的提高，其中添加分散剂聚乙二醇6000的粉体具有最大的比表面积6.44m2／g，表面积平均粒径结果同样得出添加分散剂聚乙二醇6000的粉体具有最小的平均粒径：0.932μm。虽然聚乙二醇6000和聚乙烯醇124同属于非离子型分散剂，但是分散效果存在差异，这是由于不同种类分散剂作用基团不同，对于不同的溶液，其溶质不同导致基团作用效果不同［10］。

表1 添加分散剂的NiO／SDC粉体去离子水中测得的比表面积和表面积平均粒径

4 结论

（1）在前驱体溶液中添加分散剂制备的NiO／SDC粉体团聚状况有了明显的改善，二次团聚被抑制。

（2）添加非离子型分散剂聚乙二醇6000的NiO／SDC粉体具有最好的分散效果，磷酸三乙酯和聚乙烯醇124次之。添加聚乙二醇6000的NiO／SDC粉体具有最小的体积平均粒径1.758μm，最大的比表面积6.44m2／g和最小的表面积平均粒径0.932μm。

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