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奈米粉體的分散及表面改性 Nano Powder and Surface Modification

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奈米粉體的分散及表面改性 Nano Powder and Surface Modification. Ming-Seng Hsu. 第三章　懸浮體的流變性. Outline I. 3.1 　流變學的基本概念 3.2 　懸浮體的流變學模型 3.3 　懸浮體中的作用力 3.4 　稀膠體溶液的黏度 3.5 　顆粒間作用力對流變行為的影響 3.5.1 　硬球體系 3.5.2 　柔球體系 3.5.3 　絮凝體系. Outline II. 3.6 　懸浮體的黏彈性 3.7 　陶瓷懸浮體流變性質的影響因素 3.7.1 　粉體影響流變性質

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Presentation Transcript

  1. 奈米粉體的分散及表面改性Nano Powder and Surface Modification Ming-Seng Hsu

  2. 第三章　懸浮體的流變性

  3. Outline I 3.1　流變學的基本概念 3.2　懸浮體的流變學模型 3.3　懸浮體中的作用力 3.4　稀膠體溶液的黏度 3.5　顆粒間作用力對流變行為的影響 3.5.1　硬球體系 3.5.2　柔球體系 3.5.3　絮凝體系

  4. Outline II 3.6　懸浮體的黏彈性 3.7　陶瓷懸浮體流變性質的影響因素 3.7.1　粉體影響流變性質 3.7.2pH值、鹽濃度、添加劑影響流變性質 3.7.3　懸浮體的絮凝狀態與反絮凝狀態

  5. 3.1 流變學的基本概念 • 流變學的基本概念 • 剪切應力（shear stress） • 剪切應變速率（shear rate） • 應變（strain） • 黏度（viscosity） • 黏彈性（viscoelasticity）

  6. 層流流動時形成速度梯度

  7. 3.2 懸浮體的流變學模型 • 流體力學的角度看非牛頓流體特點 • 高黏 • 黏度較牛頓型流體要高 • 水的黏度常溫下1mPa．S • 非牛頓流體可達10級mPa．s • 剪切變稀 • 黏度成變量(非常量) • 大多數非牛頓流體受到剪切後黏度下降 • 彈性效應 • 流體不但有黏性，還有彈性

  8. 恆剪切速率下的流變曲線模型

  9. 懸浮體的流變學模型 • 流體(按流變曲線的類型分) • 牛頓型流體（Newtonian fluid） • 塑性型流體（plastic fluid） • 又稱賓漢型（Bingham） • 剪切變稀型（shear thinning） • 剪切變稠型（shear thickening） • 觸變型流體（thixotropic fluid） • 震凝型流體（rheopectic fluid）

  10. 棒狀分子的運動

  11. 脹流型流體示意圖

  12. 觸變型流體流動曲線

  13. 3.3 懸浮體中的作用力

  14. 流動中懸浮體的作用力 • 膠體力 • 顆粒間的相互作用 • 由流體的極性等性質控制 • 不由黏度控制 • 導致顆粒間總體的排斥或吸引 • 布朗隨機力 • 與顆粒的體積關係大 • 小於1m的顆粒影響大 • 使顆粒不停地運動 • 作用在顆粒上的黏性力 • 正比於顆粒與周圍流體的局部速度差 • 對懸浮體黏度的影響 • 透過連續相的黏度來實現 • 連續相的黏度控制所有黏性力的相互作用

  15. 層流顆粒上的各種作用力

  16. 懸浮體中各種作用引起的顆粒作用能

  17. 3.4 稀膠體溶液的黏度

  18. 稀膠體溶液的黏度 • 液體流動時，克服內摩擦需要消耗一定的能量 • 液體的流線在質點附近受到干擾，要消耗額外的能量 • 液體中有質點存在 • 溶膠或懸浮液的黏度高於純溶劑的黏度 • 通常將懸浮液與溶劑黏度的比值定義 • 相對黏度與質點的相關因素 • 大小 • 形狀 • 濃度 • 質點與介質的相互作用 • 在流場中的定向程度

