無機(jī)粉體新材料領(lǐng)域中有哪些熱點(diǎn)產(chǎn)品？
無機(jī)粉體新材料是以基礎(chǔ)材料進(jìn)行深加工而生產(chǎn)的具有特定功能、特定用途、量較小、品種及規(guī)格多、附加值高、技術(shù)密集的一類材料。隨著國(guó)家大力發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，我國(guó)無機(jī)新材料迎來了歷史上大好的發(fā)展機(jī)會(huì)。
加快無機(jī)新材料前沿技術(shù)的研究，突破關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，提高已有品種質(zhì)量水平，并延伸發(fā)展下游、高端制品及應(yīng)用推廣，是無機(jī)新材料發(fā)展的重中之重。以下是對(duì)我國(guó)無機(jī)新材料產(chǎn)業(yè)中的部分熱點(diǎn)產(chǎn)品及技術(shù)初步的分析。
1、無機(jī)納米材料
納米技術(shù)的廣義范圍可包括納米材料技術(shù)及納米加工技術(shù)、納米測(cè)量技術(shù)、納米應(yīng)用技術(shù)等方面。其中納米材料技術(shù)著重于納米功能性材料的生產(chǎn)（超微粉、鍍膜、納米改性材料等），性能檢測(cè)技術(shù)（化學(xué)組成、微結(jié)構(gòu)、表面形態(tài)、物、化、電、磁、熱及光學(xué)等性能）。納米加工技術(shù)包含精密加工技術(shù)（能量束加工等）及掃描探針技術(shù)。
（1）納米二氧化鈦
納米TiO2，具有較大的比表面積和更強(qiáng)的吸附能力，其獨(dú)特的中空管式結(jié)構(gòu)能夠?yàn)楣馍娮拥膫鬏斕峁┩ǖ?，提高了催化活性。TiO2光催化技術(shù)由于在污染土壤修復(fù)中具有高效、操作簡(jiǎn)便、費(fèi)用低、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，在土壤中農(nóng)藥污染、芳香族類污染、石油污染及重金屬污染等方面用途廣泛。由于TiO2具有無毒、廉價(jià)、化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)，其光催化氧化技術(shù)已成為水處理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。
（2）納米氧化鋅
納米氧化鋅由于具有粒子尺寸小、比表面積大、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)等特點(diǎn)，表現(xiàn)出許多優(yōu)于普通ZnO的特殊性能。在陶瓷、電子、光學(xué)、化工、生物、醫(yī)藥等許多領(lǐng)域展現(xiàn)出特殊的用途，其光催化性能更是受到關(guān)注。納米氧化鋅被紫外光照射后產(chǎn)生空穴和電子對(duì)，并衍生出羥基自由基等，空穴和羥基自由基具有較強(qiáng)氧化性，能分解多種有機(jī)物。
（3）納米二氧化硅
納米SiO2是極具工業(yè)應(yīng)用前景的納米材料，它的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，幾乎涉及到原所有應(yīng)用SiO2粉體的行業(yè)。納米二氧化硅的粒徑小、比表面積大、生物相容性好，且具有納米材料的表面界面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。就作為填料而言，不改變工藝流程，而只是替代粗晶SiO2，其制品的各項(xiàng)性能指標(biāo)均會(huì)大幅提高。
（4）納米氧化鎂
納米氧化鎂作為一種新型的多功能無機(jī)材料，在許多領(lǐng)域有著廣闊應(yīng)用前景，隨著人類生存環(huán)境的破壞，新型的細(xì)菌和病菌層出不窮，人類迫切需要一種新型高效的抗菌材料，納米氧化鎂在抗菌領(lǐng)域顯示出了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
（5）納米碳酸鈣
納米碳酸鈣作為一種新型高檔無機(jī)功能性填料，其所具有的量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，在磁性、催化性、光熱阻和熔點(diǎn)等方面表現(xiàn)出與普通輕質(zhì)碳酸鈣不同的或反常的物理、化學(xué)特性，例如：增韌性、補(bǔ)強(qiáng)性、透明性、觸變性、流平性和消毒殺菌等應(yīng)用方面的特殊性能。
2、先進(jìn)陶瓷材料
