Sự khác biệt về lực kết dính giữa các loại bột khác nhau là do loại và cường độ của lực giữa các hạt (lực van der Waals, lực mao dẫn, lực tĩnh điện, v.v.) và các yếu tố ảnh hưởng cốt lõi của nó bao gồm kích thước hạt, độ nhám bề mặt, độ ẩm và tính chất vật liệu, dẫn đến lực kết dính có thể trải rộng trên nhiều bậc độ lớn (từ 10 ⁻⁶ N đến 10 ⁻¹ N). Sự khác biệt này có thể được mô tả một cách định lượng thông qua chỉ số đặc trưng tổng hợp, sức căng bề mặt và mô hình hiệu chỉnh độ nhám.
Các hạt gốm có nhiều ứng dụng trong khoa học vật liệu, điện tử, kỹ thuật hóa học, y tế và các lĩnh vực khác, nhưng do năng lượng bề mặt cao và đặc tính kết tụ dễ dàng nên sự phân tán luôn là thách thức chính trong việc chuẩn bị vật liệu gốm hiệu suất cao. Bài viết này sẽ giới thiệu các loại hạt gốm phổ biến và đề xuất các chất phân tán phù hợp cho các vật liệu gốm khác nhau để cải thiện độ ổn định phân tán và hiệu suất xử lý.
Hạt là đơn vị độc lập và rời rạc nhỏ nhất được hình thành bởi quá trình tạo mầm và phát triển của các chất trong một hệ thống phản ứng cụ thể (chẳng hạn như quá trình đốt cháy, kết tủa, tổng hợp pha khí, v.v.), với hình dạng hình học đều đặn hoặc không đều. Có thể hiểu nó là cá thể cơ bản nhất có tính chất “bẩm sinh” trong quá trình hình thành vật chất.
Các nhóm hydroxyl (-OH) có thể biểu hiện tính axit hoặc tính kiềm trên bề mặt oxit kim loại dưới dạng nhận hoặc cung cấp proton. Bằng cách điều chỉnh số lượng và sự phân bố của các nhóm hydroxyl, có thể đạt được sự kiểm soát chính xác độ axit và độ kiềm bề mặt, từ đó ảnh hưởng đến con đường kích hoạt và tính chọn lọc của các phản ứng xúc tác.
Trên các vị trí kim loại chưa bão hòa của oxit kim loại hoặc oxit bán dẫn (như Ti4+, Fe3+), các phân tử nước đầu tiên hấp phụ ở dạng phân tử, sau đó là sự phân tách liên kết O-H, tạo ra các nhóm hydroxyl cầu hoặc cuối (M-OH) và các nguyên tử hydro bề mặt. Động lực nhiệt động của quá trình này đến từ tính axit Lewis mạnh của các ion kim loại, khiến các phân tử nước dễ phân ly. Cả thí nghiệm và tính toán DFT đều chỉ ra rằng các bề mặt được bao phủ bởi lượng oxy thấp có xu hướng phân ly và hấp phụ, trong khi các bề mặt được bao phủ bởi lượng oxy cao có xu hướng hấp thụ các phân tử.
Kỹ thuật hydroxyl bề mặt đề cập đến sự điều chỉnh có chủ đích về số lượng, sự phân bố và hoạt động hóa học của các nhóm hydroxyl (-OH) trên bề mặt vật liệu thông qua các phương tiện vật lý, hóa học hoặc plasmonic, để đạt được sự điều chỉnh chính xác các đặc tính bề mặt. Nhóm hydroxyl là nhóm chức phân cực phổ biến nhất có thể hình thành liên kết hydro, liên kết phối trí hoặc liên kết cộng hóa trị với nước, ion kim loại, chuỗi polymer hoặc phân tử sinh học, làm thay đổi đáng kể tính ưa nước, năng lượng bề mặt, hoạt động hấp phụ/xúc tác và khả năng tương thích sinh học của vật liệu.