  19. 3.5 顆粒間作用力對流變行為的影響

  20. 顆粒間相互作用的四種類型 • 膠態穩定體系 • 軟排斥（soft repusion） • 硬排斥（hard repulsion） • 絮凝體系 • 弱絮凝（weakly flocculated） • 強絮凝（strongly flocculated）

  21. 膠態體系中顆粒的存在狀態

  22. 顆粒間總的作用勢

  23. 不同介質中聚苯乙烯球的相對黏度和Pe數的關係（Φ=0.50）不同介質中聚苯乙烯球的相對黏度和Pe數的關係（Φ=0.50）

  24. 是否存在屈服力對黏度曲線的影響

  25. 3.6 懸浮體的黏彈性

  26. 小振幅震盪運動

  27. (a)液體(b)膠狀體(c)固體的G´、G〞對振盪運動的響應(a)液體(b)膠狀體(c)固體的G´、G〞對振盪運動的響應

  28. 3.7 陶瓷懸浮體流變性質的影響因素

  29. 陶瓷懸浮體流變性質的影響因素 • 粉體影響流變性質 • pH值 • 鹽濃度 • 添加劑 • 懸浮體的絮凝狀態與反絮凝狀態

  30. 固相體積分數為14vol%，奈米3Y-TZP粉體形成漿料的黏度隨剪切速率的變化關係

  31. 顆粒的體積分數對ZrO懸浮體屈服應力的影響

  32. 最低黏度時，不同PEI的分子量所對應的最佳濃度最低黏度時，不同PEI的分子量所對應的最佳濃度

  33. 100nm的SiO顆粒形成25vol%的漿料時，黏度隨PEI濃度的變化（剪切速率為150s）100nm的SiO顆粒形成25vol%的漿料時，黏度隨PEI濃度的變化（剪切速率為150s）

  34. 20nm的SiO顆粒形成25vol%的漿料時，黏度隨PEI濃度的變化（剪切速率為150s）20nm的SiO顆粒形成25vol%的漿料時，黏度隨PEI濃度的變化（剪切速率為150s）

  35. 25vol%的SiO漿料最低黏度隨PEI分子量的變化情況

  36. 顆粒尺寸分佈 • particle size distribution, PSD • 指粉體顆粒中所有顆粒尺寸的分佈情況，而不單單指平均粒徑，它對懸浮體的流變性質具有顯著影響 • 粉體具有理想的顆粒尺寸分佈可以形成密堆積 • 顆粒間的孔隙小，即使固含量很高時仍具有流動性 • 顆粒的尺寸分佈不能形成較好的密堆積 • 隨粉體顆粒尺寸分佈的改變，顆粒形成密堆積的孔隙間距發生改變 • 孔隙率決定著需要填充孔隙所需的液體量

  37. 體積分數為55%的氧化鋁漿料中細顆粒料（0.2μm）、粗顆粒料（0.8μm）之比對漿料黏度的影響

  38. pH值對Al2O3漿料（35vol%）黏度的影響

  39. CaCl2、NaCl鹽濃度對Al2O3漿料(35vol%)黏度的影響

  40. 添加分散劑PMAA前後Al2O3漿料(35vol%)黏度的變化

  41. pH值為10的Si3N4懸浮體的(a)賓漢屈服力(b)塑性黏度隨固相體積分數和PAA(分子量50000)添加量的變化情況

  42. 塑性行為與懸浮體的各種參數（動態遷移率μD、賓漢屈服力σB：Φ=0.3、高分子吸附量Tmax）隨pH值的變化情況

  43. 0.1mol/L KCl介質中陽離子分散劑DAC對57wt%氧化鋯漿料屈服力的影響

  44. 0.1mol/L KCl介質中陽離子分散劑DTAC對57wt%氧化鋯漿料屈服力的影響

  45. 57wt%的ZrO懸浮體中屈服力隨分散劑加入量的變化57wt%的ZrO懸浮體中屈服力隨分散劑加入量的變化

  46. 10vol%的SiO2懸浮體中，NH4Cl濃度的變化對懸浮體表觀黏度的影響

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