先進(jìn)陶瓷是采用高度精選或合成的原料，具有精確控制的化學(xué)組成，按照便于控制的制造技術(shù)加工、便于進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并且有優(yōu)異特性的陶瓷。由于其特定的精細(xì)結(jié)構(gòu)和其高強(qiáng)、高硬、耐磨、耐腐蝕、耐高溫、導(dǎo)電、絕緣、磁性、透光、半導(dǎo)體以及壓電、鐵電、聲光、超導(dǎo)、生物相容等一系列優(yōu)良性能，被廣泛應(yīng)用于國(guó)防、化工、冶金、電子、機(jī)械、航空、航天、生物醫(yī)學(xué)等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。目前，全球范圍內(nèi)先進(jìn)陶瓷技術(shù)快速進(jìn)步、應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬及市場(chǎng)穩(wěn)定增長(zhǎng)的發(fā)展趨勢(shì)較明顯。
（1）高端陶瓷粉體
配方、配料是制造先進(jìn)陶瓷主要的核心技術(shù)之一，也是先進(jìn)陶瓷產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。先進(jìn)陶瓷材料的性能在一定程度上是由其顯微結(jié)構(gòu)來決定，而顯微結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣取決于制備工藝過程。先進(jìn)陶瓷的制備工藝過程主要由粉體制備、成型和燒結(jié)等主要環(huán)節(jié)組成。在三個(gè)環(huán)節(jié)中，粉體制備是基礎(chǔ)，若基礎(chǔ)的粉體質(zhì)量不高，即使在成型和燒結(jié)時(shí)做出再大的努力，也難以獲得理想的顯微結(jié)構(gòu)和高質(zhì)量的先進(jìn)陶瓷產(chǎn)品。
（2）結(jié)構(gòu)陶瓷
結(jié)構(gòu)陶瓷主要基于材料的力學(xué)和結(jié)構(gòu)用途，具有高強(qiáng)度、高硬度、耐高溫、耐腐蝕、抗氧化等特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)陶瓷主要材料有氮化硅、碳化硅、二氧化鋯、碳化硼、二硼化鈦、氧化鋁和賽隆等。
（3）電子陶瓷
電子陶瓷是先進(jìn)陶瓷中較為成熟的技術(shù)產(chǎn)品，大約占先進(jìn)陶瓷市場(chǎng)份額的65％。主要用于芯片、電容、集成電路封裝、傳感器、絕緣體、鐵磁體、壓電陶瓷、半導(dǎo)體、超導(dǎo)等。主要材料有鈦酸鋇、氧化鋅、鈦鋯酸鉛、鈮酸鋰、氮化鋁、二氧化鋯和氧化鋁等。
（4）生物陶瓷
生物陶瓷除用于測(cè)量、診斷、治療外，主要是作為生物硬組織的代用材料，可應(yīng)用在骨科、整形外科、口腔外科、心血管外科、眼科、耳喉鼻科及普通外科等各個(gè)方面。生物醫(yī)用材料目前已成為各國(guó)科學(xué)家競(jìng)相研究和開發(fā)的熱點(diǎn)。
3、無機(jī)晶須材料
1）CaCO3晶須具有良好的熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能，在復(fù)合材料制備等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。然而，CaCO3晶須表面呈現(xiàn)的較強(qiáng)極性及親水疏油特性，造成其在基料中難以均勻分散，相容性差的缺點(diǎn)。為此，必須對(duì)CaCO3晶須進(jìn)行表面改性，才能提高其與基體的界面結(jié)合力，改善復(fù)合材料的穩(wěn)定性，提高復(fù)合材料的綜合性能。
（2）硫酸鈣晶須，又稱石膏晶須，是硫酸鈣的纖維狀單晶體，白色疏松針狀物，具有完善的結(jié)構(gòu)、完整的外形、特定的橫截面、穩(wěn)定的尺寸。具有顆粒狀填料的細(xì)度、短纖維填料的長(zhǎng)徑比、耐高溫、耐酸堿性、抗化學(xué)腐蝕、韌性好、電絕緣性好、強(qiáng)度高、易進(jìn)行表面處理，與樹脂塑料、橡膠相容性好，能夠均勻分散，具有優(yōu)良的增強(qiáng)功能和阻燃性。
4、無機(jī)阻燃材料
與有機(jī)阻燃劑相比，無機(jī)阻燃材料因在火場(chǎng)中不會(huì)產(chǎn)生大量有毒有害氣體，便于人員的逃生而受到廣泛關(guān)注。氫氧化鎂具有無毒、無鹵、抑煙、價(jià)廉及耐高溫等特性，是一種綠色環(huán)保的無機(jī)添加型阻燃劑。作為添加型無機(jī)阻燃劑，需要較大的添加量才能達(dá)到高阻燃的要求，為解決大量添加時(shí)給材料力學(xué)性能帶來的負(fù)面影響，目前對(duì)氫氧化鎂阻燃劑的研究主要是從超細(xì)化、表面極性的改進(jìn)、低團(tuán)聚性等方面取得突破來提高性價(jià)比。
5、鋰離子電池正極材料
近年來，我國(guó)鋰離子電池發(fā)展迅速，其所需要的無機(jī)材料如六氟磷酸鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰及三元材料也得到了迅速發(fā)展，隨著國(guó)家新興能源產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，對(duì)功能化無機(jī)材料的需求量將會(huì)有很大增長(zhǎng)，開發(fā)高能量密度、高功率密度、循環(huán)性能良好、低成本、環(huán)境友好的鋰離子電極材料成為研究重點(diǎn)。在動(dòng)力鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈中，附加產(chǎn)值最高、市場(chǎng)容量最大的材料是鋰離子電池正極材料，占鋰動(dòng)力電池成本的30％以上。
目前，市場(chǎng)上主流新能源汽車的動(dòng)力電池正極材料的選擇以磷酸鐵鋰、三元材料、錳酸鋰為主。在動(dòng)力電池領(lǐng)域，磷酸鐵鋰正極材料擁有較長(zhǎng)的循環(huán)壽命、良好的安全性能、較好的高溫性能和相對(duì)低廉的價(jià)格，是市場(chǎng)上主流的動(dòng)力電池材料之一。三元材料綜合了鈷酸鋰、鎳酸鋰和錳酸鋰等正極材料的優(yōu)點(diǎn)，兼具能量密度高、循環(huán)壽命較長(zhǎng)、安全性較好、成本相對(duì)較低等特點(diǎn)。2019年中國(guó)鋰電三元正極材料市場(chǎng)規(guī)模285億元，同比增長(zhǎng)8.4%；出貨量19.2萬噸，同比增長(zhǎng)40.4%。
6、石墨烯材料
石墨烯，因其擁有獨(dú)特的物理性能而被廣泛關(guān)注。它是目前世界上已知最薄、最堅(jiān)硬、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性最好的材料，“多才多藝”的性質(zhì)使得石墨烯有著廣闊的應(yīng)用前 景，可以運(yùn)用在計(jì)算機(jī)芯片上，大幅度提高計(jì)算速度。用石墨烯作為導(dǎo)電添加劑，可以顯著提高鋰電池的充電速度和綜合性能。
2018年我國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)規(guī)模約為111億元，較2017年增長(zhǎng)41億元，同比增長(zhǎng)58%。隨著石墨烯粉體和薄膜研發(fā)生產(chǎn)技術(shù)的成熟和市場(chǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，我國(guó)在復(fù)合材料、大健康、電子信息、儲(chǔ)能等方面的石墨烯應(yīng)用已起步。未來石墨烯在新能源汽車、海洋工程、能源發(fā)展、高端裝備、環(huán)境治理等領(lǐng)域的應(yīng)用將進(jìn)一步深入，石墨烯市場(chǎng)規(guī)模將不斷擴(kuò)大，有望成為各個(gè)細(xì)分領(lǐng)域不可或缺的部分。
7、無機(jī)粉體新材料的制備方法
主要分為三大類型，即固相法、氣相法和液相法。
(1)固相法是以固體為原料，經(jīng)高溫加熱反應(yīng)，控制好反應(yīng)條件，易于制得單分散顆粒。但是，固相法要求原料純度高，而且能耗高．一般不宜采用。
(2)氣相法制得的產(chǎn)物具有純度高、顆粒細(xì)、分散性好而且易于控制等優(yōu)點(diǎn)。但是，氣相法要求原料純度高，而且生產(chǎn)成本和能耗較高，對(duì)設(shè)備材質(zhì)要求高，所以如果不是特殊產(chǎn)品的生產(chǎn)一般較少采用。
(3)液相法制備無機(jī)精細(xì)產(chǎn)品，原料獲得方便，成本低廉，能耗較低，產(chǎn)品性能隨用途可自行調(diào)節(jié)控制，使用范圍廣。如果采用較合適的生產(chǎn)技術(shù)，做到物盡所用，提高原料利用率，那么液相法是最適宜的生產(chǎn)方法。液相法包括均相沉淀法、水熱法、溶膠一凝膠法、微乳液法、仿生合成法、相轉(zhuǎn)變法、噴霧反應(yīng)法等。
8、無機(jī)粉體材料的高新工藝技術(shù)
為實(shí)現(xiàn)無機(jī)粉體材料的精細(xì)化、功能化和系列化，相應(yīng)的高新工藝技術(shù)被開發(fā)出來，包括高純技術(shù)、超細(xì)化技術(shù)、表面改性技術(shù)、纖維化技術(shù)、薄膜化技術(shù)、單晶和多孔生產(chǎn)技術(shù)、特殊幾何形狀制備技術(shù)、非晶化技術(shù)、高密度化技術(shù)、高聚合化技術(shù)、非化學(xué)計(jì)量化技術(shù)、復(fù)合物技術(shù)等。正是依賴這些技術(shù)，成功地制備了大批量新型無機(jī)粉體產(chǎn)品，拓展了無機(jī)粉體新材料的應(yīng)用。
來源：中國(guó)粉體網(wǎng) 配圖：陳麗